金屬材料的斷裂韌度

1、一、斷裂韌度KIC與常規(guī)力學(xué)性能指標(biāo)之間的關(guān)系 1030250060 章新洋 二、影響斷裂韌度KIC的因素 1030250047 盛振棟三、高壓容器承載能力計(jì)算 1030250043 韓敏四、高壓殼體的熱處理工藝選擇 1030250050 姬天亮五、大型轉(zhuǎn)軸斷裂分析 1030250038 阮冬祥六、超高強(qiáng)度和中低強(qiáng)度鋼的脆斷傾向分析 1030250033 鄧雄文七、高強(qiáng)度鋼和球墨鑄鐵的脆斷傾向分析 1030250057 李天杭八、J積分及斷裂韌度JIC 1030250001 賈金斗九、裂紋尖端張開位移（CTOD）及斷裂韌度c 1030250056 邵利超金屬的裂韌度金屬的裂韌度K KICIC斷

2、裂韌度與常規(guī)力學(xué)性能指標(biāo)之間斷裂韌度與常規(guī)力學(xué)性能指標(biāo)之間的關(guān)系的關(guān)系章新洋章新洋 10材料科學(xué)（材料科學(xué)（2班）班）學(xué)號：學(xué)號：1030250060（一）斷裂韌度與強(qiáng)度、塑性之間的關(guān)系（一）斷裂韌度與強(qiáng)度、塑性之間的關(guān)系1 1、韌性斷裂模型、韌性斷裂模型克拉夫特提出韌斷模型：認(rèn)為具有第二相質(zhì)點(diǎn)而又均勻分布的兩相合金，裂紋在基體相中擴(kuò)展時(shí)，將要受到第二相質(zhì)點(diǎn)間距( dT)的影響。ySdTrKIy2塑性區(qū)應(yīng)變?yōu)閑yrEKEeIyy2r=dT時(shí)dTEKeIy2ey=eb=n時(shí)K = KCdTEnKIC2鋼中夾雜物對KC影響.夾雜物越多,間距越小, KC越小.ySdTrKIy2塑性區(qū)應(yīng)變?yōu)閑y21*

3、)(CfysICXEK2/1*)(cfsyICXEKn-應(yīng)變硬化指數(shù)Xc-特征距離,第二相質(zhì)點(diǎn)間的平均距離ys-屈服強(qiáng)度*f-臨界斷裂應(yīng)變2 2、解理或沿晶脆性斷裂、解理或沿晶脆性斷裂特爾曼等人提出:當(dāng)裂紋尖端某一特征距離內(nèi)的應(yīng)力達(dá)到材料解理斷裂強(qiáng)度C,裂紋就失穩(wěn)擴(kuò)展,產(chǎn)生脆性斷裂.取特征距離為晶粒直徑的兩倍(2d)2/102/1 1) 1exp(9 . 2SCSICK0 裂紋尖端曲率半徑2/12/ )1 (2/ )1 ()/()(cnsyncICXKn-應(yīng)變硬化指數(shù)Xc-特征距離,23個(gè)晶粒尺寸（二）斷裂韌度與沖擊韌度之間的關(guān)系（二）斷裂韌度與沖擊韌度之間的關(guān)系靜力韌度、沖擊韌度、斷裂韌度度

4、量材料韌性的指標(biāo)應(yīng)力集中程度、應(yīng)力狀態(tài)、加載速率tK1tK2t0tAKVKICAKVKIC茹爾夫?qū)χ?、高?qiáng)度鋼試驗(yàn)得到：茹爾夫?qū)χ?、高?qiáng)度鋼試驗(yàn)得到：)01. 0(79. 02/12 . 02 . 0KVICAKMPa.m1/2影響斷裂韌度KIC的因素10材科（2）班 1030250047 盛振棟 (一)材料的成分，組織對KIC的影響(內(nèi)因)1、化學(xué)成分的影響(1) C% ， KIC 。(2) 細(xì)化晶粒的合金元素，KIC提高。 晶粒細(xì)化 強(qiáng)度提高，塑性提高 KIC提高(3) 強(qiáng)烈固溶強(qiáng)化元素明顯降低KIC。 強(qiáng)烈固溶 強(qiáng)度增加，塑性降低 KIC降低（綜合影響）(4) 形成金屬間化合物并呈第二相

