金属材料零部件失效分析基础与应用课件：失效分析基础与基本性能.pptx

1;

2.1金属材料典型力学性能试验条件下的应力分布与断裂过程;

2.6断口宏观形貌与断口微观形貌间的关系;

金属材料典型力学性

能试验条件下的应力分布与断裂过程;

为标准圆柱形低碳钢典型

的拉伸曲线。

拉伸过程中是单向加载，最大正应力处在垂直拉力轴的截面上，最大切应力位于圆柱轴45的截面上，最大切应力与最大正应力比值为0.5，这种应力状态

就决定了断裂的基本过程。;

加载开始时仅发生弹性变形，随着应力增加曲线

呈现锯齿状，表明开始发生材料屈服。随后应力增加

不多变形很大，说明材料发生塑性变形，材料长度增

加并且截面减少。塑性变形是在切应力作用下发生的。

在塑性变形区域，材料要发生加工硬化使材料强化。

在整个截面上加工硬化的程度并不均匀，所以塑性变

形也不均匀。为了保持恒定速度拉伸就必须增加载荷。

在产生加工硬化较小的区域发生不断变形，也就是说

仅在截面的某些局部区域发生塑性变形。此处显示横

截面减少，宏观表现是出现“缩颈”。在缩颈位置截

面积局部减少，类似表面产生一个缺口，形成三向应

力状态中心的径向与轴向产生应力最大值。;

2.1;

2.1;

受弯曲载荷的样品与受拉伸载荷的样品既有类似之处，也存在明显差别。主要的差别是样品一侧受拉，另一侧受压。受拉一侧情况与拉伸载荷类似，但是由于不会出现缩颈阶段，所以不会产生三向应力状态，因此样品产生的裂纹不会在样品内部。因为最大应力在表面，所以裂纹最有可能出现在表面。圆形截面弯曲情况下，上表面处于轴向拉伸，下表面则受到压缩。最大正应力位于顶部表面，最大切应力位于两个互相垂直的平面，分别垂直于平行圆柱轴。

弯曲载荷下正应力和剪应力与样品的形状有关。根据材料力学，对于矩形、圆形等截面，最大剪应力一般不大，往往是在正应力下开裂。对于工字形截面，在腹板剪应力可能很大，有可能在剪应力作用下开裂。如果零部件的跨度很短，正应力就不会很大，但剪应力会较大，此时如果材料的抗剪能???很低(即切断抗力很低)，就很有可能在剪应力作用下开裂。;

对于在正应力作用下断裂的样

品，如果上表面受拉、下表面受压，

裂纹启裂于上表面，则断裂过程相当从上表面开始，一层一层拉断，逐渐向下表面进行，所以最后断裂的下表面类似拉伸断裂的左后断裂区域，因此在下表面会出现剪切唇。

为弯曲断裂样品的断口形貌;

圆形截面扭转情况下，受力状态如图所示，最大正应力位于与轴成45°的平面，最大切应力与轴线成90°，最大切应力与最大正应力比值为0.8。;

断裂可以呈韧性或脆性方式断裂，导致两种不同形式的断

。

(1)90°切断断口：如果材料以韧性方式断裂，说明材料

屈服强度相当低，材料切断抗力tk较低，因此在切应力作用下则发生明显塑性变形，外加应力达到tk时样品发生断裂。因为最大切应力与轴线垂直，所以断口与轴线成90°。因为在切应力下发生塑性变形，所以如果在圆柱表面做一条平行轴线得到

标线，变形后该线就要围绕表面做螺旋运动。是铝合金

材料进行扭转试验后由于塑性变形留下的痕线，有时可以采用

腐蚀方法显示扭转塑性变形留下的痕迹。

是铝合金样品扭转断裂后，表面变形线的激光共聚焦形貌照片，从图中可以更清楚地看到变形线与轴成45角。;

(2)45°正断断口：对于脆性材料(如铸铁)，由于材料本身正断抗力SOT较低，而切断抗力tk较高，所以在正应力作用下断裂。由于45位向的正应力最大，所以破断面与轴线成45°角。

圆柱样品在拉伸载荷作用下，最大拉应力在垂直轴线平面上，最大剪应力在与轴线

成45°的平面上。而在扭转载荷作用下，却是最大剪应力在垂直轴线平面上，最大拉应力在与轴线成45°的平面上。因此，破断面的位向也会发生变换。韧性材料在拉伸过载断裂情况下，其破断面与轴线成45°，而在扭转过载断裂情况下，破断面与轴线成90°。脆性材料在拉伸过载断裂情况下，其破断面与轴线成90°，而在扭转过载断裂情况下，破断面与轴线成45°。;

沿垂直于轴的方向作用于轴上的外力称为横向力。在横向力作用下，轴的相邻横截面发生相对错动，这种变形称为剪切变形。在工程实际中许多零部件(如销、键及铆