金屬材料的斷裂分析ppt

1、金屬材料的斷裂分析金屬材料的斷裂分析曾振鵬曾振鵬上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)2008.10.171 金屬斷裂的基本概念n定義定義n過(guò)程：裂紋萌生、裂紋擴(kuò)展過(guò)程：裂紋萌生、裂紋擴(kuò)展n斷裂分類斷裂分類n 冷、熱加工缺陷：刀痕，淬火、焊接冷、熱加工缺陷：刀痕，淬火、焊接微裂紋，鍛造裂紋微裂紋，鍛造裂紋n 冶煉，鑄造冶煉，鑄造n 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)n 裝配裝配n 服役：環(huán)境，過(guò)程服役：環(huán)境，過(guò)程裂紋萌生：裂紋核心（源）裂紋萌生：裂紋核心（源）裂紋擴(kuò)展：應(yīng)力、環(huán)境裂紋擴(kuò)展：應(yīng)力、環(huán)境or應(yīng)力應(yīng)力+環(huán)境作用環(huán)境作用三種形式三種形式韌韌-脆轉(zhuǎn)折溫度脆轉(zhuǎn)折溫度TK的判定的判定Tk的評(píng)定：的評(píng)定： 對(duì)應(yīng)某一值的溫度，對(duì)應(yīng)某一

2、值的溫度，如如15fb記作記作V15TT 斷口形貌：記作斷口形貌：記作50%FATT (Akvmax-Akvmin)1.0.4 kmaxTAkv(k)Tk上平臺(tái)下平臺(tái)斷口的纖維百分?jǐn)?shù) %2 斷裂分類裂紋走向宏觀變形量斷裂機(jī)理穿晶斷裂延性斷裂微孔聚集型斷裂剪切斷裂混合斷裂脆性斷裂解理斷裂準(zhǔn)解理斷裂疲勞斷裂靜載延滯斷裂沿晶斷裂延性斷裂混合斷裂脆性斷裂微孔聚集型斷裂靜載延滯斷裂晶間斷裂3 脆性斷裂n脆性斷裂現(xiàn)象n自由號(hào)T2油輪的斷裂n裝密球罐的斷裂 止裂作用消失n原因：焊接代替鉚接焊接殘余應(yīng)力強(qiáng)度越來(lái)越高焊接缺陷構(gòu)件大型化、復(fù)雜化、應(yīng)力約束嚴(yán)重應(yīng)力很低，溫度很低應(yīng)力很低，溫度很低n脆性斷裂特征n應(yīng)力

3、低：fbn溫度低：TfTrn速度快：裂紋傳播速度V音n斷口碎片多，平坦，無(wú)塑變，斷面應(yīng)力軸。形態(tài)：放射狀，人字紋n裂紋源多為自身存在的缺陷n尺寸效應(yīng)n加載速度效應(yīng)脆性斷裂解理斷裂n定義n解理面：BCC-（100），HCP-（0001）n斷口微觀形態(tài)n解理臺(tái)階，河流花樣，二次裂紋，羽毛狀花樣，舌狀花樣4 疲勞斷裂n疲勞斷裂的分類n低周疲勞斷裂Nf105大應(yīng)力應(yīng)變引誘低應(yīng)力應(yīng)力引誘疲勞斷裂n疲勞斷裂的特征（高周疲勞）n斷裂應(yīng)力低 max105)，有三個(gè)階段n裂紋萌生階段：產(chǎn)生裂源，包含裂紋萌生、疲勞裂紋微觀擴(kuò)展-In裂紋穩(wěn)定（亞臨界）擴(kuò)展：a acn裂紋快速擴(kuò)展：aac（即K1K1C）或F剩不足承

4、受載荷n裂紋源多為自身缺陷處，多在外表n裂紋擴(kuò)展速率da/dN取決于裂紋前端應(yīng)力強(qiáng)度因子幅Kn存在一個(gè)裂紋不擴(kuò)展門檻值： Kth （單位 MPam-1/2)疲勞斷裂da/dN=f(K)=f(Kmax-Kmin)第二階段：Paris公式：da/dN=C(K)n裂紋擴(kuò)展速率da/dN單位mm/次C，n：與材料有關(guān)的常數(shù)疲勞斷裂n疲勞斷口形態(tài)和特征n宏觀：貝紋線 凸向 C.Pn微觀：疲勞輝紋a.凸向 C.Pb.每一次應(yīng)力循環(huán)對(duì)應(yīng)一條疲勞輝紋c.輝紋距離f(K)(貝紋區(qū)）(Striation)5 靜載延滯斷裂n應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂SCC（Stress Corrosion Cracking)n氫脆（Hydrog

5、en Embrittlement)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂n現(xiàn)象和特征nSCC是指合金在靜拉伸應(yīng)力（或殘余應(yīng)力）和腐蝕介質(zhì)聯(lián)合作用下引起的一種低應(yīng)力脆性斷裂。n特征1. 與介質(zhì)聯(lián)合作用2. 只有拉應(yīng)力起作用3. 介質(zhì)與金屬有一定的組合4. 介質(zhì)濃度不一定很高5. 只有合金才出現(xiàn)SCC應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂n判據(jù)K1SCC概念K1K1SCC裂紋擴(kuò)展速率da/dt=f(K)氫脆-內(nèi)部HE和環(huán)境HEn環(huán)境HE的特征nK1 ， ，k1 Kth， nb越高，敏感性越大，越短，或kth越低nda/dt=f(K1)nHE斷口特征n宏觀：斷口平齊n微觀：大多為沿A晶界，晶界上有撕裂嶺，很少有二次裂紋氫脆6 斷裂分析的基本方法n斷裂件服役狀況分析：環(huán)境、應(yīng)力狀態(tài)、服役時(shí)間、工況n斷口分析，可解決：斷裂性質(zhì)、裂紋起源位置、裂紋源