5、析出的元素，降低KIC。 金屬間化合物(相和Loves相) 降低塑性 KIC降低影響斷裂韌度KIC的因素 2、基體相結(jié)構(gòu)和晶粒大小的影響(1)基體相結(jié)構(gòu) 一般來說，基體相晶體結(jié)構(gòu)易于發(fā)生塑性變形，產(chǎn)生韌性斷裂，材料的斷裂韌度就高。 如鋼鐵材料，基體可以是面心立方固溶體，也可以是體心立方固溶體。面心立方固溶體容易發(fā)生滑移塑性變形而不產(chǎn)生解理斷裂，并且形變硬化指數(shù)n較高，其斷裂韌度較高。 影響斷裂韌度KIC的因素 （4）瓷材料，提高材料強(qiáng)度的組元，都將提高斷裂韌度。（5）對于高分子材料，增強(qiáng)結(jié)合鍵的元素都將提高斷裂韌度。A鋼KIC P鋼KIC 、M鋼KICA鋼KIC P鋼KIC 、M鋼KIC應(yīng)用實(shí)

6、例：超高強(qiáng)度奧氏體鋼又稱相變誘發(fā)塑性鋼斷裂韌性極高斷裂韌性極高 添加大量Ni、Mn元素獲得奧氏體鋼。 *室溫溫加工后產(chǎn)生大量的位錯(cuò)和沉淀，強(qiáng)度大大提高。 *裂紋前端存在應(yīng)力集中，可誘發(fā)馬氏體，切變中消耗大量能量提高斷裂韌性提高斷裂韌性影響斷裂韌度KIC的因素 (2)晶粒大小 一般而言，晶粒越細(xì)，KIC越高。 晶粒細(xì)小 n和c越大 KIC提高 措施：措施：合金化(加入Al，Ti，V，Zr，Nb)；冷熱加工(如控制軋制)；熱處理(如循環(huán)熱處理)，均可使晶粒細(xì)化，從而提高強(qiáng)韌性。 例外：例外：如超高溫淬火。盡管組織粗大，但由于在超高溫淬火時(shí)，組織中含有較多的殘余奧氏體，對韌性有利，在兩者的聯(lián)合作用下

7、，使KIC提高。 影響斷裂韌度KIC的因素 3、鋼中夾雜物和第二相對KIC的影響。 鋼中夾雜物和某些第二相，其韌性比基體材料要差，稱脆性相。由于其本身脆裂或再相界面開裂而形成微孔，微孔和主裂紋連接使裂紋擴(kuò)展，從而降低KIc。影響斷裂韌度KIC的因素 影響程度與夾雜物或第二相的類型，形狀，大小，數(shù)量及分布有關(guān)。一般可歸納如下： 第一，非金屬夾雜物往往使斷裂韌度降低。 第二，脆性第二相隨著體積分?jǐn)?shù)的增加，使得斷裂韌度降低。 第三，韌性第二相當(dāng)其形態(tài)和數(shù)量適當(dāng)時(shí)，可以提高材料的斷裂韌度。4、顯微組織對的影響 (1) 板條M的KIC孿晶M的KIC。 (2) KIC(回火索氏體)KIC(回火屈氏體)KI

