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航空材料力学性能检测:剪切断裂与解理断裂

时间:2023-08-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:按静载下断裂的机制,断裂类型又可分为剪切断裂与解理断裂两大类。纯金属尤其是单晶体金属常产生纯剪切断裂,其断口呈锋利的楔形或刀尖形,这是由纯粹的滑移流变所造成的断裂。若断裂面取向垂直于最大正应力,即为正断型断裂。断裂面取向与最大切应力方向一致,而与最大正应力约呈45°时,则为切断型断裂。

航空材料力学性能检测:剪切断裂与解理断裂

按静载下断裂的机制,断裂类型又可分为剪切断裂与解理断裂两大类。

1.剪切断裂

剪切断裂是材料在切应力作用下,沿滑移面滑移而造成的断裂。它又分滑断(纯剪切断裂)和微孔聚集型断裂。纯金属尤其是单晶体金属常产生纯剪切断裂,其断口呈锋利的楔形或刀尖形,这是由纯粹的滑移流变所造成的断裂。常用的工程金属材料一般产生微孔聚集型断裂,如低碳钢室温下的拉伸断裂,这类断裂是通过微孔形核长大聚集而使材料分离的。

2.解理断裂

解理断裂是金属材料在一定条件下(如低温),当外加正应力达到一定数值后以极快速度沿一定的结晶学平面产生的穿晶断裂,该结晶学平面被称为解理面。解理面一般是低指数晶面或表面能最低的晶面。各种材料、各种晶体构造的解理面和主要滑移面见表3-1。

3-1 各种材料各种晶体构造的解理面和主要滑移面

978-7-111-58451-3-Part01-62.jpg(www.xing528.com)

由表3-1可见,只有体心和密排六方金属才产生解理断裂,面心立方金属不发生解理断裂。这是因为只有当滑移带很窄时,塞积位错才能在其端部造成很大的应力集中而使裂纹成核,但是面心立方金属易产生多系滑移,使滑移带破碎,尖端钝化,应力集中下降。所以,从理论上讲面心立方金属不存在解理断裂。但面心立方金属在非常苛刻的条件下也可能产生解理破坏。

通常解理断裂总是脆性断裂,但有时在解理断裂前也显示一定的塑性变形,所以解理断裂与脆性断裂不是同义词,前者指断裂机制,后者则指断裂的宏观形态。

除了上述的断裂分类方法外,根据断裂面的宏观取向与最大正应力的交角,断裂方式又可分成正断型和切断型两种。若断裂面取向垂直于最大正应力,即为正断型断裂。常见于解理断裂,或塑性变形约束较大的场合,例如平面应变条件下的断裂。断裂面取向与最大切应力方向一致,而与最大正应力约呈45°时,则为切断型断裂。常发生于塑性变形不受约束或约束较小的情况,例如平面应力条件下的断裂、拉伸断口上的剪切唇。

综上所述,金属材料的断裂分类及其主要特征见表3-2。

3-2 金属材料的断裂分类及其主要特征

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