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1-4 材料的断裂 1.6.1 金属材料的断裂 根据裂纹扩展的途径——沿晶断裂和穿晶断裂 1.沿晶断裂:指裂纹沿晶界扩展,大多是脆性断裂。 在多晶体变形中,晶界起协调相邻晶粒变形的作用,当晶界受到损伤,其变形能力被消弱,不足以协调相邻晶粒的变形时,便形成晶界断裂。 断裂机制: (1)晶界上存在脆性相析出(过共析钢中二次渗碳体析出) (2)高温晶界变弱(加热温度过高,晶界熔化) (3)有害元素沿晶界富集(合金钢的回火脆性) (4)晶界上有弥散相析出(奥氏体高锰钢固溶----碳化物) (5)腐蚀环境下晶界被腐蚀等原因使晶界脆化或弱化所致。 1-4 材料的断裂 1.6.1 金属材料的断裂 根据裂纹扩展的途径——沿晶断裂和穿晶断裂 1.沿晶断裂 断裂过程: 沿晶断裂过程包括裂纹的形成与扩展。晶界受损的材料受力变形时,晶内的运动位错受阻于晶界,在晶界处造成应力集中,当集中应力达到晶界强度时,便将晶界挤裂。 此集中应力与位错塞积群中的位错数目和滑移带长度有关,即: 1-4 材料的断裂 1.6.1 金属材料的断裂 根据裂纹扩展的途径——沿晶断裂和穿晶断裂 1.沿晶断裂 断口形貌:沿晶断裂的性质取决于 与的的相对大小 当 时,晶界开裂发生于宏观屈服之前,晶界无塑性变形,断裂呈宏观脆性,产生冰糖状断口; 当 ﹥ 时,先发生宏观屈服变形及形变强化,晶界有塑性变形,在完成一定的变形量后发生微孔型沿晶断裂,产生石状断口。 1-4 材料的断裂 1.6.1 金属材料的断裂 根据裂纹扩展的途径——沿晶断裂和穿晶断裂 1.沿晶断裂 1-4 材料的断裂 1.6.1 金属材料的断裂 根据裂纹扩展的途径——沿晶断裂和穿晶断裂 2.穿晶断裂 穿晶断裂:指裂纹沿晶内(穿过晶粒)扩展。 穿晶断裂可依据不同的微观断裂机制而具有不同的微观断口形貌特征,主要有解理、微孔聚集、准解理等。 一般地,从宏观上看,沿晶断裂多为脆性断裂,而穿晶断裂则既可以是脆性断裂,也可以是韧性断裂。 1-4 材料的断裂 1.6.1 金属材料的断裂 (1) 微孔聚合剪切断裂 剪切断裂一般是韧性断裂,有微孔聚合型剪切断裂和纯剪切断裂两类。后者主要是在单晶体或高纯金属中出现。前者则是在常用金属材料中出现的形式。 微观特征:主要是韧窝 通常,对微观断口上的韧窝内部进行仔细观察,观察到的韧窝只是显微空洞的一半,而在对应的断口上必有一对应的韧窝,二者的底部,至少其中之一有夹杂物粒子存在。此外,韧窝也可在晶界、孪晶界及相界处形核,此时韧窝中可能没有第二相粒子。 1-4 材料的断裂 1.6.1 金属材料的断裂 微孔聚合断裂(韧窝形成)过程 韧窝的形成与异相粒子有关 在外力作用下产生塑性变形时,异相阻碍基体滑移,便在异相与基体滑移面交界处造成应力集中,当应力集中达到异相与基体界面结合强度或异相本身强度时,会使二者界面脱离或异相自身断裂,从而形成裂纹(微孔),并不断扩大,最后使夹杂物之间基体金属产生“内颈缩”,当颈缩达到一定程度后基体金属被撕裂或剪切断裂,使空洞连接,从而形成韧窝断口形貌。 1-4 材料的断裂 1.6.1 金属材料的断裂 韧窝形貌 1-4 材料的断裂 1.6.1 金属材料的断裂 影响韧窝形成的因素 韧窝的形成位置、形状、大小和深浅受很多因素影响,大致归纳起来可分为三个方面。 (1)成核粒子的大小和分布; (2)材料的塑性变形能力,尤其是形变硬化的能力; (3)外部因素(包括应力大小、应力状态、温度、变形速度等)。 1-4 材料的断裂 1.6.1 金属材料的断裂 韧窝的形状主要取决于应力状态或应力与断面的相对取向。 如图,当正应力垂直于微孔的平面,使微孔在此平面上各方向长大倾向相同时,则形成等轴韧窝 (图a);当切应力平行于微孔截 面时,在切应力作用下微孔被拉长, 断裂时形成的韧窝必是抛物线状, 且在对应断面上的抛物线方向相反 (图 b),形成拉长韧窝;当微孔 在不均匀拉伸或弯曲加载的拉应力 作用下时,断口上也形成被拉长的 抛物线状韧窝,但对应断面上的抛 物线方向相同,都指向裂纹源(图 c),形成撕裂韧窝。 不同应力状态下的韧窝形态 1-4 材料的断裂 1.6.1 金属材料的断裂 (2)解理断裂 定义:指在拉伸应力作用下,沿一定结晶面而分离的断裂。所分离的结晶面称为解理面。 一般地,解理断裂是脆性断裂,而脆性断裂却不一定是解理断裂,且解理断裂也可以是在有一定塑性变形后产生,所以,解理断裂与脆性断裂不能完全等同。 解理面一般是低指数晶面,原因是低指数晶面一般表面
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