8、C(回火馬氏體) (3) 上B：KIC ；下B：KIC 。 KIC(B下)KIC(M板條)KIC(B上) (4) A的KICM的KIC，所以殘余A為韌性相，使KIC。 要求：少，小，勻，圓（球）。 措施：冶金質(zhì)量的控制、添加稀土改性夾雜物、合理選擇熱處理工藝。影響斷裂韌度KIC的因素 影響斷裂韌度KIC的因素 總的來說，使材料的強(qiáng)度強(qiáng)度、塑性塑性提高的或者使裂紋擴(kuò)展阻力增加的因素都能使材料的KIC提高。 要注意的是要考慮某個(gè)因素對KIC綜合影響，不能僅考慮因素的片面作用。 如強(qiáng)烈固溶強(qiáng)化的元素Si、P，雖然能夠增強(qiáng)材料的強(qiáng)度，但是嚴(yán)重降低材料的塑性。兩個(gè)因素的綜合結(jié)果使KIC下降。高壓容器承載

9、能力計(jì)算 10材科（2）班1030250043 韓敏 斷裂K判據(jù)應(yīng)用案例第一是設(shè)計(jì)：包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和第一是設(shè)計(jì)：包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇材料選擇 根據(jù)材料的斷裂韌度，計(jì)算結(jié)構(gòu)的許用應(yīng)力，根據(jù)材料的斷裂韌度，計(jì)算結(jié)構(gòu)的許用應(yīng)力， 針對要求的承載量，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸；針對要求的承載量，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸； 根據(jù)結(jié)構(gòu)的承載要求、可能出現(xiàn)的裂紋類型，計(jì)算最根據(jù)結(jié)構(gòu)的承載要求、可能出現(xiàn)的裂紋類型，計(jì)算最大應(yīng)力強(qiáng)度因子，依據(jù)材料的斷裂韌度進(jìn)行選材。大應(yīng)力強(qiáng)度因子，依據(jù)材料的斷裂韌度進(jìn)行選材。第二是校核：第二是校核：根據(jù)結(jié)構(gòu)要求的承載能力、材料的斷裂韌度，計(jì)算材料根據(jù)結(jié)構(gòu)要求的承載能力、材料的斷裂韌度，計(jì)

10、算材料的的臨界裂紋尺寸臨界裂紋尺寸，與實(shí)測的裂紋尺寸相比較，校核結(jié)構(gòu)，與實(shí)測的裂紋尺寸相比較，校核結(jié)構(gòu)的安全性，判斷材料的脆斷傾向。的安全性，判斷材料的脆斷傾向。第三是材料開發(fā)：第三是材料開發(fā)：根據(jù)對斷裂韌度的影響因素，有針對性地設(shè)計(jì)材料的組根據(jù)對斷裂韌度的影響因素，有針對性地設(shè)計(jì)材料的組織結(jié)構(gòu)，開發(fā)新材料織結(jié)構(gòu)，開發(fā)新材料安全校核 例例1 1：有一大型圓筒式容器由高強(qiáng)度鋼焊接而成，如圖有一大型圓筒式容器由高強(qiáng)度鋼焊接而成，如圖4-16所示。鋼板厚度所示。鋼板厚度t=5mm，圓筒內(nèi)徑，圓筒內(nèi)徑D=1500mm；所用；所用材料的材料的0.2=1800MPa，KIC=62MPam1/2。焊接后發(fā)現(xiàn)

11、焊縫表面有縱向半焊接后發(fā)現(xiàn)焊縫表面有縱向半橢圓裂紋，尺寸為橢圓裂紋，尺寸為2c=6mm，a=0.9mm。試問該容器能否在。試問該容器能否在p=6MPa的壓力下正常工作？的壓力下正常工作？根據(jù)材料力學(xué)，裂紋所受垂直拉應(yīng)力為：根據(jù)材料力學(xué)，裂紋所受垂直拉應(yīng)力為：將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式得將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式得5 . 018009002 . 0由于不必考慮塑性區(qū)的修正不必考慮塑性區(qū)的修正還可以用什么方法進(jìn)行計(jì)算？還可以用什么方法進(jìn)行計(jì)算？顯然，顯然， c，不會發(fā)生爆破，可以正常工作。，不會發(fā)生爆破，可以正常工作。對于表面半橢圓裂紋，對于表面半橢圓裂紋，當(dāng)當(dāng)a/c=0.9/3=0.3時(shí)，查附錄表得時(shí)，查附錄表

