《低温断裂与疲劳》ppt课件

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1、12.2低温断裂与疲劳低温致脆的最大特点是存在某一特定的温度范围，在此温度范围以上的断裂是韧性断裂，不显示脆性断裂的特征；低于此温度范围，为无韧性特征的脆性断裂；在此特定温度范围内的断裂，则显示韧-脆过渡形态，同时具有不同程度的韧性和脆性的断裂特征。这种现象称为冷脆。而材料由韧性断裂转变为脆性断裂的温度TK称为韧-脆转化温度，或冷脆转化温度。一、韧-脆转化理论1、韧-脆转化的物理本质2、Stroh的韧-脆转变温度理论3、韧-脆转化的Cottrell模型-Petch屈服理论解释二、低温疲劳一、韧-脆转化理论1、韧-脆转化的物理本质金属材料的韧-脆转化过程：图12.14F、S、

2、SK随T、V和的变化可见：解理断裂应力F基本上不随温度变化，而屈服点S和韧性断裂应力SK则随温度升高而急剧降低并与F曲线存在交点。图中A点以下为无塑性变形的解理断裂，相当于夏比系列冲击试验的下平台。A点对应的温度即为韧-脆转化温度TK。B点以上为经过塑性变形的纤维撕裂，相当于夏比冲击试验曲线的上平台。AB之间为经过塑性变形之后的解理断裂，为韧-脆转化过程。一般用位错的运动解释上述现象。2、Stroh的韧-脆转变温度理论Stroh的韧-脆转变温度理论认为，金属中的应力集中可能导致两种结果：其一是激活附近的F-R源产生韧性断裂；其二是产生微裂纹导致脆性断裂。韧-脆转变就是这两

3、种机制竞争的结果。F-R源保持不被激活，发生脆断的几率表达式：或式中：p为某温度下，t时间内，位错不被激活而发生脆断的几率；ν为位错振动频率；k为波耳兹曼常数；U()为激活被钉扎的F-R源需要的激活能；T为材料所处的温度。可见：由于双对数的关系，随着温度T的升高，p值将很快从1变到0，这就表明了韧-脆转变是发生在很狭窄的温度范围内。3、韧-脆转化的Cottrell模型-Petch屈服理论解释根据Cottrell模型，材料的屈服强度为利用Hal1-Petch关系：y=i+Kyd-1/2解理断裂时，解理断裂应力F=y。而脆断的临界条件为T=TK，则可以推导出TK表达式：式

4、中：TK为冷脆转化温度；d为晶粒平均直径；G为材料的切变模量；为材料的比表面能；为应力状态系数；为Hall-Petch关系式的斜率；是Cottrell模型中的系数；B、C为常数，可通过试验确定。可见，冷脆转化温度TK主要取决于材料晶粒的大小d、比表面能和应力状态。此外还与系数、和B、C两个常数等因数有关。温度降低和变形速度增加使i和Ky增大，因而引起脆化。二、低温疲劳（1）温度降低，光滑试样的疲劳极限明显提高（2）材料在低温下的疲劳缺口系数增大结论：把常温下测得的疲劳强度用于低温零件设计一般是安全的，但是材料在低温下疲劳缺口敏感性提高，因此低温下更要注意处理好应力集中

5、问题。对于BCC和HCP等存在韧-脆转化的材料，疲劳强度也有韧-脆转化的问题。