,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,定义,过程：裂纹萌生、裂纹扩展,断裂分类,冷、热加工缺陷：刀痕，淬火、焊接微裂纹，锻造裂纹,冶炼，铸造,设计,装配,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,T,K,的判定,T,k,的评定：,对应某一值的温度，如,15fb,记作,V,15TT,断口形貌：记作,50%FATT,(A,kvmax,-A,kvmin,),0.4,kmax,T,A,kv,(,k,),T,k,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,脆性断裂现象,自由号,T2,油轮的断裂,装密球罐的断裂,止裂作用消失,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,脆性断裂特征,应力低：,f,b,温度低：,T,f,T,r,速度快：裂纹传播速度,V,音,断口碎片多，平坦，无塑变，断面应力轴。形态：放射状，人字纹,裂纹源多为自身存在的缺陷,尺寸效应,加载速度效应,脆性断裂,解理断裂,定义,解理面：,BCC-,（,100,），,HCP-,（,0001,）,断口微观形态,解理台阶，河流花样，二次裂纹，羽毛状花样，舌状花样,4,疲劳断裂,疲劳断裂的分类,低周疲劳断裂,N,f,10,5,大应力,应变引诱,低应力,应力引诱,疲劳断裂,疲劳断裂的特征（高周疲劳）,断裂应力低,max,10,5,),，有三个阶段,裂纹萌生阶段：产生裂源，包含裂纹萌生、疲劳裂纹微观扩展,-I,裂纹稳定（亚临界）扩展：,a,a,c,裂纹快速扩展：,aa,c,（即,K,1,K,1C,）或,F,剩,不足承受载荷,裂纹源多为自身缺陷处，多在外表,裂纹扩展速率,da/dN,取决于裂纹前端应力强度因子幅,K,存在一个裂纹不扩展门槛值：,K,th,（单位,MPam,-1/2,),疲劳断裂,da/dN,=,f(,K,)=,f(K,max,-K,min,),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,疲劳断口形态和特征,宏观：贝纹线 凸向,C.P,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,应力腐蚀开裂,SCC,（,Stress Corrosion Cracking),氢脆（,Hydrogen,Embrittlement,),应力腐蚀开裂,现象和特征,SCC,是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。,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,判据,K,1SCC,概念,K,1,K,1,SCC,裂纹扩展速率,da/dt,=,f(,K,),氢脆,-,内部,HE,和环境,HE,环境,HE,的特征,K,1,，,，,k,1,K,th,，,b,越高，敏感性越大，,越短，或,k,th,越低,da/dt,=f(K,1,),HE,断口特征,宏观：断口平齐,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,断裂件服役状况分析：环境、应力状态、服役时间、工况,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,金相分析：组织、偏析等,化学成分分析：偏析问题,力学性能分析,应力分布分析,写出分析报告,Thank you for your attention.,