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静载荷作用下的
断裂失效分析
定义与特征
过载断裂失效的定义及断口的一般特征
过载断裂失效分析
1、过载断裂失效的定义
当工作载荷超过金属构件危险载面所能承受的极限载荷时,构件发生的断裂称为过载断裂。
1:构件断裂的初始阶段是否是过载性质的断裂
2:工作应力是否超过构件的实际承载能力而非名义能力
明确
光滑断口
2、过载断裂失效断口的一般特征
金属构件发生过载断裂失效时,通常显示一次加载断裂的特征。
其宏观断口与拉伸试验断口极为相似。
过载断裂失效分析
1-纤维区,2-放射区,3-剪切唇
影响因素
影响过载断裂失效特征的因素
过载断裂失效分析
1、材料性质的影响
2、零件形状与几何尺寸的影响
3、载荷性质的影响
4、环境因素的影响
影响因素
影响过载断裂失效特征的因素
过载断裂失效分析
(1)大多数的单相金属、低碳钢及珠光体状态的钢,其过载断裂断口上,具有典型“三要素”的特征。
1、材料性质的影响
(2)高强度材料、复杂的工业合金及马氏体时效钢等,其断口的纤维区内有环形花样,其中心象火山口状,“火山口”中心必有夹杂物,此为裂纹源。另外,尚有放射元细小及剪切唇也较小等特点。
影响因素
影响过载断裂失效特征的因素
过载断裂失效分析
(3)中碳钢及中碳合金钢的调质状态,断口的主要特征是具有粗大的放射剪切花样,基本上无纤维区和剪切唇。放射剪切是一种典型的剪切脊。这是在断裂起裂后扩展时,沿最大切应力方向发生剪切变形的结果。其另一特点是放射元不是直线的,这是因为变形约束小,裂纹钝化,致使扩展速度较慢等。
1、材料性质的影响
影响因素
过载断裂失效分析
(4)塑性较好的材料,由于变形约束小,断口上可能只有纤维区和剪切唇而无放射区。可以说,断口上的纤维区较大,则材料的塑性较好;反之,放射区增大,则表示材料的塑性降低,脆性增大。
(5)纯金属还可能出现一种全纤维的断口或45角的滑开断口。
(6)脆性材料的过载断裂,在其断口上可能完全不出现“三要素”的特征,而呈现细瓷状、结晶状及镜面反光状等特征。
典型特征
过载断裂断口的几种典型特征
过载断裂失效分析
铸铁拉伸试样断口形态
脆性断口,结晶状,无
三要素特征。
高塑性材料的拉伸断口
只有纤维区,没有放射
区。
中碳钢调质状态拉伸断
口,粗大的放射剪切花
样。
回火脆性状态的中碳钢
拉伸断口,断口齐平,
沿晶型。
形状尺寸
2、零件形状与几何尺寸的影响
过载断裂失效分析
(1)圆形试件
缺口圆形试件过载断裂形貌示意图
1-缺口,2-纤维区,3-放射区,
4-最后断裂区
裂纹不对称扩展断口形貌示意图
1-初始阶段,2-第二阶段,
3-最后断裂区,4-裂纹扩展方向
形状尺寸
(2)矩形试件
过载断裂失效分析
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