材料成型金属学金属影响断裂类型的因素.ppt

1、6.4 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deformation temperature/变形速度deformation velocity/应力状态stress state/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-brittle transition temperature (DBTT),解释: T对断裂应力f/屈服强度s影响不同 T对f影响不大, 对s影响显著,TT c. f s ductile T T

2、 c. f s brittle,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

3、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 Effect of stain rate , s, f 影响不大，因此存在一个临界变形速度 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。,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influence factor 应力状态stress state 拉应力 tensile stress Tc 应变速率 strain rate Tc

4、 化学成分/组织 chemical composition d Tc 晶粒细化 grain refining,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618 截面收缩率 图621，22，24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,%) Chemical composition of the

5、 tested steel,实验钢力学性能,冲击实验结果,终轧温度：850 卷取温度：550-570 ,6.5 塑性变形中的断裂 fracture in plastic working,主要原因：不均匀变形inhomogeneous deformation 其他原因: 铸锭质量ingot quality (疏松pore偏析segregation粗大晶粒coarse grains),过热overheating,过烧overburning 裂纹模式 cracking modes: 表面裂纹surface crack 中心裂纹center burst,1 fracture in forging锻造,

6、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（+） T晶间断裂 intergranular fracture 裂纹方向周向拉应力； T 穿晶断裂 transgranular fracture 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: reducing the circumferential tensile stress 周向应力 Measures措施: (1)contact friction 减小摩擦finish光洁度 effectual lubric

7、ation 润滑 (2)采用凹形模 模壁对工件的横向压缩，使 减少,(a)软垫先变形，产生径向流动radial flow； 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， ,(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isothermal forging 模具加热 950 包套 45#钢,锻造时的内部裂纹

8、 .平锤头flat hammer锻压方坯 square billet,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round billet 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。,2 fracture in rolling 轧制,轧板时的表面开裂 凹形辊concave roll易出现中部周期裂纹center periodic crack。, 平辊轧制 flat roll rolling 易产生边部周期裂纹edge periodic crack， 还可导致板材端头

9、中央劈裂split。,Waviness 波浪 Edge cracking 边裂 Zipper cracks Alligatoring 鳄裂,措施measures 良好辊形 good roll shape. 坯料尺寸形状 size and shape of ingot. 合理工艺规程 proper process specification. （压下 reduction. 张力tension 润滑lubrication） 包覆侧边cladding edge 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

10、生心部裂纹,如此 继续,便产生内部周期性裂纹。,key words: 厚坯料 thick ingot 表面变形 surface deformation 不均匀变形 inhomogeneous deformation 积累accumulation 心部裂纹center burst 周期性 periodic,3 Fracture in extrusion /drawing 挤压/拉拔,挤制铝型材,Surface crack 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,extrusion contain

11、er 挤压筒 extrusion die 挤压模,Internal crack 内部裂纹,在挤压比或拉拔变形程度较小时,产生表面变形使压缩变形未深入到轴心层中心层产生附加拉应力. 基本应力 + 附加应力 材料断裂应力内部开裂 basic stress + subsidiary stress beyond fracture strength interior fracture 措施:f 使流动均匀uniform,人字形裂纹,Similar to extrusion friction 摩擦 flow non-uniform 流动不均匀 subsidiary stress + basic stress beyond fracture strength periodic crack spilt 劈裂,Measures 措施 Reduci