第四章-焊接结构脆性断裂2013.9.9.ppt

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1、第4章焊接结构的脆性断裂4.1脆断现象和研究意义4.2材料断裂及影响因素4.3断裂评定方法4.4焊接结构特点对脆断的影响4.5预防焊接结构脆性断裂的措施4.6焊接结构安全评定材料性能学PropertyofMaterials中国石油大学ChinaUniversityofPetroleum4.1脆断现象和研究意义一、脆断现象特点低应力小变形短时间危害二、研究意义4.2材料断裂及影响因素一、延性断裂和脆性断裂延性断裂（塑性断裂）断裂过程断口特征宏观形态呈纤维状，色泽灰暗，边缘有剪切唇，有塑性变形和滑移线微观形态呈韧窝，韧窝是

2、塑性变形形成微孔洞聚集长大留下的凹坑，坑底含有第二相粒子或夹杂物。4.2材料断裂及影响因素脆性断裂解理断裂断裂过程断口特征宏观形态表现为断口平整，塑性变形几乎为零，有金属光泽，呈现放射状撕裂棱形(人字纹花样)微观特征出现河流花样、舌状花样、扇形花样晶界断裂断裂过程断口特征宏观形态呈颗粒状，色泽较灰暗，无明显塑性变形微观形貌为多面体，如岩石状或冰糖状。晶界各种析出相、夹杂物、及元素偏析是其产生的原因。§4-2材料断裂及影响因素----延性断裂和脆性断裂§4-2材料断裂及影响因素二、影响材料脆断的主要因素温度造成材料产生脆

3、性断裂的重要因素。温度降低，屈服极限升高，逐渐达到材料的强度极限；晶粒滑移困难，形成裂纹的表面能降低。造成塑性断裂向脆性断裂转变，造成在某一温度区间的冲击能急剧下降，该温度称为脆性转变温度。当材料或结构带有缺口时其转变温度明显升高。§4-2材料断裂及影响因素----影响材料脆断的主要因素2.应力状态在主平面上作用有最大正应力σmax(另一个与之相垂直的平面上作用有最小正应力σmin)。与主平面成45°的平面上作用有最大切应力。如果在τmax达到屈服点前，σmax先达到抗拉强度则发生脆性断裂；反之，如果τmax先达到屈服

4、点，则发生塑性变形及形成延性断裂。§4-2材料断裂及影响因素----影响材料脆断的主要因素τmaxσmaxσmin横坐标为σmax，纵坐标为τmaxSOT为正断抗力，tT为剪切屈服极限，tK为剪断抗力当剪应力达到屈服极限tT，产生塑性变形，达到剪断抗力tK时，产生剪断。当正应力达到正断抗力SOT时，产生正断。§4-2材料断裂及影响因素----影响材料脆断的主要因素力学状态图单轴拉伸状态τmax/σmax=1/2三向拉伸时，其脆断的倾向要比单轴拉伸状态大。当σ1=σ2=σ3时，这种受力状态必定是脆断。§4-2材料断裂及影

5、响因素----影响材料脆断的主要因素σ1σ2σ3§4-2材料断裂及影响因素----影响材料脆断的主要因素在实际结构中．三轴应力可能由三轴载荷产生，但更多的情况是由于结构几何不连续性引起的。即虽然整体结构处于单轴、双轴拉应力状态，但某局部地区由于设计不佳、工艺不当往往出现局部三轴应力状态的缺口效应。3.加载速度随着加载速度的增加，材料的屈服点提高，因而促使材料向脆性转变，其作用相当于降低温度。结构钢一旦萌生脆性裂纹，很容易扩展。原因：当缺口根部小范围金属材料解理起裂后，裂纹前端立即受到快速的高应力和高应变作用。意味着一旦

6、缺口根部开裂，相应就有高应变速度产生，而不管原始加载条件是动载还是静载。此后随着裂纹加速扩展，应变速率更急剧增加．进而造成结构失效。影响材料脆断的主要因素4.材料状态厚度随着厚度加大，断裂能降低。§4-2材料断裂及影响因素----影响材料脆断的主要因素晶粒度影响对于低碳钢和低合金来说，晶粒度对钢的韧-脆转变温度有很大影响。即晶粒越细，其转变温度越低。§4-2材料断裂及影响因素----影响材料脆断的主要因素化学成分的影响碳、氮、氧、氢、硫、磷等增加钢的脆性适量的锰、镍、铬、矾等有助于减少钢的脆性§4-2材料断裂及影响因素

7、----影响材料脆断的主要因素显微组织影响一般情况下，在给定的强度水平下，钢的韧-脆转变温度由它的显微组织来决定钢中的主要显微组织的组成物铁素体具有最高的韧-脆转变温度，随后是珠光体、上贝氏体、下贝氏体和回火马氏体每种组成物的转变温度又随其形成时的温度以及在需经问火时的回火温度发生变化。例如等温转变获得的下贝氏体具有最佳的断裂韧度．此时其转变温度比同等强度的回火马氏体还低。混合组织会改变断裂韧性不完全贝氏体处理的掺有马氏体的混合组织，韧—脆转变温度将要上升许多。奥氏体公某些铁索体和马氏体钢中的存在，可以阻碍解理断裂的快

8、速扩展，也就相应地提高了该钢种的断裂韧度。§4-2材料断裂及影响因素----影响材料脆断的主要因素§4-3断裂评定方法转变温度金属材料有两个重要的强度指标，即屈服强度σs和断裂强度σf。温度降低，σs上升速率大于σf上升速率，两线交点对应温度Tk称为韧脆转变温度，当T