金属材料的断裂分析.

金属材料的断裂分析曾振鹏上海交通大学2008.10.171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：1.对应某一值的温度，如15fb记作V15TT2.断口形貌：记作50%FATT3.½(Akvmax-Akvmin)4.0.4kmaxTAkv(k)Tk上平台下平台断口的纤维百分数%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：f[]«b温度低：TfTr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4疲劳断裂疲劳断裂的分类低周疲劳断裂Nf104~105高周疲劳断裂Nf105大应力应变引诱低应力应力引诱疲劳断裂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(Nf105)，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：aac（即K1K1C）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K1K1SCC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、偏析等化学成分分析：偏析问题力学性能分析应力分布分析写出分析报告Thankyouforyourattention.