失效分析基础和程序5 .ppt

* 5 其它 断 裂 2 疲劳断裂是金属构件断裂的主要形式之一。此外，在金属构件断裂这中还有其它许多方式或形式。尽管大多数工程技术人员和设计人员已经注意到这些断裂问题，而且已积累了大量的实验数据，目前仍然有许多设备和机器发生各种各样的断裂。 主要的断裂形式： 过载断裂；应力腐蚀断裂；低温脆断；氢致断裂；回火脆断 等 2 5.1.1 过载断裂的定义和基本特征 1、过载断裂的定义 当工作载荷超过金属构件危险载面所能承受的极限载荷时，构件发 生的断裂称为过载断裂。 在工程上，对于金属构件来说，一旦材料的性质确定以后，构件的 过载断裂主要取决于两个因素：一是构件危险载面上的真实应力，二是 载面的有效尺寸。 判断某个断裂失效事件是不是过载性质地，不是仅仅看其断口上有 无过载断裂的形貌特征，而且要看构件断裂的初始阶段是否是过载性质 的断裂。 5.1 过 载 断 裂 2 所谓过载，仅仅说明工作应力超过构件的实际承载能力，并不一定表示操作者违章作业，使构件超载运行。因为也可能属于另一种情况，即工作应力并未超过设计要求，而由于材料缺陷及其它原因，使其不能承受正常的工作应力，此时发生的断裂也是过载性质的。 5.1 过 载 断 裂 2 2、过载断裂失效断口的一般特征 金属构件发生过载断裂失效时，通常显示一次加载断裂的特征。其 宏观断口与拉伸试验断口极为相似。 对于宏观塑性的过载断裂失效来说，其断口上一般可以看到三个特 征区：纤维区、放射区及剪切唇，通常称为断口的“三要素”。 5.1 过 载 断 裂 1、纤维区 位于断裂的起始部位。 2、放射区 裂纹的快速扩展区。宏观上可见 放射状条纹，或人字纹。 3、剪切唇 最后断裂区。断面与应力轴呈45?角。 2 5.1.2 影响过载断裂特征的因素 1、材料性质的影响 断口上的“三要素”是塑性过载断裂的基本特征。材料的性质对其具有很大的影响。在分析时，可以根据这些差异推断材料的性能特点这对于正确地分析致断原因是有很大帮助的。 （1）大多数的单相金属、低碳钢及珠光体状态的钢，其过载断裂断口上，具有典型“三要素”的特征。 （2）高强度材料、复杂的工业合金及马氏体时效钢等，其断口的纤维区内有环形花样，其中心象火山口状，山口中心必有夹杂物，此为裂纹源。另外，尚有放射元细小及剪切唇也较小等特点。 5.1 过载断裂的基本形式和特征 2 （3）中碳钢及中碳合金钢的调质状态，断口的主要特征是具有粗大的放射剪切花样，基本上无纤维区和剪切唇。放射剪切是一种典型的剪切脊。这是在断裂起裂后扩展时，沿最大切应力方向发生剪切变形的结果。其另一特点是放射元不是直线的，这是因为变形约束小，裂纹钝化，致使扩展速度较慢等。 （4）塑性较好的材料，由于变形约束小，断口上可能只有纤维区和剪切唇而无放射区。 （5）纯金属还可能出现一种全纤维的断口或45?角的滑开断口 （6）脆性材料的过载断裂，在其断口上可能完全不出现“三要素”的特征，而呈现细瓷状、结晶状及镜面反光状等特征。 5.1 过载断裂的基本形式和特征 2 2、零件形状与几何尺寸的影响 零件的几何形状与结构特点对过载断裂，特别是对宏观塑性的过载 断裂的断口特征会产生一定的影响。 5.1 过载断裂的基本形式和特征 2 5.1 过载断裂的基本形式和特征 放射区 剪切唇 纤维区 试样直径 2 3、载荷性质的影响 载荷性质不仅对断口中“三要素”的相对大小有影响，而且其断裂的 性质有时也会发生很大的变化。 5.1 过载断裂的基本形式和特征 冲击断口形貌示意图 a—一般情况，ｂ—材料塑性较好，c—材料脆性较大，ｄ—脆性断口 F—纤维区，R—放射区，S—剪切唇 2 4、环境因素的影响 温度的变化及介质的性质对过载断裂的断口也有影响。 5.1 过载断裂的基本形式和特征 温度对断口三要素各区相对大小的影响（4340钢） 2 机械产品在使用中，由于所用材料的韧塑性不足而发生脆断的事故时有发生。金属材料变脆的现象，除材料选用不当外，主要有以下几种情况：一类原因是制造过程中由于工艺不正确产生的，如淬火回火钢中的回火脆性，加热过程中过热和过烧，冷却过程中发生的石墨化析出，第二相脆性质点沿晶界析出等；另一类是产品使用中不正确的环境条件使材料变脆，如冷脆金属低温脆断及腐蚀介质的