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探析破坏类型和机理

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:根据材料破坏后的断口情况,金属材料的断裂分为三种类型:①解理断裂;②孔洞生长型断裂;③滑移面分离断裂。解理断裂是沿晶体中某一晶面发生分离,该晶面称为解理面。从破坏的宏观表象来看,根据塑性变形的大小,材料可分为脆性断裂材料与延性断裂材料。玻璃类材料是脆性材料,其断裂表现为完全脆性断裂。脆性断裂常常在没有什么预兆的情况下发生,具有很大的危害性,因此应全力避免。

探析破坏类型和机理

根据材料破坏后的断口情况,金属材料的断裂分为三种类型:①解理断裂;②孔洞生长型断裂;③滑移面分离断裂。

解理断裂是沿晶体中某一晶面发生分离,该晶面称为解理面。沿这个晶面断裂时,理论拉伸强度由式(1-4)确定。

解理断裂几乎不伴有塑性变形,是一种脆性断裂,出现在体心立方、密排六方晶格金属中。面心立方晶格金属一般不会发生解理断裂。

通常,金属材料属于延性材料,剪切断裂是其主要的断裂形式。在合金材料中,第二相颗粒对滑移起阻碍作用,可增强材料抵抗塑性变形的能力;当塑性变形增大时,第二相颗粒与基体界面发生剥离,产生微小孔洞;孔洞的形成、长大与合并会导致材料最终断裂。高纯度金属由于不存在第二相颗粒,因此不会产生微小孔洞,滑移的结果使得材料的表面积不断增大,最后形成滑移面分离的断面。

从金属组织学的角度看,断裂又分为穿晶断裂和沿晶断裂。不论是哪一种情况,上述三种断裂机理都有可能出现。对于实际材料的破坏,根据材料或外界条件的不同,三种断裂机理中某一个会起主导作用,但在一般情况下,它们是同时存在的。(www.xing528.com)

从破坏的宏观表象来看,根据塑性变形的大小,材料可分为脆性断裂材料与延性断裂材料。玻璃类材料是脆性材料,其断裂表现为完全脆性断裂。金属材料断裂或多或少伴有塑性变形,塑性变形较大时发生延性断裂,较小时发生脆性断裂。脆性断裂常常在没有什么预兆的情况下发生,具有很大的危害性,因此应全力避免。除了材料自身的性能特征之外,材料是否发生脆性破坏,还受到其他一些因素的影响。容易引起脆性断裂的因素有:低温、高加载速度、三轴拉应力状态(如缺口根部)、循环应力、腐蚀环境等。

图1-4所示为肉眼可见的宏观拉伸断裂形态。图1-4(a)所示为脆性断裂,是在与拉伸方向相垂直的面上材料发生的断裂。图1-4(b)所示为杯口破坏,即材料局部收缩之后,中心部位产生裂纹,并沿着与拉伸应力相垂直的方向向周边扩展,最后的残余部分沿45°角发生剪切破坏。对于单晶体薄板,材料只在一个滑移面上产生滑移,会形成如图1-4(c)所示的滑移面断裂。不含第二相颗粒的纯金属在断裂过程中不会产生任何裂纹,在最后阶段也不会发生剪切破坏,但会因滑移面分离而形成尖点断裂(见图1-4(d))。

图1-4 拉伸断裂形态

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