金属材料的断裂.doc

《金属材料的断裂.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、金属材料的断裂  金属在外加载荷的作用下，当应力达到材料的断裂强度时，发生断裂。断裂是裂纹发生和发展的过程。1.断裂的类型根据断裂前金属材料产生塑性变形量的大小，可分为韧性断裂和脆性断裂。韧性断裂：断裂前产生较大的塑性变形，断口呈暗灰色的纤维状。脆性断裂：断裂前没有明显的塑性变形，断口平齐，呈光亮的结晶状。韧性断裂与脆性断裂过程的显著区别是裂纹扩散的情况不同。韧性断裂和脆性断裂只是相对的概念，在实际载荷下，不同的材料都有可能发生脆性断裂；同一种材料又由于温度、应力、环境等条件的不同，会出现不同的断裂。2.断裂的方式根据断裂面的取向可分为正断和切断。正断：断口的

2、宏观断裂面与最大正应力方向垂直，一般为脆断，也可能韧断。切断：断口的宏观断裂面与最大正应力方向呈45°，为韧断。3.断裂的形式裂纹扩散的途径可分为穿晶断裂和晶间断裂。穿晶断裂：裂纹穿过晶粒内部，韧断也可为脆断。晶间断裂：裂纹穿越晶粒本身，脆断。4.断口分析断口分析是金属材料断裂失效分析的重要方法。记录了断裂产生原因，扩散的途径，扩散过程及影响裂纹扩散的各内外因素。所以通过断口分析可以找出断裂的原因及其影响因素，为改进构件设计、提高材料性能、改善制作工艺提供依据。断口分析可分为宏观断口分析和微观断口分析。（1）宏观断口分析断口三要素：纤维区，放射区，剪切唇。纤维

3、区：呈暗灰色，无金属光泽，表面粗糙，呈纤维状，位于断口中心，是裂纹源。放射区：宏观特征是表面呈结晶状，有金属光泽，并具有放射状纹路，纹路的放射方向与裂纹扩散方向平行，而且这些纹路逆指向裂源。剪切唇：宏观特征是表面光滑，断面与外力呈45°，位于试样断口的边缘部位。（2）微观断口分析（需要深入研究）5.脆性破坏事故分析脆性断裂有以下特征：（1）脆断都是属于低应力破坏，其破坏应力往往远低于材料的屈服极限。（2）一般都发生在较低的温度，通常发生脆断时的材料的温度均在室温以下20℃。（3）脆断发生前，无预兆，开裂速度快，为音速的1/3。（4）发生脆断的裂纹源是构件中的应

4、力集中处。防止脆断的措施：（1）选用低温冲击韧性好的钢材。（2）尽量避免构件中应力集中。（3）注意使用温度。6.韧-脆性转变温度为了确定材料的脆性转变温度，进行了大量的试验研究工作。如果把一组有缺口的金属材料试样，在整个温度区间中的各个温度下进行冲击试验。低碳钢典型的韧-脆性转变温度。随着温度的降低，材料的冲击值下降，同时在断裂面上的结晶状断面部分增加，亦即材料的韧性降低，脆性增加。有几种方法：（1）冲击值降低至正常冲击值的50～60%。（2）冲击值降至某一特定的、所允许的最低冲击值时的温度。（3）以产生最大与最小冲击值平均时的相应温度。（4）断口中结晶状断面

5、占面积50%时的温度。对于厚度在40mm以下的船用软钢板，夏比V型缺口冲击能量为25.51J/cm2时的温度作为该材料的脆性转变温度。7.无塑性温度韧-脆性转变温度是针对低碳钢和低碳锰钢，其它钢材，无法进行大量试验。依靠其它试验方法，定出该材料的“无塑性温度”NDT（1）爆炸鼓胀试验正方的试样板上堆上一小段脆性焊道，在焊道上锯一缺口。在试样上方爆炸，根据试样破坏情况判断是否塑性破坏。平裂，凹裂，鼓胀撕（2）落锤试验8.金属材料产生脆性断裂的条件（1）温度任何一种断裂都具有两个强度指标，屈服强度和表征裂纹失稳扩散的临界断裂强度。温度高，原子运动热能大，位错源释放

6、出位错，移动吸收能量；温度低反之。（2）缺陷材料韧性裂纹尖端应力大，韧性好发生屈服，产生塑性变形，限制裂纹进一步扩散。裂纹长度裂纹越长，越容易发生脆性断裂。缺陷尖锐程度越尖锐，越容易发生脆性断裂。（3）厚度钢板越厚，冲击韧性越低，韧-脆性转变温度越高。原因：（1）越厚，在厚度方向的收缩变形所受到的约束作用越大，使约束应力增加，在钢板厚度范围内形成平面应变状态。（2）冶金效应，厚板中晶粒较粗大，内部产生的偏析较多。（4）加载速度低强度钢，速度越快，韧-脆性转变温度降低。7.金属材料的脆化现象分两类：（1）在一定温度条件下出现的脆性，温度条件改变后，脆性自行消失，

7、或者在一定温度条件下，经一定时间后出现的脆性。这种情况下，金属的组织变化不明显。有冷脆性，热脆性，红脆性及回火脆性。（2）由于应力的反复作用，介质的浸蚀以在高温下长期工作后，金属组织改变引起的脆化现象。这种脆性无法消除或要通过一定的特殊方法消除。如苛性脆化，氢脆，热疲劳，石墨化。（1）冷脆性：金属材料在低温下呈现的冲击值明显降低的现象。影响因素：化学成分：1）含碳量；2）锰；3）镍；4）磷。（2）热脆性：某些钢材长时间停留在400～500℃温度区间再冷却至室温，其冲击值有明显下降。影响因素：1）化学成分含C量，铬锰钼磷等；2）保温时间不同钢产生热脆性所需的保温

8、时间不同。3）热处理：调质处理可阻止热