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阅读:1464发布时间:2013-6-17
金属材料的韧性断裂不及脆性断裂危险,在生产实践中也较少出现(因为许多机件在材料产生较大塑性变形后就已经失效了)。但是研究韧性断裂对于正确制订金属压力加工工艺(如挤压、拉伸)规范还是重要的,因为在这些加式工艺中材料要产生较大的塑性变形,并且不允许产生断裂,金属断裂分为韧性断裂和脆性断裂两种,以下是两种断裂的详细介绍:
试样塑性的好坏,由这三个区域的比例而定。如放射区较大,则材料的塑性低,因为这个区域是裂纹快速扩展部分,伴随的塑性变形也小。反之,塑性好的材料,必然表现为纤维区和剪切唇占很大比例,甚至中间的放射区可以消失。材料强度提高,塑性降低,则放射区比例增大;试样尺寸加大,放射区增大明显,而纤维区变化不大。对圆柱形试样的脆断,断面上有许多放射状条纹,这些条纹汇聚于一个中心,此中心区域就是裂纹源,断口表面越光滑,放射条纹越细;对板状试样,断裂呈“人”字形花样,“人”字的指向裂纹源。
韧性断裂是金属材料断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂。这种断裂有一个缓慢的撕裂过程,在裂纹扩展过程中不断地消耗能量。韧性断裂的断裂面一般平行于zui大切应力并与主应力成45度角。用肉眼或放大镜观察时,断口呈纤维状,灰暗色。纤维状是塑性变形过程中微裂纹不断扩展和相互连接造成的,而灰暗色则是纤维断口表面对光反射能力很弱所致。
中、低强度钢的光滑圆柱试样在室温下的静拉伸断裂是典型的韧性断裂,其宏观断口呈杯锥状,由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成即所谓的断口特征三要素。
如前所述,当光滑圆柱拉伸试样受拉伸作用,在试验力达到拉伸力伸长曲线zui高点时,便在试样局部区域产生颈缩,同时试样的应力状态也由单向变为三向,且中心轴向应力zui大。在中心三向拉应力作用下,塑性变形难于进行,致使试样中各部分的夹杂物或第二相质点本身碎裂,或使夹杂物质点与基体界面脱离而形成微孔。微孔不断长大和聚合就形成显微裂纹。早期形成的显微裂纹其端部产生较大塑性变形,且集中于极窄的变形带内。这些剪切变形带从宏观上看大致与径向呈40度~50度角。新的微孔就在变形带内成核、长大和聚合,当其与裂纹连接时,裂纹便向前扩展了一段距离。这样的过程重复进行就形成锯齿形的纤维区。纤维区所在平面(即裂纹扩展的宏观平面)垂直于拉伸应力方向。纤维区中裂纹扩展是很慢的,当其达到临界尺寸后就快速扩展而形成放射区。放射区是裂纹作快速低能撕裂形成的。放射区有放射线花样特征,放射线平行于裂纹扩展方向而垂直于裂纹前端(每一瞬间)的轮廓线,并逆指向裂纹源。撕裂时塑性变形量越大则放射线越粗。对于几乎不产生塑性变形的极脆材料,放射线消失。温度降低或材料强度增加,会使其塑性降低,放射线由粗变细乃至消失,试样拉伸断裂的zui后阶段形成杯状或锥状的剪切唇剪切唇表面光滑,与拉伸轴呈45度,是典型录的切断型断裂。
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