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1、金属材料的断裂分析 曾振鹏 上海交通大学 2008.10.17 1 金属断裂的基本概念 n定义 n过程：裂纹萌生、裂纹扩展 n断裂分类 n 冷、热加工缺陷：刀痕，淬火、焊接 微裂纹，锻造裂纹 n 冶炼，铸造 n 设计 n 装配 n 服役：环境，过程 裂纹萌生：裂纹核心（源） 裂纹扩展：应力、环境or应力+环境作用 三种形式 韧-脆转折温度TK的判定 Tk的评定： 1.对应某一值的温度， 如15fb记作V15TT 2.断口形貌：记作 50%FATT 3.(Akvmax-Akvmin) 4.0.4kmax T Akv (k) Tk 上平台 下平台 断口的纤维百分数 % 2 断裂分类 裂纹走向宏观变
2、形量断裂机理 穿晶断裂 延性断裂 微孔聚集型断裂 剪切断裂 混合断裂 脆性断裂 解理断裂 准解理断裂 疲劳断裂 静载延滞断裂 沿晶断裂 延性断裂 混合断裂 脆性断裂 微孔聚集型断裂 静载延滞断裂 晶间断裂 3 脆性断裂 n脆性断裂现象 n自由号T2油轮的断裂 n装密球罐的断裂 止裂作用消失 n原因：焊接代替铆接焊接残余应力 强度越来越高焊接缺陷 构件大型化、复杂化、应力约束严重 应力很低，温度很低 n脆性断裂特征 n应力低：fb n温度低：Tfac（即K1K1C）或F剩不足承受载荷 n裂纹源多为自身缺陷处，多在外表 n裂纹扩展速率da/dN取决于裂纹前端应力强度因子幅K n存在一个裂纹不扩展门
3、槛值： Kth （单位 MPam-1/2) 疲劳断裂 da/dN=f(K)=f(Kmax-Kmin) 第二阶段：Paris公式： da/dN=C(K)n 裂纹扩展速率da/dN单位 mm/次 C，n：与材料有关的常数 疲劳断裂 n疲劳断口形态和特征 n宏观：贝纹线 凸向 C.P n微观：疲劳辉纹 a.凸向 C.P b.每一次应力循环对应一条 疲劳辉纹 c.辉纹距离f(K)(贝纹区） (Striation ) 5 静载延滞断裂 n应力腐蚀开裂SCC（Stress Corrosion Cracking) n氢脆（Hydrogen Embrittlement) 应力腐蚀开裂 n现象和特征 nSCC是
4、指合金在静拉伸应力（或残余应力 ）和腐蚀介质联合作用下引起的一种低应 力脆性断裂。 n特征 1. 与介质联合作用 2. 只有拉应力起作用 3. 介质与金属有一定的组合 4. 介质浓度不一定很高 5. 只有合金才出现SCC 应力腐蚀开裂 应力腐蚀开裂 n判据 K1SCC概念 K1K1SCC 裂纹扩展速率 da/dt=f(K) 氢脆-内部HE和环境HE n环境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断口特征 n宏观：断口平齐 n微观：大多为沿A晶界，晶界上有撕裂 岭，很少有二次裂纹 氢脆 6 断裂分析的基本方法 n断裂件服役状况分析：环境、应力状态、服役 时间、工况 n断口分析，可解决：断裂性质、裂纹起源位置 、裂纹源数量、断裂历史 n金相分析：组织、偏析等 n化学成分分析：偏析问题 n力学性能分析 n应力分布分析 n写出分析报告 Thank you for your attention.
