《影响断裂类型的因素》课件

《影响断裂类型的因素》

影响断裂类型的因素

塑性脆性在一定条件下发生转变.

例:钨室温/脆性高温/塑性拉伸/脆性 静水压/塑性

影响转变的因素：变形温度deformationtemperature/变形速度deformationvelocity/应力状态stressstate/组织结构microstructure等.

从韧性断裂到脆性断裂的转变温度称为韧脆转变温度Tc

※韧-脆转变温度

Ductile-brittletransitiontemperature(DBTT)解释:

T对断裂应力σf/屈服强度σs影响不同T↓对σf影响不大,对σs影响显著T>Tc.σf>σs

ductileT<Tc.σf<σsbrittle

将试件水平放置于试验机支座上，缺口位于冲击相背方向。冲击试验：摆锤法冲击时将具有一定质量G的摆锤举至具有一定高度H1的位置，使其获得一定位能GH1，释放摆锤冲断试件后摆锤的剩余能量为GH2，则摆锤冲断试件失去的位能为GH1-GH2，此即为试件变形和断裂所吸收的功，称为冲击吸收功，以AK表示，单位为J。系列冲击实验：分别在低温、室温和高温下进行时可以得到一系列冲击值AK，将这些冲击值与所对应的实验温度在直角坐标系中标出，然后用光滑曲线将这些实验数据连接起来

实验材料的冲击韧性与实验温度的关系曲线。

韧脆转变温度冲击值为完全韧性断裂与完全脆性断裂试样冲击值的平均值时的温度；以冲击试样断口上开始出现脆性特征或断口上出现50％脆断面积时的温度。

应变速率的影响

Effectofstainrate

έ↑,σs↑,σf

影响不大，因此存在一个临界变形速度έc

，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。

Question(1)

对于一定的材料,韧脆转变温度Tc越高,表明该材料脆性趋势越大还是越小?

(2)应力状态对韧脆转变温度的影响？（3）晶粒尺寸对韧脆转变温度的影响？影响因素influencefactor应力状态stressstate

拉应力tensilestress↑Tc↑ 应变速率strainrate έ↑Tc↑化学成分/组织chemicalcomposition d↓Tc↓晶粒细化grainrefining

韧性－材料塑性变形和断裂全过程中吸收能量的能力，是强度和塑性的综合体现。

stress高碳弹簧钢低碳结构钢strain冲击功/冲击韧性

ak=Ak/F0

Ak—冲断试样消耗的功；

F0—试样缺口处截面积。

教材图6－18截面收缩率图6－21，22，24吸收功、冲击功

影响因素：不同金属、晶粒度、变形速度、应力状态、缺口、碳含量、热处理状态。

例：合金成分、组织性能之间的关系实验材料－碳锰钢实验钢的化学成分(mass,%)Chemicalcompositionofthetestedsteel

实验钢力学性能试样编号FT/℃CT/℃σs/MPaσb/MPaδ5(%)σs/σb1.1#850550-570338.7569.1340.602.1#345.0566.3350.613.1#361.9585.9360.623.2#800550-570384.4606.7320.633.3#40010441.6646.4290.68终轧温度降低

850℃800℃3.12.11.1锰含量逐渐升高

0.8%1.2%3.23.33卷取温度降低550℃400℃

冲击实验结果终轧温度：850

℃卷取温度：550-570

℃-60℃-65℃2.1#Mn%=1.03.1#Mn%=1.2

6.5塑性变形中的断裂

fractureinplasticworking

主要原因：不均匀变形inhomogeneousdeformation

其他原因:

铸锭质量ingotquality(疏松pore偏析segregation粗大晶粒coarsegrains),过热overheating,过烧overburning裂纹模式crackingmodes:

表面裂纹surfacecrack

中心裂纹centerburst1fractureinforging锻造自由锻造锻造时的表面开裂

饼材bulging镦粗upset→表面存在摩擦→单鼓形single-bulging→侧面周向σθ（+）

T↑↑晶间断裂intergranularfracture

裂纹方向⊥周向拉应力；

T↓穿晶断裂transgranularfracture

裂纹方向与最大主应力成45°.锻制钛合金饼材镦粗upset鼓形bulging

Prevention:reducingthecircumferentialtensilestressσθ

↓周向应力

Measures措施:(1)↓contactfriction减小摩擦↑finish光洁度

effectuallubrication润滑

(2)采用凹形模模壁对工件的横向压缩，使σθ

减少

(a)软垫先变形，产生径向流动radialflow；侧面呈凹形concave(b)继续压缩，工件压缩，凹形变平直；

(c)继续压缩，呈鼓形与未加软垫相比，凸度convexity↓，σθ

↓

(3)软垫cushion

缓冲变形(4)活动套环和包套，增加三向压应力防止裂纹。要求套环塑性好，变形抗力较大。例:中航一集团621所

TiAl

金属间化合物intermetallics

强度高、塑性差高温下应用－飞机涡轮盘

1050℃

等温锻造 isothermalforging

模具加热 950℃

包套

45#钢

锻造时的内部裂纹

.平锤头flathammer锻压方坯squarebillet

A难变形区三向压应力沿对角线方向金属剧烈错动翻转90°压缩相反方向错动反复错动→

疲劳开裂fatigue平锤头锻压圆坯roundbillet

无外端→双鼓形(a)

措施：采用槽形和弧形锤头，

减少坯料中心处的水平拉应力，增大压应力。

2fractureinrolling轧制

轧板时的表面开裂－凹形辊concaveroll易出现中部周期裂纹centerperiodiccrack。

－平辊轧制flatrollrolling

易产生边部周期裂纹edgeperiodiccrack，还可导致板材端头中央劈裂split。Waviness

波浪Edgecracking

边裂ZippercracksAlligatoring

鳄裂措施measures良好辊形goodrollshape.坯料尺寸形状sizeandshapeofingot.合理工艺规程properprocessspecification.（压下reduction.张力tension

润滑lubrication）包覆侧边claddingedge防止边部裂纹轧制时的内部裂纹

平辊轧制厚坯料,压下量小,裂纹？

只有表面变形,中心层基本无变形,中心受拉,表面受压,不均匀变形积累,产生心部裂纹,如此继续,便产生内部周期性裂纹。

keywords:

厚坯料thickingot

表面变形surfacedeformation

不均匀变形inhomogeneousdeformation

积累accumulation

心部裂纹centerburst

周期性periodic3Fractureinextrusion/drawing挤压/拉拔挤制铝型材Surfacecrack表面裂纹

挤压筒和挤压模之间存在摩擦→中心流动快/表面层流动慢→中部受压/边部受拉

→摩擦很大时，边部金属断裂→周期性表面裂纹→竹节状，棘棒状

extrusioncont