变形和断裂的影响因素以及断口形态

1、变形和断裂的影响因素以及断口形态塑性与脆性并非金属固定不变的特性，象金属钨，虽在室温下呈现脆性，但在较高的温度下却具有塑性。在拉伸时为脆性的金属，在高静水压下却呈现塑性。在室温下拉伸为塑性的金属，在出现缺口、低温、高变形速度时却可能变得很脆。所以，金属是韧性断裂还是脆性断裂，取决于各种内在因素和外在条件。因此，对塑性加工来说，很有必要了解塑性脆性转变条件，尽可能防止脆性，向有利于塑性提高方面转化。影响塑性脆性转变的主要因素有：变形温度，变形速度，应力状态，组织结构等。大多数金属材料(除面心立方以外)的变形中有一个重要的现象：随着变形温度的改变都有一个从韧性断裂到脆性断裂的转变温度，称此温度为脆

2、性转变温度，常以Tc来表示。在此温度以上是韧性断裂，在此温度以下是脆性断裂。 对一定材料来说，脆性转变温度越高，表征该材料脆性趋势愈大。 如果变形温度不变，改变其他参数，如晶粒度，变形速度，应力状态等，同样也会出现塑性脆性转变现象。对这种现象的解释，可以认为断裂应力f对温度不够敏感，热激活对脆性裂纹的传播不起多大作用，但屈服强度s却随温度变化很大，温度越低，s越高。将s与f对温度作图，则两条曲线的交点所对应的温度就是Tc。当T Tc时， f s ，此时材料要经过一段塑性变形后才能断裂，故表现为韧性断裂；在T Tc 时， f s ，此时材料未来得及塑性变形就已经发生断裂，则表现为脆性断裂。变形速

3、度的影响与变形温度类同，由于变形速度的提高，塑性变形来不及进行而使s增高，但变形速度对断裂抗力f影响不大。所以在一定的条件下，就可以得到一个临介变形速度c，高于此值便产生脆性断裂。变形速度的提高相当于变形温度降低的效果。不同含碳量对钢的冲击韧性也有影响。随着含碳量的增加，冲击韧性明显降低，而且脆性转变温度上升，所以为避免低温脆性多选用含碳量低于0.2以下的钢。 在韧性金属的拉伸试验中，最初是弹性（基本上是线性的）变形，随后为塑性变形，这时长度增加并且截面积减少。在塑性变形区域中通常发生应变（工作）硬化，同时材料变得更强，因此为了继续以近干恒定的速率来应变（伸长）此试样就要求增加载荷。最终得到的

4、应变其塑性变形非常局限化。这点可能最初发生于截面积稍小的区域（例如机加工成的缺口处）或是显微组织特别的地方，此处工作硬化较小，在任何情况下，在此位置截面积局部减小，其作用如同一个表面缺口。表现出来就导致三向应力状态，中心的径向与轴向应力成为最大值。这种应力分布状况使拉伸棒的中心易于萌生裂纹，而在许多合金中这里正是断裂的萌发处。（然而，这取决于合金及试验条件）如果裂纹萌生于心部，然后径向扩散，这样此阶段中拉伸试棒具有内部缺口。当裂纹趋近表面时，残留的材料就是个薄壳，由此面形成平面应力条件。这就导致裂纹扩展由平面破断向斜面过程的变化。因此断口表面由两部分组成：宏观上相当平坦的中心区，其表面垂直于拉伸载荷的方向（平面应变区）以及倾斜45的边缘（平面应力区）。此情况示于图2.28并称为杯锥形断裂。如果没有在心部萌生断裂，那么材料就会拉成一个点，如图2. 29所示。所以，断裂形貌取决于内部显徽组织特征对内部裂纹萌生的影响。斜面断裂与平面断裂的相对数量取次于约束的程度。在具有矩形横截面的零件中，它随厚度而增加，所以平面断裂较多。 在宽而薄的板中其缩颈过程与圆柱体的不同宽度厚度比较大(例如10)时所产生的约束会阻止在包含宽度方向又垂直于载荷方向的平面中产生