材料失效分析(第二至四章-解理断裂与沿晶断裂)

第二章韧性断裂§1、概述§2、韧性断裂的断口形貌特征§3、韧窝形成机理§4、影响韧窝形貌的因素§1、概述1、特点：料断裂前发生明显的塑性变形。也可以说塑性变形是韧断的前奏，而韧断是大量塑性变形的结果。2、过程：显微空洞形成、扩展、连接、断裂3、类型：微孔聚集型纯剪切型§2、韧性断裂的断口形貌特征一、宏观形貌特征纤维区、剪切唇二、微观形貌特征韧窝花样（断面上覆盖着大量微坑）韧窝类型：等轴韧窝抛物线韧窝卵形韧窝等轴韧窝抛物线韧窝卵型韧窝§3、韧窝形成机理§4、影响韧窝形貌的因素1、夹杂物或第二相粒子尺寸较小，且分布密集→促进韧窝成核，形成小而多的韧窝花样尺寸较大，且分布变化不大→促进裂纹扩展，形成较大的韧窝花样2、基体材料的韧性韧性差、塑性变形能力差，韧窝尺寸较小、较浅3、试验温度T↑、有利于韧窝的成核与扩展，韧窝宽度和深度增加4、应力状态拉应力、切应力、撕裂应力应力状态第三章解理断裂§1、概述§2、解理断口形貌特征及形成机理§3、影响解理断裂的因素§4、准解理断裂§1、概述1、定义正应力、解理面、穿晶脆断2、发生条件一般均在bcc、hcp金属中发生，而fcc只在特殊情况下才发生，如腐蚀环境、材质较差时。§2、解理断口形貌特征一、宏观形貌特征1、放射状条纹2、人字纹3、小刻面（facet）：发亮的小晶面解理断口上的结晶面宏观上呈无规则取向强光下可见到闪闪发光的特征解理断口是由许多小刻面组成的，每个小刻面代表一个晶粒小刻面放射条纹人字纹二、微观形貌特征及形成机理特征：扇形花样解理台阶（cleavagestep）河流花样（riverpattern）舌状花样（tonguepattern）青鱼骨花样（spinepattern）瓦纳线（wallnerline）扇形花样河流花样舌状花样青鱼骨花样瓦纳线（二）形成机理（模型）1、解理台阶解理裂纹与螺位错交截形成台阶台阶形成过程的简化图通过二次解理或撕裂相互连接形成台阶（撕裂棱）台阶的性质台阶在扩展过程中会发生合并或消失（台阶高度减小）相同方向的台阶合并后高度增加相反方向的台阶合并后高度减小或消失台阶高度与柏氏矢量大小、位错密度之间存在一定关系H＝bN1/22、河流花样定义：解理台阶及局部塑性变形形成的撕裂脊线所组合的条纹。其形状类似地图上的河流。形成机理：河流花样实际上就是解理台阶的一种标志。当裂纹扩展时，同号台阶汇合成较大的台阶，而较大的台阶又汇合成更大的台阶，其结果就形成河流花样。影响因素：小角度晶界：倾斜晶界——影响不大，延伸至相邻晶粒扭转晶界——在亚晶界出产生新的裂纹，河流激增大角度晶界：河流不能通过，在晶界出产生新的裂纹，向外扩展，形成扇形花样大角度晶界，扇形花样3、舌状花样特点：形状象“舌头”，一般在钢铁材料中成组出现。形成机理：解理裂纹沿着孪晶面｛112｝产生二次解理及局部塑性变形撕裂的结果。在低温、高速变形时容易发生孪生变形，也就容易出现舌状花样。青鱼骨花样、瓦纳线§3、影响解理断裂的因素1、晶体结构bcc、hcp—易发生解理断裂fcc——不易发生解理断裂2、显微组织F—断口较光滑，微观呈河流条纹或舌状花样P—断口呈不连续片层状M—断口呈锯齿状，出现小刻面3、温度T↓，易导致解理断裂T＜Tc，晶体在塑性变形前产生解理裂纹，断口呈现脆性T＞Tc，晶体先发生塑变，后产生解理，即断裂时伴随一定的塑性变形4、加载速度V↑，易发生解理断裂§4、准解理断裂与解理相比，准解理断裂的特征：①准解理裂纹源常在准解理平面的内部形成，而解理裂纹源在解理面边界（晶界）形成②准解理裂纹扩展路径比解理裂纹要不连续得多，常在局部地方形成并局部扩展③准解理包含更多的撕裂④准解理面的位向并不如铁素体基体的解理面｛100｝严格对应，不存在确定的位向关系准解理裂纹形成机理示意图准解理断口形貌准解理断口形貌第四章沿晶断裂1、定义：材料沿晶界（原奥氏体晶界、相界、焊合界面）发生的断裂。2、类型：韧性沿晶断裂（沿晶韧断）脆性沿晶断裂（沿晶脆断）3、产生原因※脆性沉淀相沿晶界析出：钢中的碳化物Al-Li合金中的δ（AlLi）相※晶界弱化：杂质Na、S、P等的晶界偏析合金钢中的高温回火脆性※环境：SCC、氢脆、蠕变※热应力：焊接材料的HAZ※晶粒粗大！4、断口形貌特征宏观断口：结晶状形貌冰糖块状（晶粒粗大）灰色的石状结晶状断口石状断口微观断口：多边形图象（晶粒外形轮廓）冰糖状形貌例1：一批锻件毛坯在抽样检验时，发现屈服强度与断面收缩率均不满足要求，检验人员根据断口特征决定采用正火处理，再检验性能全部合格。试问：1、检验人员看到断口有何特征？2、产生的原因是什么？3、正火后为什么强度和塑性均有提高？例2：在什么条件下易出现沿晶断裂？怎样防止沿晶断裂？例1：1、结晶状脆性断口（过热脆性结晶状断口）2、产生原因：①锻造温度过高，使原奥氏体晶粒过分粗大。②压下量不足，终锻温度过高，晶粒破碎不够，而再结晶充分进行并发生了晶粒长大，使晶粒过粗或粗细不均造成沿晶断裂裂纹所致。3、正火发生可使晶粒细化，改善锻件质量。例2晶粒过分粗大—细化晶粒处理晶界弱化——净化晶界环境介质——改善工作环境热应力——退火消除