金属脆性断裂与疲劳失效.doc

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脆性断裂失效现象及特征 脆性断裂的裂纹萌生与扩展
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4脆性断裂失效原因分析 防止脆性断裂失效的途径
磨损、腐蚀和断裂是机件的三种主要失效
形式，其中以断裂的危害最大。
对工程构件或机械零件而言其服役条件下可 能受到力学负荷、热负荷或环境介质的作用，有 时只受到一种负荷作用，更多的时候将受到两种 或三种负荷的同时作用。
为此，我们把在力学负荷作用下（有时兼有 热负荷及环境介质的共同作用），金属材料被分 成两个或几个部分的现象称为完全断裂；内部存 在裂纹则为不完全断裂。
研究金属材料断裂的宏观、微观特征、断
裂机理（裂纹萌生与扩展机理）」寸论抑制断 裂失效的措施和途径，对于材料工作者和设»
工作者进行机件的安全设计与选材、分析机件
断裂失效事故都是十分必要的。
对大多数金属材料的断裂过程来说，都经 历了裂纹的萌生与扩展两个阶段。对不同的断 裂类型，其裂纹萌生与扩展机理及特征并不相 同。可以说，对断裂的研究，人们主要关注的 是断裂过程的机理及其影响因素，其目的在于 根据对断裂过程的认识制订合理的措施，实现 有效的断裂控制。
金属脆性断裂会造成重大的经济损失,
至人员伤亡，因此，脆性断裂特别受到人们的 关注。为了对断裂有个全面了解，我们首先介 绍断裂的类型。

断裂类型扌艮据断裂的分类方法不同而有彳艮 多种，它们是依据一些各不相同的特征来分类 的。
■ 根据金属材料断裂前所产生的宏观塑性变
Z形的大小可将断裂分为韧性断裂与脆性断裂。
X 韧性断裂的特征是断裂前发生明显的宏观塑 •性变形，脆性断裂在断裂前基本上不发生塑性变 二形，是一种突然发生的断裂，没有明显征兆，因 Z而危害性彳艮大。
通常，脆断前也产生微量塑性变形，一般规 :定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5%者为脆性断 二裂；大于5%者为韧性断裂。
可见，金属材料的韧性与脆性是依据一定条 ■件下的塑性变形量来规定的，以后我们会看到， 二条件改变，材料的韧性与脆性行为也将随之变化。
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多晶体金属断裂时，裂纹扩展的路径可能 是不同的，穿晶断裂的裂纹穿过晶内，沿晶断 裂的裂纹沿晶界扩展。
沿晶断裂一般为脆性断裂，而穿晶断裂既 可为脆性断裂（低温下的穿晶断裂），也可以 是韧性断裂（如室温下的穿晶断裂）。沿晶断 裂是晶界上的一薄层连续或不连续脆性第二相、 夹杂物，破坏了晶界的连续性所造成，也可能 是杂质元素向晶界偏聚引起的。
应力腐蚀、氢脆、回火脆性、淬火裂纹、 磨削裂纹都是沿晶断裂。有时沿晶断裂和穿晶 断裂可以混合发生。
按断裂机制又可分为解理断裂与剪切断 裂两类。
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解理断裂是金属材料在一定条件下（如 体心立方金属、密排六方金属与合金处于低 温、冲击载荷作用），当外加正应力达到一 定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面的 穿晶断裂。解理面一般是低指数或表面能最 低的晶面。
常见金属的解理面见下表4-1所示。
表4-1常见金属的解理面
J 仝屋
缶基fffl rfji
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HH 1牛乞口 T勺
1— a-Fe
体心立方
{001}
Mo
体心立方
{001}
w
体心立方
{001}
: Mg
密排六方
{0001}
Zn
密排六方
{0001}
》 Te
六方
{10T0}
1 Bi
菱面体
{111}
: Sb
菱面体
{11T}