材料力学论金属的断裂.docVIP

工程材料力学期中作业 班级 成型2班 姓名 陶帅 学号 论述金属的断裂 一、基本介绍 概念：金属材料在外力作用下断裂成两部分的现象。 磨损、腐蚀和断裂是机件的三种主要失效形式，其中以断裂的危害最大。在应力作用下（有时还兼有热及介的共同作用），金属材料被分成两个或几个部分，称为完全断裂；内部存在裂纹，则为不完全断裂。实践证明，大多数金属材料的断裂过程都包括裂纹形成与扩展两个阶段。对于不同的断裂类型，这两个阶段的机理与特征并不相同。 二、断裂的基本类型 弹性变形→塑性变形→断裂 1，根据材料断裂前产生的宏观塑性变形量的大小来确定断裂类型，可分为韧性断裂和脆性断裂。 2，多晶体金属断裂时，按裂纹扩展路径可以分为穿晶断裂和沿晶断裂。 3，根据应力类型可分为纯剪切断裂和微孔聚集型断裂、解理断裂。 三、具体分析 韧性断裂 韧性断裂是金属材料断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量。韧性断裂的断裂面一般平行于最大切应力并与主应力成45 o角。用肉眼或放大镜观察时，端口呈纤维状，灰暗色。纤维状是苏醒变形过程中微裂纹不断扩展和相连造成的，灰暗色则是纤维断口表面对光反射能力很弱所致。 中、低强度钢的光滑圆柱试样在室温下的静拉伸断裂是典型的韧性断裂，其宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。 当光滑圆柱拉伸试样受拉伸力作用，在试验力达到拉伸力-伸长曲线最高点时，便在试样局部区域产生缩颈，同时试样的应力状态也由单向变为三向，且中心轴向应力最大。在中心三向拉应力作用下，塑性变形难于进行，致使试样中心部分的夹杂物或第二相质点本身碎裂，或使夹杂物质点与基体界面脱离而形成微孔。微孔不断长大和聚合就形成显微裂纹。早期形成的显微裂纹，其端部产生较大塑性变形，且集中于极窄的高变形带内。这些剪切变形带从宏观上看大致与径向呈50o~60o角。新的微孔就在变形带内成核、长大和聚合，当其与裂纹连接时，裂纹便向前扩展了一段距离。这样的过程重复进行就形成锯齿形的纤维区。纤维区所在的平面垂直于拉伸应力方向。 韧性断裂的裂口形成与发展过程 均匀拉伸 产生细颈 在三向拉应力 微孔长大合并 作用下产生微孔 形成小裂口 裂口沿垂直于拉伸 沿方向断裂 方向扩展接近表面 形成杯锥状 纤维区中裂纹扩展是很慢的，当其达到临界尺寸后就快速扩展而形成放射区。放射区是裂纹做快速低能量撕裂形成的。放射区有放射花样特征。放射线平行于裂纹扩展方向而垂直于裂纹前端的轮廓线，并逆指向裂纹源。撕裂时塑性变形量越大，则放射线越粗。对于几乎不产生塑性变形的极脆材料，放射线消失。温度降低或再聊强度增加，由于塑性降低，放射线由粗变细乃至消失。 试样拉伸断裂的最后阶段形成杯状或锥状的剪切唇。剪切唇的表面光滑，与拉伸轴呈45o。 断口三区域的形态、大小和相对位置，因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及实验温度、加载速率和受力状态不同而变化。一般说来，材料强度提高，塑性降低，则放射区比例增大；试样尺寸加大，放射区增大明显，而纤维区变化不大。 综上韧性断裂的特点有： ①裂口生成、发展均很慢，断裂前能产生显著的塑性变形。 ②断口粗糙，无光泽，呈暗灰色纤维状。 脆性断裂 脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本没有任何塑性变形，没有明显征兆，因而危害性极大。脆性断裂的断裂面一般与正应力垂直，断口平齐而光亮，呈放射状或结晶状。 通常脆性断裂前也产生微量塑性变形。一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5％者为脆性断裂；反之，大于5％者为韧性断裂。 综上：脆性断裂的特点有 ①裂口生成、发展都很快。断裂前没有明显的塑性变形。 ②断口平整，有金属光泽。 穿晶断裂与沿晶断裂 穿晶断裂的裂纹穿过晶内--------河流状、舌状花纹 沿晶断裂的裂纹沿晶界扩展------------冰糖状、颗粒状 穿晶断裂 沿晶断裂 从宏观上看，穿晶断裂可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂；而沿晶断裂则大多数是脆性断裂。沿晶断裂是由晶界上的一薄层连续或不连续脆性第二相、夹杂物，破坏晶界的