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閱讀:1617發(fā)布時間:2013-6-17
金屬材料的韌性斷裂不及脆性斷裂危險,在生產實踐中也較少出現(xiàn)(因為許多機件在材料產生較大塑性變形后就已經失效了)。但是研究韌性斷裂對于正確制訂金屬壓力加工工藝(如擠壓、拉伸)規(guī)范還是重要的,因為在這些加式工藝中材料要產生較大的塑性變形,并且不允許產生斷裂,金屬斷裂分為韌性斷裂和脆性斷裂兩種,以下是兩種斷裂的詳細介紹:
試樣塑性的好壞,由這三個區(qū)域的比例而定。如放射區(qū)較大,則材料的塑性低,因為這個區(qū)域是裂紋快速擴展部分,伴隨的塑性變形也小。反之,塑性好的材料,必然表現(xiàn)為纖維區(qū)和剪切唇占很大比例,甚至中間的放射區(qū)可以消失。材料強度提高,塑性降低,則放射區(qū)比例增大;試樣尺寸加大,放射區(qū)增大明顯,而纖維區(qū)變化不大。對圓柱形試樣的脆斷,斷面上有許多放射狀條紋,這些條紋匯聚于一個中心,此中心區(qū)域就是裂紋源,斷口表面越光滑,放射條紋越細;對板狀試樣,斷裂呈“人”字形花樣,“人”字的指向裂紋源。
韌性斷裂是金屬材料斷裂前產生明顯宏觀塑性變形的斷裂。這種斷裂有一個緩慢的撕裂過程,在裂紋擴展過程中不斷地消耗能量。韌性斷裂的斷裂面一般平行于zui大切應力并與主應力成45度角。用肉眼或放大鏡觀察時,斷口呈纖維狀,灰暗色。纖維狀是塑性變形過程中微裂紋不斷擴展和相互連接造成的,而灰暗色則是纖維斷口表面對光反射能力很弱所致。
中、低強度鋼的光滑圓柱試樣在室溫下的靜拉伸斷裂是典型的韌性斷裂,其宏觀斷口呈杯錐狀,由纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇三個區(qū)域組成即所謂的斷口特征三要素。
如前所述,當光滑圓柱拉伸試樣受拉伸作用,在試驗力達到拉伸力伸長曲線zui高點時,便在試樣局部區(qū)域產生頸縮,同時試樣的應力狀態(tài)也由單向變?yōu)槿?,且中心軸向應力zui大。在中心三向拉應力作用下,塑性變形難于進行,致使試樣中各部分的夾雜物或第二相質點本身碎裂,或使夾雜物質點與基體界面脫離而形成微孔。微孔不斷長大和聚合就形成顯微裂紋。早期形成的顯微裂紋其端部產生較大塑性變形,且集中于極窄的變形帶內。這些剪切變形帶從宏觀上看大致與徑向呈40度~50度角。新的微孔就在變形帶內成核、長大和聚合,當其與裂紋連接時,裂紋便向前擴展了一段距離。這樣的過程重復進行就形成鋸齒形的纖維區(qū)。纖維區(qū)所在平面(即裂紋擴展的宏觀平面)垂直于拉伸應力方向。纖維區(qū)中裂紋擴展是很慢的,當其達到臨界尺寸后就快速擴展而形成放射區(qū)。放射區(qū)是裂紋作快速低能撕裂形成的。放射區(qū)有放射線花樣特征,放射線平行于裂紋擴展方向而垂直于裂紋前端(每一瞬間)的輪廓線,并逆指向裂紋源。撕裂時塑性變形量越大則放射線越粗。對于幾乎不產生塑性變形的極脆材料,放射線消失。溫度降低或材料強度增加,會使其塑性降低,放射線由粗變細乃至消失,試樣拉伸斷裂的zui后階段形成杯狀或錐狀的剪切唇剪切唇表面光滑,與拉伸軸呈45度,是典型錄的切斷型斷裂。
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