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1、金屬塑性變形理論第十一講LessonEleven2021/7/142第六章金屬的斷裂主要內(nèi)容MainContent斷裂的基本類型及物理本質(zhì)影響斷裂類型的因素塑性加工中的各種斷裂現(xiàn)象分析2021/7/1436.1斷裂的基本類型及物理本質(zhì)斷裂的概念斷裂的基本類型脆性斷裂韌性斷裂2021/7/1446.1.1斷裂的概念金屬的斷裂是指金屬材料在變形超過其塑性極限而呈現(xiàn)完全分開的狀態(tài)。材料受力時(shí)，原子相對(duì)位置發(fā)生了改變，當(dāng)局部變形量超過一定限度時(shí)，原于間結(jié)合力遭受破壞，使其出現(xiàn)了裂紋，裂紋經(jīng)過擴(kuò)展而使金屬斷開。2021/7/145現(xiàn)象：扁擔(dān)從彈性變形到塑性變形，再到斷裂飛機(jī)
2、發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片從損傷到斷裂斷裂遠(yuǎn)比彈塑性失穩(wěn)、磨損、腐蝕等，更具有危險(xiǎn)性!2021/7/146壓力加工制品的斷裂形式2021/7/1472021/7/148金屬塑性的好壞表明了它抑制斷裂能力的高低。在塑性加工生產(chǎn)中，尤其對(duì)塑性較差的材料，斷裂常常是引起人們極為關(guān)注的問題。加工材料的表面和內(nèi)部的裂紋，以至整體性的破壞皆會(huì)使成品率和生產(chǎn)率大大降低。為此，有必要了解斷裂的物理本質(zhì)及其規(guī)律，有效地防止斷裂，盡可能地發(fā)揮金屬材料的潛在塑性。2021/7/1496.1.2斷裂的基本類型按服役條件分類按斷裂應(yīng)變分類按斷裂面取向分類按斷口形貌分類按斷裂路徑分類（1）過載斷裂（2）
3、疲勞斷裂（3）蠕變斷裂（4）環(huán)境斷裂（1）韌性斷裂（2）脆性斷裂（1）正斷（2）切斷（1)沿晶斷裂（2)解理斷裂（3)微孔聚集型斷裂（4)準(zhǔn)解理斷裂（5)純剪切斷裂（1）沿晶斷裂（2）穿晶斷裂2021/7/1410正斷與剪斷的宏觀與微觀形式2021/7/14112021/7/1412晶間斷裂a(bǔ)）和穿晶斷裂b）2021/7/1413斷裂機(jī)理脆性斷裂韌性斷裂1．脆性斷口2．理論斷裂強(qiáng)度3．Griffith裂紋生長(zhǎng)理論4．脆性斷裂的位錯(cuò)理論1．變溫引起的韌-脆轉(zhuǎn)變2．環(huán)境引起的韌-脆轉(zhuǎn)變3．影響韌脆轉(zhuǎn)變的因素脆性-韌性轉(zhuǎn)變1．韌性斷口2．微孔成核、長(zhǎng)大和聚合3．影響韌性
4、斷裂擴(kuò)展的因素2021/7/14146.1.3脆性斷裂根據(jù)斷裂前金屬是否呈現(xiàn)有明顯的塑性變形，可將斷裂分為韌性斷裂與脆性斷裂兩大類。通常以單向拉伸時(shí)的斷面收縮率大于5%者為韌性斷裂，而小于5%者為脆性斷裂。脆性斷裂在斷面外觀上沒有明顯的塑性變形跡象，直接由彈性變形狀態(tài)過渡到斷裂，斷裂面和拉伸軸接近正交，斷口平齊。2021/7/1415在單晶體試樣中常表現(xiàn)為沿解理面的解理斷裂。在多晶體試樣中則可能出現(xiàn)兩種情況：一是裂紋沿解理面橫穿晶粒的穿晶斷裂，斷口可以看到解理亮面；若晶粒較粗，則可以看到許多強(qiáng)烈反光的小平面(或稱刻面)，這些小平面就是解理面或晶界面，可叫做晶狀斷口
5、。二是裂紋沿晶界的晶間斷裂，斷口呈顆粒狀。資料：所謂解理面，一般都是晶面指數(shù)比較低的晶面，如體心立方的（100）面。2021/7/1416解理斷裂成因：原子間結(jié)合鍵遭到破壞，沿表面能最小、低指數(shù)的晶面（解理面）劈開而成。解理斷裂特點(diǎn)：（1）斷口呈河流，扇形或羽毛狀花樣，如圖示螺型位錯(cuò)穿過解理面，遇到第二個(gè)螺位錯(cuò)，產(chǎn)生臺(tái)階。（2）舌狀花樣，如圖示解理裂紋與孿晶相遇時(shí)，便沿孿晶面發(fā)生局部二次解理，二次解理面與主解理面之間的連接部分?jǐn)嗔?，形成舌狀花?021/7/1417沿晶斷裂特點(diǎn)：在斷面上可看到晶粒輪廓線或多邊體晶粒的截面圖，如圖示。有時(shí)仍可看到河流或扇形花樣。沿晶
6、斷裂成因：晶粒邊界的結(jié)合強(qiáng)度遠(yuǎn)比晶內(nèi)要低，脆性裂紋就會(huì)擇優(yōu)在晶界形核，并沿晶界擴(kuò)展。①晶界存在連續(xù)分布的脆性第二相②微量有害雜質(zhì)元素在晶界上偏聚③由于環(huán)境介質(zhì)的作用損害了晶界，如氫脆、應(yīng)力腐蝕、應(yīng)力和高溫的復(fù)合作用在晶界造成損傷。2021/7/1418理論斷裂強(qiáng)度理論斷裂強(qiáng)度是指完整晶體在正應(yīng)力作用下沿其一晶面拉斷的強(qiáng)度。如圖所示，此強(qiáng)度就是兩相鄰原子面在拉應(yīng)力s作用下克服原子間鍵合力作用，使原子面分開的應(yīng)力。2021/7/1419由外力抵抗原子間結(jié)合力所做的功等于產(chǎn)生斷裂新表面的表面能，可以求得理論斷裂強(qiáng)度為：式中a——斷裂面間的原子間距；g——表面能；E——彈
7、性模量。2021/7/1420對(duì)于鐵，可以估算理論斷裂強(qiáng)度sm≈E/10。這個(gè)數(shù)值是很高的，實(shí)際的斷裂強(qiáng)度比這個(gè)值低很多，只是它的1/100~1/1000。只有毫無缺陷的晶須才能近似達(dá)到理論斷裂強(qiáng)度。這一懸殊差別的存在，是因?yàn)椴牧蟽?nèi)部存在有各種缺陷的緣故。2021/7/1421Griffith裂紋生長(zhǎng)理論為了解釋實(shí)際斷裂強(qiáng)度和理論斷裂強(qiáng)度的差別，早在1920年就提出了這樣的設(shè)想：由于材料中已有現(xiàn)成裂紋存在，在裂紋尖端會(huì)引起強(qiáng)大的應(yīng)力集中。在外加平均應(yīng)力小于理論斷裂強(qiáng)度時(shí)，裂紋尖端已達(dá)到理論斷裂強(qiáng)度，因而引起裂紋的急劇擴(kuò)展，使實(shí)際斷裂強(qiáng)度大為降低。由于裂紋長(zhǎng)度的不同
8、，所引起應(yīng)
