《断口形貌学:观察、测量和分析断口表面形貌的科学》.赫尔(Derek Hull).2009

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内 容 简 介：本书译自利物浦大学和牛津大学教授Derek Hull的Fractography一书，包括10章。第1章重点介绍了断口形貌学的学科本质;第2章用精美的图像展示了各种断口，并对断口形貌的主要特点进行了描述；第3章介绍沿着三维双曲率表面扩展的裂纹；第4章着重介绍应力场效应；第5章介绍的是应力强度和断裂速度对于断口表面粗糙度的影响；第6章中将介绍晶体解理；第7章中介绍界面和相间裂纹扩展；第8章中将介绍延性断裂；第9章对裂纹扩展时，驱动裂纹扩展的条件发生变化所导致的断口表面形貌特点进行了说明；第10章从微观结构分析和失效分析等方面介绍断口形貌分析的应用。

断口形貌学:观察、测量和分析断口表面形貌的科学=Fractography:Ob-
servung，Measuring and nterpretng Fracture Surface Topography/(英)赫尔
(Derek Hu)著 李晓刚等译.一北京:科学出版社,2009
(材料腐蚀丛书)
ISBN 978-7-03-025774-1
.断…Ⅱ.①赫…②李…Ⅲ.断口金相.TGll3
中国版本图书馆 CIP 数据核字（2009）第 183225 号

中 文 版 序
我很高兴能有机会为本书的中文版撰写序言。关于本书的主要内容以及全书的主旨，已经在本书的英文版序言中提及，因此不再赘述。我从朋友那里得知我的另一本专著《复合材料简介》在中国很受欢迎，因此，我希望由李晓刚教授翻译的这本《断口形貌学》也能为中国的科学和工程事业作出贡献，断口形貌学以一种独特的视角来研究从固体物理到工程失效分析不同门类、不同学科的内容;对于微结构分析以及裂纹扩展机理和机制的理解，也是一种非常有效的手段。对于和我一样，对各种断口形貌的观察和图案非常感兴趣的人来说，本书也是一本难得的工具书。
本书的内容来源很广，涉及多个学科和工程领域。长久以来，无数的科学家以及工程人员都在努力探究各种形态的断裂现象，本书有赖于他们的学识和专业技术。书中的大部分成果都是西方世界科学研究的结晶。但我也坚信，在地球上的其他地方，一定也有很多人进行着类似的工作，特别是对于中国科学家和工程人员的工作，我还未能有适当的认知。对于未来东西方之间在学术上进行更刻和广泛的交流沟通，我翘首以酚。今年是第29 届奥运会在中国举办的大喜之年， 借此机会存在于我们之间的各种沟通障碍，无论是在社会、经济、政治和文化方面，都被大大地削弱了，我想这会有助于我们的合作，从而使我们双方在科学和工稚领域都取得更大的进步我也很高兴地获知中国科学技术部对于本书的出版提供了经费上的支持(项目编号:2005DKA10400)。我希望向所有参加这项翻译工作的人员，尤其是李晓刚教授以及剑桥大学出版社的相关人员表示我最衷心的感谢。
Derek Hull
2008年4月16日

简介
当某个固体断裂时，就会形成一个断口。断口的外观，特别是它的形貌特征，与该材料的种类，比如金属、聚合物、陶瓷、生物材料、复合材料、岩石等相关，同时和材料断裂时的环境条件，如应力(拉应力、剪切应力、蠕变应力、疲劳应力、冲击应力）、温度、环境(空气、水、油、酸)等也有关系。本书通过多种技术手段介绍断口形貌学的研究方法，以及如何从材料的微观结构和测试方法来分析断口形貌特点不同学科的学习者对于断口形貌学的兴趣以及他们所需理解和分析的度有所差异，因此，本书包含了不同层次的学习内容，适于多种学习方式。在每章的开头部分都会有一幅特征形貌图，以及本章重点内容的概述。每一章节都有大量的线条图(line drawing)和半色调图像(half-tone images)，同时还配有关于该图片拍摄技术的详细说明。章节的主体文字部分也配有很多脚注，就所涉及的技术细节和信息来源作进一步的说明断口形貌学在材料领域应用十分广泛，尤其是材料科学及其相关学科，如物理学、化学、工程学、仿生学(biormimetics)、地球科学、生物学及考古学等。
本书可作为理解各种固体形变和断裂的基础知识读本，也可作为进一步分析断口形貌，以及设计不同固体材料断口试验的人门书。本书适于本科高年级学生、研究生以及相关行业的科研人员和工程师、失效分析(failure investigation)工程师使用。

第1章 断口表面形貌观察、测量和分析的有关概念
1.1 观察的角度
1.2 尺度问题
1.2.1 概述
1.2.2 分形几何学
1.2.3 微观结构尺寸和应力场
1.3 什么是裂纹
1.4 裂纹的起源
1.4.1 引言
1.4.2 形变导致的裂纹形核
1.4.3 裂纹形核的其他问题
1.5 裂纹的力学和微观力学
1.5.1 引言
1.5.2 椭圆孔和裂纹周围的应力场
1.5.3 裂纹扩展的Griffith和Irwin临界条件
1.5.4 其他问题

