断口分析是研究金属断裂面的学科，是断裂学科的组成部分。金属破断后获得的一对相互匹配的断裂表面及其外观形貌，称断口。断口分析是材料科学与工程技术中的“侦探工具”，是通过宏、微观分析手段对断裂表面进行观测分析，以了解断裂模式、机理及与材料性能关系的技术 。

历史发展

       断口学起源于16世纪，人们开始对断口形貌进行研究。1722年，de Reaumur报导了借助显微镜研究金属断口的方法。1875年，Percy描述了六种断口形貌的一般类型；1878年之后的几年中，Adolf Martens把断口技术和金相技术结合起来研究材料的性质；1885年，Johann Augustus Brinell讨论了热处理以及碳的状态变化对钢的断口形貌的影响。1944年，Carl A. Zapffe定义了“断口形貌学”（fractography）之后，断口分析才进入了一个快速的发展时期。

       断口分析技术的发展概括起来经历了3个阶段：用肉眼、低倍率放大镜或光学显微镜直接观察阶段，用透射电子显微镜观察断口复型的间接阶段，用扫描电子显微镜直接观察阶段。

断口观察

       断口分析的实验基础是对断口表面的宏观形貌和微观结构特征进行直接观察和分析。通常把低于40倍的观察称为宏观观察，高于40倍的观察称为微观观察。对断口进行宏观观察的仪器主要是放大镜(约10倍)和体视显微镜（从5～50倍）等。在很多情况下，利用宏观观察就可以判定断裂的性质、起始位置和裂纹扩展路径。宏观分析通过观察断口表面的颜色、表面粗糙度、宏观形貌特征和宏观变形痕迹等，来确定断裂的性质、断裂源的位置、裂纹扩展的过程和方向、受力状态和环境介质作用等情况，从而初步分析断裂的性质及原因，通常分析的要点包括断口的颜色、表面粗糙度、花纹、边缘特征、位置等。 但如果要对断裂起点附近进行细致研究，分析断裂原因和断裂机制，还必须进行微观观察。

       断口的微观观察经历了光学显微镜（观察断口的实用倍数是在 50～500倍间）、透射电子显微镜（观察断口的实用倍数是在 1000～40000倍间）和扫描电子显微镜（观察断口的实用倍数是在 20～10000倍间）三个阶段。因为断口是一个凹凸不平的粗糙表面，观察断口所用的显微镜要具有最大限度的焦深，尽可能宽的放大倍数范围和高的分辨率。扫描电子显微镜最能满足上述的综合要求，故对断口观察大多用扫描电子显微镜进行。除形貌观察外，微观分析还常结合能谱仪等工具，对断口微区成分进行分析，以探讨断裂原因。

       保护断口清洁和不受损伤是断口分析的重要环节。清洗断口表面一般采用以下几种清洗技术：用干燥空气吹或用柔软毛刷清洗；用有机溶剂清洗；复型剥离法；洗净剂清洗；阴极清洗法；化学清洗。

断口形貌特征

       断口形貌根据分析时所采用的手段不同、观察的范围不同，一般分为宏观断口与微观断口两类。宏观断口反映了断口的全貌，而微观断口则揭示了断口的本质，各有特点，应互相配合分析。

       分析宏、微观断口时，一般主要包括以下六方面：断口的颜色；断口的表面粗糙度；断口的花纹；断口边缘的特征；断口的位置；微观断裂形貌与特征。

       断口的宏观形貌特征包括静载荷下断口的宏观形貌特征、冲击断口的宏观形貌特征、疲劳断口的宏观形貌特征、沿晶断裂的宏观形貌特征以及实际构件断口的宏观分析。金属材料的破坏样式分为延性破坏、脆性破坏、疲劳破坏和环境破坏。脆性破坏的特征包括人字纹等，疲劳破坏的特征包括贝纹线等。

       延性断裂的断口在扫描电镜下呈现韧窝形貌。脆性断裂的断口特征包括解理台阶和河流状花样。疲劳断裂的微观形貌特征包括疲劳辉纹。沿晶断裂的断口具有冰糖状形貌。过载断口微观上仅存在韧窝，疲劳断口上微观存在疲劳辉纹，氢脆断口存在沿晶特征。

应用与影响

       断口分析是通过现代的宏、微观分析手段，对断裂表面形貌进行观测分析，以确定断裂类型、确定裂纹源位置并揭示微观结构与性能的关系 [1]。断口分析在断裂失效（事故）分析中具有核心地位和作用，断口是断裂失效最主要的残骸，记录了从裂纹萌生、扩展直到断裂的全过程，具有全信息性。

       尤其是在汽车、航空航天等安全性极为重要的领域，材料品质是产品品质保障/改善的基础。

       断口分析是材料科学与工程技术中的“侦探工具”，帮助我们追踪事故根源、优化材料选择、提高产品安全性。研究材料断裂的宏观与微观特征、断裂机理、断裂的力学条件，以及影响材料断裂的各种因素不仅具有重要的科学意义，而且也有很大的实用价值。

       钟群鹏在金属材料的断裂模式与机理、弹塑性断裂判据与安全评定、失效损伤的早期检测与治愈机制、宏微观断口物理数学模型与定量分析、失效哲学理念与安全管理系统等方面进行了科学研究和工程应用。钟群鹏从事材料断口分析，逐步进入断裂分析、断口机理研究、重大事故分析、断裂的预测预防工程领域。钟群鹏是我国材料失效分析及事故预测预防首席科学家，主编国标《液化石油气钢瓶定期检验和评定》《含缺陷压力容器安全评定（征求意见稿）》，主编了全国高校必修课试用教材《失效分析基础》，获国家科学技术进步奖2项、省部级一等奖7项。

       在工程应用上，断裂机制图对工程设计，材料的选择，使用条件的限制，以及失效分析等都能提供十分重要的指导性意见。