第2章 焊接结构的脆性断裂课件.ppt

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1、第2章焊接结构的脆性断裂§2.1结构的脆性断裂事故及其特征§2.2金属材料的脆性断裂的能量理论§2.3金属材料脆性断裂及其影响因素§2.4焊接结构制造工艺特点与脆性断裂的关系§2.5焊接结构防脆性断裂设计原则及相关的评定方法§2.6预防焊接结构发生脆性断裂的途径2.1脆性断裂事故及其特征1）多数脆断是在环境温度或介质温度降低时发生，故称为低温脆断。2）脆断的名义应力较低，通常低于材料的屈服点，往往还低于设计应力。故又称为低应力脆性破坏。3）破坏总是从焊接缺陷处或几何形状突变、应力和应变集中处开始的。4）破坏时没有或极少有宏观

2、塑性变形产生，一般都有断裂片散落在事故周围。断口是脆性的平断口，宏观外貌呈人字纹和晶粒状，根据人字纹的尖端可以找到裂纹源。微观上多为晶界断裂和解理断裂。二、脆性断裂特征5）脆断时，裂纹传播速度极高，一般是声速的1/3左右，在钢中可达1200~1800m/s。当裂纹扩展进入更低的应力区或材料的高韧性区时，裂纹就停止扩展。6）若模拟断裂时的温度对断口附近材料做韧性能试验，则发现其韧性均很差，对离断口较远材料进行力学性能复验，其强度和伸长率往往仍符合原规范要求。2.2金属材料脆性断裂及其影响因素一、金属材料断裂的基本概念断裂：是指

3、金属材料受力后局部变形量超过一定限度时，原子间的结合力受到破坏，从而萌生微裂纹，继而发生扩展使金属断开。断口形态：断口发光颗粒、平整、人字花样、河流花样、穿晶。断裂途径：穿晶、沿晶、混晶断裂脆性破坏：结构或构件在破坏前无明显变形或其它预兆的破坏类型。多数为沿晶断裂，也可是穿晶断裂延性破坏：结构或构件在破坏前有明显变形或其它预兆的破坏类型。多数为穿晶断裂脆性破坏：结构或构件在破坏前无明显变形或其它预兆的破坏类型。多数为沿晶断裂，也可是穿晶断裂延性破坏：结构或构件在破坏前有明显变形或其它预兆的破坏类型。多数为穿晶断裂二、典型断裂

4、机制断裂机制：金属断裂的微观机制  为了阐明断裂的全过程（包括裂纹的生核和扩展，以及环境因素对断裂过程的影响等），提出种种微观断裂模型,以探讨其物理实质,称为断裂机制。根据大量的研究成果，目前已知主要的金属断裂微观机制可以归纳在表1[金属的断裂微观机制]中。图2基本断裂机制的典型微观形貌a沿晶脆性断裂×500  b解理断裂×1000c准解理断裂×2000  d韧窝断裂×20001、解理断裂脆性断裂和韧性断裂有很大的不同，脆断前没有明显的塑变，解理断裂是一种低能量断裂，它是晶体材料中最脆的一种断裂形式。解理断裂是典型的脆性断裂

5、,解理断裂也是一个裂纹萌生和扩展的过程,其机制与位错和晶粒有关。应力的大小和晶粒的尺寸影响解理断裂。细化晶粒可抑制脆性断裂。解理断口：属于一种穿晶脆性断裂，根据金属原子键合力的强度分析，对于一定晶系的金属，均有一组原子键合力最弱的、在正应力下容易开裂的晶面，这种晶面通常称为解理面。例如：属于立方晶系的体心立方金属,其解理面为{100}晶面。解理断口解理断裂的特点是:断裂具有明显的结晶学性质,即它的断裂面是结晶学的解理面{},裂纹扩展方向是沿着一定的结晶方向〈〉。为了表示这种结晶学性质,通常用解理系统{}〈〉来描述。扩展消耗的

6、能量小，扩展速度与声速相当。解理断裂的形态：多种多样的，同金属的组织状态和应力状态的变化有关。其中所谓“河流花样”是解理断口的最基本的微观特征。图2-4解理断口的微观特征—河流状花样2、剪切断裂概念：在切应力作用下，沿滑移面的滑移方向而造成的断裂。一种称为滑移，此时金属在外力作用下沿最大切应力的滑移面滑移，至一定程度而断裂，通常发生在纯金属中。另一种是微孔聚集型断裂，在外力作用下，因强烈滑移、位错堆积，大局部地方常产生显微空洞，空洞在切应力作用下不断长大、聚集连接，并同时产生微小孔洞，最后导致整个材料断裂。断口形貌：纤维状，

7、颜色发暗。有滑移变形痕迹。断口微观特征：韧窝状三、影响金属材料脆性断裂的主要因素1、应力状态的影响许多材料处于单轴或双轴拉伸应力下，呈现塑性，当处于三轴拉伸应力下，因不易发生塑性变形，呈现脆性。在主平面作用最大正应力，与主平面成45度的平面上作用有最大切应力。和与加载方式有关。缺口效应如果先达到屈服点，则发生塑性变形而形成延性断裂，反之，先达到抗拉强度，则发生脆性断裂。断裂的形式与加载方式亦应力状态有关。缺口越深越尖，其局部应力和应变也越大。图2-7缺口根部应力分布示意图在三向应力情况下，材料的屈服点较单向应力时提高，即缺口

8、根部材料的屈服点提高，使该处材料变脆。二、温度温度增加，σs和σb均增加，而ψ减小，在-200度时为零，由延性转为脆性。对于一定的加载方式（应力状态），当温度降至某一临界值时，将出现由延性到脆性断裂的转变，这个温度称之为韧脆转变温度。转变温度随最大切应力与最大正应力之比值的降低而提高。带缺