断裂（英语：fracture），是指物体在力的作用下开裂分离成两个或多个部分。根据断裂之前材料变形量的大小，可以分为韧性断裂和脆性断裂。 韧性断裂发生之前会有明显的形变量及形变过程，脆性断裂则几乎不存在形变量，断裂过程极短，由于其发生具有突然性所以往往破坏性较大。 在日常生产生活中，最为常见的莫过于疲劳断裂，长时间的应力循环作用下，材料出现断裂；其次，还有一种常见于试验室的材料断裂失效模式，又称静载断裂，通常见到的拉伸断裂即属于此种断裂，相对于疲劳断裂而言，生产生活过程中静载断裂出现的几率要小很多。 韧性断裂（英语：ductile fracture）是延性材料受力断裂的结果，断裂处有其独特的宏观及微观特征。 相较于脆性断裂，韧性断裂前会吸收较多能量并大幅塑性变形，通常会留下粗糙不规则的断口。常温下的纯金和铅，及高温的其他金属、高分子材料和无机玻璃，韧性高，受张力拉伸时颈缩（necking）成一点才断裂，面积收缩百分比（percentage of area reduction）近乎100%。 同样受张力拉伸，一般中等韧性的金属颈缩至一特定面积后便会断裂，颈缩开始后，中心出现空孔，接者继续变形，空孔持续加大且合并成裂缝，裂缝大致垂直于拉力成长，直至断裂形成。 若裂缝与张力轴约成45度，实验样品的一方凹陷，另一方突出，则称作锥杯形断裂（cone and cup fracture），呈现棉絮状表面，为塑性形变的一特征。以高倍率电子显微镜观察棉絮状表面处，可观察到连绵不断的凹坑（dimple），凹坑为空孔的一半，因承受单轴拉伸应力产生空孔后分离而成。 脆性断裂（英语：brittle fracture），是指一个脆性的物质在受到拉力作用至断裂，断裂瞬间原物质没有显著的形变现象，如长度上或是体积上的变化量不大。其脆性物质通常伴随着高强度，即要使物质断裂需要相当大的拉力。 脆性物质包括了大多数的玻璃、陶瓷，还有一些高分子物质。至于像是铁在低温时也会表现出脆性。和有延性物质相比，脆性物质断裂面处相对比较平整。 韧性断裂和脆性断裂（图片源自网络） 韧性断裂过程阶段示意图 Schematic representation of the steps in ductile fracture (in pure tension) 图片来自Bbanerje at English Wikipedia, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=7486677 4 磨损，是指由于机械元件经常在高速、震动、超负荷等工况下工作，机械元件之间由于表面摩擦导致材料磨损而最终导致材料失效。 机械元件的磨损以及疲劳和蠕变等其他过程会导致功能表面降解，最终导致材料失效或功能丧失。 机械元件的磨损通过表面和近表面材料的塑性位移以及形成磨损碎屑的颗粒分离而发生。金属粒子的尺寸可以从毫米到纳米变化。该过程可以通过与其他金属，固体非金属，流动液体，固体颗粒或夹带在流动气体中的液滴接触而发生。 磨损率受到多种因素影响，例如:加载(像:冲击、静态、动态)、运动 (像:滑动,、滚动)，以及温度。根据摩擦系统，可以观察不同的磨损类型和损蚀的机制。 金属材料的磨损失效通常可以分为五类：磨粒磨损、黏着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损。其中，磨粒磨损最为常见，机件运转过程中，由于外界硬质颗粒介入或者接件本身凸起状物引起的磨损都是磨粒磨损，金属材料表面脱落物也属于磨粒磨损范畴。 注：磨损通常根据所谓的损蚀类型进行分类，磨损类型会发生在隔离或复杂的相互作用中。 常见的磨损类型包括： 粘着磨损 Adhesive wear， 磨料磨损 Abrasive wear， 表面疲劳 Surface fatigue， 微动磨损 Fretting wear， 冲蚀磨损 Erosive wear， 腐蚀磨损 Corrosion and oxidation wear 磨损与摩擦相伴相生，生产中通常采用以下措施：一是接触面涂抹润滑油，提高光洁程度；二是在不影响正常生产的情况下，用焊机将机件焊到一起，减少机件的相对运动从而减少摩擦，进而减少磨损；三是为减少摩擦，可减少接触面的面积以及较小所受载荷，以此减小摩擦力；此外，也可通过探索提高材料的屈服强度。 SEM micrograph of adhesive wear (transferred materials) on 52100 steel sample sliding against Al alloy. (Yellow arrow indicate sliding direction) 5 腐蚀（Corrosion），是指因工程材料与其周围的物质发生化学反应而导致解体的现象。 通常这个术语用来表示金属物质与氧化物如氧气等物质发生电化学的氧化反应。 例如，使用金属铁制成的产品会由于铁原子在固体溶剂中发生氧化而导致生锈，这就是电化学腐蚀的一个众所周知的例子。这种反应通常会产生对应金属的氧化物，也可能产生盐。换句话说，腐蚀指的是金属物质因化学反应而导致的损耗。 很多合金结构都仅仅因为暴露在潮湿的空气中遭到腐蚀，但是，腐蚀过程会受到材料所接触的物质的强烈影响。腐蚀可能在某个局部集中出现，从而导致材料上出现孔洞甚至裂缝，也有可能在一个较大面积的表面上几乎平均的分布。 由于腐蚀是一种扩散控制的过程，通常只有材料表面产生腐蚀。因此，可以通过一些对暴露的表面进行加工的办法，如钝化和铬酸盐转换等处理办法来增加材料的耐腐蚀性。 然而，仍然有一些腐蚀的机制无法观察到，也难以预料。 金属材料的腐蚀多种多样，宏观上分为整体腐蚀和局部腐蚀，在日常各类腐蚀事故中，基本以局部腐蚀最为常见，局部腐蚀又可分为应力腐蚀、孔蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀等。 腐蚀还可以发生在其他不是金属的物质上，例如陶瓷和聚合物。 铁锈，最常见的腐蚀形式，图片来自Roger McLassus，CC BY-SA 3.0，https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3503668 6 金属材料是航空航天、交通运输、能源、化工、冶金等领域重大工程、大型设备设施的主要用材。众所周知，在复杂载茶和复杂环境的共同作用下，服役的金属材料和大型结构会产生腐蚀、疲劳、断裂、磨损等各种模式或多模式共存的失效事故，从而导致空难事故和重大经济损失。 据报道，美国每年因材料断裂造成损失达1190亿美元；英国海洋平台曾发生腐蚀疲劳失效导致石油年减产12%的事故；而根据中国工程院的调查，我国每年因腐蚀造成的损失也高达4900亿元。 当前，我国经济处于高速发展期，因金属材料失效引发的重大事故频繁发生。除了关注事故带来的人员、经济损失以及现场应急处置外，材料研究者更需要通过事故的技术分析，寻找各类事故发展的本质原因，以期为预测次生，衍生事故和预防同类事故发展及对材料加工、处理工艺进行优化提供数据依据。