第2章 观察、描述和测量断口表面形貌：相关基础以凯顿石为例
2.1 正确观察三维形貌图的方法
2.2 历史概要
2.3 什么是凯顿石
2.4 Hooke的观察
2.5 光学显微镜
2.5.1 肉眼观察
2.5.2 概述
2.5.3 分辨率和景深
2.5.4 几何学的问题
2.5.5 照明(度)
2.6 光学截面和断口形貌细节的定量描述
2.7 共焦扫描光学显微术
2.8 SEM
2.8.1 概述
2.8.2 二次电子像和背散射电子像
2.8.3 分辨率、放大率和景深
2.8.4 几何学方面的问题
2.9 SEM和凯顿石
2.1 0断口表面研究的其他实验步骤

第3章 倾斜裂纹
3.1 双曲线型平滑曲线裂纹的演变
3.2 加载模式
3.3 几何约束
3.3.1 倾斜和扭转的定义
3.3.2 形成平滑表面的裂纹扩展
3.3.3 裂纹扩展的实验观察
3.4 在混合模式I-II下的裂纹扩展或演变
3.5 裂纹弯曲

第4章 河流花样
4.1 河流花样的断口形貌特征
4.2 晶体解理面上河流花样的形成
4.2.1 裂纹和螺型位错相交形成的台阶
4.2.2 晶体固体中的台阶高度的增大
4.3 非晶脆性固体中的河流花样：Sommer实验
4.4 应用干涉光学显微镜测量断口表面形貌
4.5 不同固体中河流花样的实例
4.6 河流花样台阶的形核
4.7 台阶的分离

第5章 镜面区、雾状区和锯齿带：表面粗糙度、开裂速度和动态应力强度
5.1 镜面区、雾状区和锯齿带的含义
5.2 粗糙度分布图的测量得到断口表面形貌
5.2.1 Takahashi和Arakawa的实验
5.2.2 粗糙度测量
5.2.3 粗糙度参数
5.3 粗糙度随Kd和v变化的几个例子
5.4 粗糙度的起源
5.4.1 扩展裂纹前端的微裂纹形核和扩展
5.4.2 扩展裂纹前端的塑性形变
5.4.3 微观分支的扩展与增加导致宏观分支和分叉
5.5 AFM图像和形貌细节之间的关系
5.6 渐进粗糙化的直接观察

第6章 晶体固体的解理
6.1 晶体解理
6.2 关于晶体学方面的问题
6.3 云母的解理
6.4 锌的断裂
6.5 方解石上的河流花样
6.6 断口表面干涉图案的分析
6.6.1 鼓泡和楔形处的干涉
6.6.2 有银纹的聚合物断口表面的干涉
6.6.3 瞬时断裂表面特征
6.7 砷化镓的块断裂
6.7.1 三点弯曲测试法
6.7.2 确定解理面的取向
6.7.3 粗糙表面
6.8 体心立方金属(包括钢)的解理以及应力强度效应
6.8.1 沿孪晶－基体界面的解理
6.8.2 渐进粗糙
6.9 定量体视显微镜和平坦刻面取向的确定
6.10 多晶材料的解理断裂

第7章 界面处的断裂
7.1 界面处的裂纹
7.2 界面和相间断裂
7.3 断口形貌学的复型技术
7.4 界面和相间断口表面的化学和物理分析
7.5 晶体中的界面失效：晶间断裂
7.6 复合材料中的界面失效：珍珠母
7.7 界面断裂和微观结构细节

第8章 延性断裂
8.1 “延性”断裂的含义
8.2 金属和聚合物的颈缩与拉伸
8.2.1 纯金属
8.2.2 平面应力和平面应变
8.2.3 聚合物的冷拉伸
8.3 杯锥断口
8.4 小孔的形核
8.4.1 组织的不均匀性
8.4.2 聚合物中的纤维化
8.4.3 银纹和断裂
8.4.4 非晶金属(金属玻璃)中的剪切带
8.5 扩展裂纹尖端处的延性断裂
8.5.1 宏观观察
8.5.2 裂纹尖端的分离过程
8.6 一个地质学的等价解释
8.7 共轭断裂表面的形貌特征

第9章 裂纹动力学效应
9.1 简介：声速和裂纹速度
9.2 瓦纳线和应力波断口形貌学
9.2.1 瓦纳线
9.2.2 应力波断口形貌
9.2.3 测量裂纹速度的其他方法
9.2.4 其他的瓦纳线效应
9.3 裂纹的不连续扩展：停止一继续
9.4 在循环加载条件下裂纹扩展造成的裂纹前缘条纹
9.4.1 机械疲劳
9.4.2 收缩驱动开裂
9.5 瞬时断裂形貌细节和环境效应
9.5.1 瞬时断裂表面
9.5.2 环境对裂纹形核和扩展机理的影响
9.5.3 化学变化

第10章 断口形貌学的应用
10.1 断口形貌学的重要性
10.2 微观结构分析
10.2.1 在室温下呈脆性的材料
10.2.2 软性材料的微观结构
10.3 新材料开发和现有材料改进
10.3.1 夹杂物(及微观组织)对钢的脆性的作用
10.3.2 复合材料的韧性
10.4 失效分析的诊断工具
10.4.1 一般性问题
10.4.2 实例
10.4.3 储罐失效的案例分析
参考文献
附录图1.1 的分析：普通用途级聚苯乙烯的断口表面
中英文对照表