断裂机理及淬火裂纹.ppt

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1、断裂失效简介（1）按断裂的应力类型及断面的宏观取向与应力相对位置分类a.正断：当外加作用力引起构件的正应力分量超过材料的正断抗力时发生的断裂。断面垂直于正应力或最大的拉伸应变方向。b.切断：当外加作用力引起构件的切应力超过材料在滑移面上的切断抗力时发生的断裂。断裂面平行于最大切应力或最大切应变方向，与最大正应力约成45度角。正断可能是脆性也可能是韧性的，切断一般是韧性的。断裂分类8/25/20212（2）按断裂过程中裂纹扩展的途径分类a.沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展至断裂。当晶界上存在脆性相、焊接裂纹、蠕变断裂、应力腐蚀等一般是沿晶断裂。沿晶断裂

2、多属脆性断裂。b.穿晶断裂：裂纹的萌生和扩展穿过晶粒内部的断裂。穿晶断裂可以是脆性断裂，也可以是韧性的。c.混晶断裂：在多晶体金属材料的断裂过程中，多数是既有穿晶型也有晶间的混晶断裂。断裂分类8/25/20213（3）按负荷的性质及应力的产生的原因分类a.疲劳断裂：材料在交变负荷下发生的断裂。b.环境断裂：材料在环境作用下引起的低应力断裂。包括应力腐蚀和氢脆断裂。断裂分类8/25/20214（4）按微观断裂机制分类a.解理断裂：在正应力（拉力）作用下，裂纹沿特定的结晶学平面扩展而导致的穿晶脆断，但有时也可沿滑移面或孪晶界分离。b.韧窝断裂：在

3、外力作用下因微孔聚集相互连通而造成的断裂。断裂分类8/25/20215断裂分类c.疲劳断裂：在交变应力作用下以疲劳辉纹为标志的断裂。d.蠕变断裂：材料在一定温度下，恒载一定时间产生累进式形变而导致的断裂。e.结合力弱化断裂：裂纹沿着由于各种原因而引起的结合力弱化所造成的脆弱区域扩展而形成的断裂。8/25/20216脆性断裂和韧性断裂8/25/20217韧性断裂的断口形貌1）宏观断口三个区域：凹凸不平暗灰色且无光泽的纤维区、放射线纹理的灰色有光放射区和平滑丝光的亮灰色剪切唇区。8/25/20218纤维区：位于杯底和锥顶的中心部位，宏观断面与主应

4、力相垂直，断面粗糙不平，由无数纤维状“小峰”组成，“小峰”的小斜面和拉伸轴线大约成45度角。纤维区是材料内部处在平面应变三向应力作用下启裂，在试样中心形成很多小裂纹缓慢扩展而形成的。放射区：显示出平行于裂纹扩展的放射线状的纹理，由于中心裂纹向周围放射状快速扩展的结果。剪切唇：裂纹扩展到试样的表面附近时，由于剩余厚度很小（平面应力状态），外围部分剪切断裂，断裂面沿最大切应力面与拉伸轴成45度角。8/25/20219根据纤维区、放射区和剪切唇的比例可以初步评价材料的性能。如纤维区比较大，材料的塑性和韧性比较好，放射区比较大则材料的塑性降低，脆性增

5、大。2）微观断口：正断和切断，其微观形貌相应为微孔聚集型的韧窝花样和纯剪切的蛇行花样1、韧窝韧性断裂断口的微观形貌呈韧窝状，窝的中心有夹杂物或第二相质点。韧窝的形成实际上是第二相质子周围产生的显微空穴，随材料塑变扩大后，使各空穴连结，最后形成韧窝状。8/25/202110韧窝的分类：等轴韧窝、剪切韧窝、撕裂韧窝。8/25/202111A等轴韧窝在正应力的均匀作用下，显微孔洞沿三个方向上的长大速度相同。出现在杯锥底部和锥形顶部。B剪切韧窝在切应力的作用下，塑性变形使显微孔洞沿切应力方向的长大速度达到最大，同时，显微孔被拉长，形成抛物线状或半椭圆

6、状的韧窝，两个匹配面上的韧窝朝相反方向，常在拉伸断口的剪切唇区观察到。8/25/202112C撕裂韧窝撕裂应力作用下出现伸长的或抛物线状的韧窝，两个匹配面朝者相同方向。韧窝的方向指向裂纹源，与剪切韧窝在形貌上没有区别，只是凸向不同，剪切凸向相反，，撕裂韧窝凸向相同。8/25/202113蛇行花样某些金属材料（杂质少）在较大的塑性变形后，沿滑移面剪切分离，因位向不同的晶粒之间的相互约束和牵制，不可能仅仅沿某一个滑移面滑移，而是沿着许多相互交叉的滑移面滑移，形成起伏弯曲的条纹形貌。8/25/202114产生韧性断裂的影响因素及防止措施原因：材料强

7、度不足，如构件受到较大的载荷或过载、局部应力集中等。预防的措施：1）充分考虑构件的承载能力，在可能的情况下设计变形限位装置或增加变形保护系统，尽可能使塑性变形不要发展为断裂。2）操作时保持仪表完好的状态，准确显示操作工况。3）严格遵守操作规程，严禁超载、超温、超速。4）随时注意有无异常变形。5）定期测厚，尤其有腐蚀、高温氧化等引起的壁厚减薄的工况。8/25/202115脆性断裂1脆性断裂的特征工作应力不高，低于材料的屈服点，甚至低于设计的许用应力。“低应力脆性断裂”中低强度钢的脆性断裂往往发生在比较低的温度条件下。“低温脆性断裂”从金属构件的

8、内部存在的裂纹作为裂纹源，裂纹一旦产生常造成灾难性的总崩溃。无明显先兆，难以察觉。脆性断裂通常在体心立方和密排六方金属材料中出现，而面心立方金属材料只有在特定的条件