文档介绍：关于焊接结构的脆性断裂 (2)
第1页，讲稿共99张，创作于星期二
主要内容
第一节 金属材料的脆性断裂
脆断事故及研究脆断的意义,脆断的形态特征及影响因素,材料断裂的评定方法脆性，断裂的能量理论
第二节 焊接结构的特点及其获得
断口三要素：纤维区、放射区和剪切唇区
定义裂纹扩展区对另外两个区面积的比值为R,则通常把R=1时的断裂温度称为材料的韧性－脆性转变温度（或延性-脆性转变温度、塑性-脆性转变温度）
断口总是发生在金属组织中最薄弱的地方。
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延性断裂 Ductile Fracture
延性断裂过程：金属材料在载荷作用下，首先产生弹性变形，当载荷继续增加到某一数值，材料即发生屈服，产生塑性变形。继续加大载荷，金属将进一步变形，继而发生微裂口或微空隙，这些微裂口或微空隙一经形成，便在随后的加载过程中逐步汇合起来，形成宏观裂纹。宏观裂纹发展到一定尺寸后，扩展而导致最后断裂。
微观特征：韧窝
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延性断裂的表面SEM图片
韧窝花样和硫化物（Sulfide）颗粒
材料：ASTM 1080碳素钢
化学成分：
C：-
Mn: -
P: ≤ S硫: ≤
Si: ≤ Cu:
铜≤
dimple
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韧窝的形成的两种机制
(a)微孔聚集模型
(b) 在第二相粒子处形核模型
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三种基本韧窝形态
等轴韧窝：在正应力的作用下,显微空洞周边均匀增长,断裂之后形成近似圆形的等轴韧窝。
实际断口常常是混合型韧窝
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三种基本韧窝形态——撕裂韧窝：
在切应力作用下形成的,通常出现在拉伸或冲击断口的剪切唇上,其形状呈抛物线形,匹配断面上，抛物线的凸向相反。
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三种基本韧窝形态——剪切韧窝：
在撕裂应力的作用下形成,常见于尖锐裂纹的前端及平面应变条件下低能撕裂断口上,也呈抛物线形,但在匹配断口上,撕裂韧窝不但形状相似,而且抛物线的凸向也相同。
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脆性断裂-脆性断裂是指材料在未断裂之前无塑性形变发生,或发生很小的塑性形变导致破坏的现象
解理断裂定义：是金属在正应力作用下,由于原子结合键被破坏而造成沿一定晶体学平面(即解理面)快速分离。包括半解理断裂及晶界(沿晶)断裂。
主要特征：在工作应力低于材料的设计应力和没有显著的塑性变形情况下，金属结构发生瞬时、突然破坏的断裂（裂纹扩展速度可高达1 500～2 000m/s）。解理面一般是表面能量最小的晶面。常见的解理面见表1。面心立方晶系的金属及合金,在一般情况下,不发生解理断裂。
微观机制：解理断裂、准解理断裂和晶界断裂
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典型的解理断口
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解理断口典型特征
河流花样
裂纹扩展中解理（台）阶在图像上的表现形式态。
裂源在河流的上游某处的晶界
舌状花样
主解理面与孪晶面相遇形成的短暂的二次解理
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Brittle Fracture 裂纹源
板件断口的人字纹
汇集的河流花样
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解理花样，二次裂纹明显，并有空穴状形貌 M30×160大六角高强度螺栓，材质：42CrMo
上海市机械制造工艺研究所有限公司
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准解理断口
介于解理断裂和塑性断裂之间的一种断裂形式。
在电子显微镜中观察其断口时，既有韧窝花样，但又较浅，显示塑性较低；既有平坦的小晶面，但又不是沿结晶学平面断开的解理面，既有河流花样，但又显得短而弯曲，而且又有显示发生过局部一定塑性变形的撕裂棱。
——准解理断口的特征
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基本断裂机制的比较
微观形貌
沿晶
解理
准解理
韧窝
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钢轨闪光焊试验件断裂原因分析
宏观断口
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影响金属脆断的主要因素 ——应力状态、温度、加载速率和材料的状态
1 应力状态的影响
SOT 正断抗力
τT 剪切屈服极限
τK 剪断抗力
剪断——1
正断——
延性断——
脆断——2
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应力状态的影响
物体受外载时，在不同载面上产生不同的正应力σ和切应力τ。
在主平面上作用有最大正应力σmax，
另一与之垂直的主平面上