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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TK的判定,Tk的评定：对应某一值的温度，如15fb记作V15TT断口形貌：记作50%FATT(Akvmax-Akvmin)0.4kmax,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：fK1C）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：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,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.Pb.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（StressCorrosionCracking)氢脆（HydrogenEmbrittlement),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K1SCC概念K1K1SCC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K1，k1Kth，b越高，敏感性越大，越短，或kth越低da/dt=f(K1)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
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