金属材料的断裂分析课件

关于金属材料的断裂分析第1页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三1

金属断裂的基本概念定义过程：裂纹萌生、裂纹扩展断裂分类第2页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三

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）第3页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三裂纹扩展：应力、环境or应力+环境作用三种形式第4页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三韧-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%FATT½(Akvmax-Akvmin)0.4kmaxTAkv(k)Tk上平台下平台断口的纤维百分数%第5页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三2

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第6页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三3

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，温度很低第7页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三脆性断裂特征应力低：f<[]«b温度低：Tf<Tr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第8页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三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，舌状花样第9页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三4

疲劳断裂疲劳断裂的分类低周疲劳断裂Nf<104~105高周疲劳断裂Nf>105大应力应变引诱低应力应力引诱第10页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三疲劳断裂疲劳断裂的特征（高周疲劳）断裂应力低max<s«b呈脆性断裂，无塑变，断面应力轴无预兆，突然发生，无法预防断裂是损伤积累，需经一定时间(Nf>105)，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→ac裂纹快速扩展：a>ac（即K1>K1C）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)第11页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三疲劳断裂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：与材料有关的常数第12页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三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)第13页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三5

静载延滞断裂应力腐蚀开裂SCC（StressCorrosionCracking)氢脆（HydrogenEmbrittlement)第14页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三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第15页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三应力腐蚀开裂第16页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三应力腐蚀开裂判据

K1SCC概念

K1K1SCC

裂纹扩展速率

da/dt=f(K)第17页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三氢脆----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，很少有二次裂纹第18页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三氢脆第19页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三6

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