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        金屬材料斷裂的基本影響因素

        文章出處:青島豐東熱處理責任編輯:熱處理設備小許查看手機網址
        掃一掃!金屬材料斷裂的基本影響因素掃一掃!
        人氣:-發表時間:2017-06-27 15:00【

        不同的材料,可能有不同的斷裂方式,但是斷裂屬于塑性斷裂還是脆性斷裂,不僅與材料的化學成分和組織結構有關,而且還受工作環境、加載方式的影響。塑性材料在一定的條件下可以是脆性斷裂,而脆性材料在一定條件下也表現出一定的塑性。如在室溫拉伸時呈脆性斷裂的鑄鐵等材料,在壓應力的作用下卻有一定的塑性。因此,在生產實際中,拉伸時呈脆性斷裂的材料通常只用來制造在受壓狀態下工作的零件,而不用來制造重要零件??梢?,研究影響材料斷裂因素對工程實際應用十分重要。下面扼要介紹幾個主要影響因素。

        (1)裂紋和應力狀態的影響  

        對大量脆性斷裂事故的調查表明,大多數斷裂是由于材料中存在微小裂紋和缺陷引起的。裂紋的存在引起應力集中,且產生復雜的應力狀態,就改變了構件的斷裂行為。同樣,受載方式不同會造成應力狀態的改變,也能改變材料的斷裂行為。例如拉伸或彎曲時很脆的材料(如大理石),在受三向壓應力時,卻表現出良好的塑性。

        (2)溫度的影響  

        中、低強度鋼的斷裂過程都有一個重要現象,就是隨著溫度的降低,都有從塑性斷裂逐漸過渡為脆性斷裂的現象,尤其是當試樣上帶有裂紋和缺口時,更加劇了這種過渡傾向。中、低強度鋼光滑試樣的屈服強度Rr0.2隨著溫度的下降而升高,而裂紋擴展所需的臨界應力σf則基本不變,因此存在著一個兩應力相等的溫度Tc。當T>Tc時,σf>Rr0.2,當應力達到Rr0.2時就產生塑性變形,也導致微裂紋的形成,但裂紋還不能擴展,只有當應力達到裂紋所需的臨界應力時才能造成斷裂,即試樣要經一定的塑性變形后才斷裂,此時為塑性斷裂;當T<Tc時,σf<Rr0.2,當應力達到σf時并不發生斷裂,此時金屬中尚無裂紋,只有當應力增大到Rr0.2時,裂紋才能形成,隨即迅速擴展,導致脆性斷裂。一般此溫度稱為脆性轉變溫度。當試樣中存在裂紋及缺口時,會使脆性轉變溫度升高。通常用帶缺口的試樣進行系列沖擊試驗來測定這一溫度。圖5-9所示為沖擊韌度隨溫度的變化曲線。從圖中可以看出,當溫度降至某一數值時,試樣急劇脆化,這個溫度就是脆性轉變溫度。脆性轉變溫度一般是一個范圍,它的寬度和高低與金屬的晶體結構、晶粒大小、應變速率、應力狀態、化學成分、雜質元素等因素有關。一般來說,體心立方金屬冷脆斷裂傾向大,脆性轉變溫度高,密排六方金屬次之,面心立方金屬則基本上沒有溫度效應。晶粒越細,裂紋形成和擴展的阻力越大,所以細化晶??墒勾嘈赞D變溫度降低。此外,合金元素Ni具有顯著降低脆性轉變溫度的作用。

        (3)其他影響因素 

         除材料本身的影響因素外,影響材料斷裂的外界因素還有很多。例如環境介質對斷裂有很大影響,某些金屬與合金在腐蝕介質和拉應力的同時作用下,產生應力腐蝕斷裂。金屬材料經酸洗、電鍍或從周圍介質中吸收了氫之后,產生氫脆斷裂。變形速度的影響比較復雜,一方面,變形速度增大,使金屬加工硬化嚴重,因而塑性降低。另一方面它又使變形熱來不及散出,促使加工硬化消除而提高塑性。至于哪個因素占主導地位,要視具體情況而定。

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