12、得=1.10，將有數(shù)值代，將有數(shù)值代入上式得入上式得aKYICc1/1.1Y高壓殼體的熱處理工藝選擇高壓殼體的熱處理工藝選擇 10材科（2）班1030250050 姬天亮斷裂K判據(jù)應(yīng)用案例 一、高壓容器承載能力的計(jì)算 二、高壓殼體的熱處理工藝選擇 三、高強(qiáng)鋼容器水爆斷裂失效分析 高壓殼體的熱處理工藝選擇高壓殼體的熱處理工藝選擇 有一火箭殼體承受很高的工作壓力，其周向工作拉有一火箭殼體承受很高的工作壓力，其周向工作拉應(yīng)力應(yīng)力=1400MPa。采用超高強(qiáng)度鋼制造，焊接后往往。采用超高強(qiáng)度鋼制造，焊接后往往發(fā)現(xiàn)有縱向表面半橢圓裂紋發(fā)現(xiàn)有縱向表面半橢圓裂紋 (a=lmm,a/c=0.6) 。現(xiàn)有兩?，F(xiàn)

13、有兩種材料，其性能如下種材料，其性能如下: (A) =1700MPa, ； (B) =2100MPa, 。 問從斷裂力學(xué)角度考慮，應(yīng)選用哪種材料為妥問從斷裂力學(xué)角度考慮，應(yīng)選用哪種材料為妥? 2 . 02 . 02178mMPaKc2147mMPaKc現(xiàn)分別求得兩種材料的斷裂應(yīng)力現(xiàn)分別求得兩種材料的斷裂應(yīng)力 和和 。 對于材料對于材料A: 由于由于 =1400/1700=0.82，所以必須考慮塑性區(qū)修，所以必須考慮塑性區(qū)修正問題。正問題。 因因 將其代入（將其代入（4-16），可得），可得 的修正值的修正值:CACB2 . 01.1YK22212. 01 . 1saK根據(jù)此式，求得斷裂應(yīng)力根據(jù)

14、此式，求得斷裂應(yīng)力 的計(jì)算式為的計(jì)算式為因因 a/c =0.6，查表得，查表得 父愛父愛=1.28。將有關(guān)數(shù)值代入上式。將有關(guān)數(shù)值代入上式后，得后，得:22 . 0212. 08 . 3cccKaKMPaMPaCA1532170078212. 0001. 08 . 37828. 12對于材料對于材料B:由于由于 =1400/2100=0.67，不必考慮塑性區(qū)的修正，則有，不必考慮塑性區(qū)的修正，則有:說明會產(chǎn)生脆性斷裂，因而不安全。說明會產(chǎn)生脆性斷裂，因而不安全。2 . 02 . 0MPaMPaaKaKYccCB976001. 01 . 14728. 11 . 11下面比較下面比較K KI I與

15、來選擇材料與來選擇材料K KICIC對于材料對于材料A：82.0170014002.0由于22.02I)/(212.0a1.1K)(71)1700/1400(212. 062. 1001. 014. 314001 . 1K212ImMPa當(dāng)當(dāng)a/c=0.6時(shí)，查表可得時(shí)，查表可得2=1.62，將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式，得：，將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式，得：說明使用材料說明使用材料A不會發(fā)生脆性斷裂，可以選用。不會發(fā)生脆性斷裂，可以選用。必需考慮塑性區(qū)的修正必需考慮塑性區(qū)的修正KIKIC67. 0210014002 . 0由于a1.1KI)(6862. 1001. 014. 314001 . 1K21ImMP

16、a同樣查表可得同樣查表可得2=1.62，將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式，得：，將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式，得：由此可見，由此可見，KIKIC，說明使用材料，說明使用材料B會發(fā)生脆性斷裂，不會發(fā)生脆性斷裂，不可選用?？蛇x用。不必考慮塑性區(qū)的修正不必考慮塑性區(qū)的修正對于材料對于材料B：高強(qiáng)鋼容器水爆斷裂失效分析高強(qiáng)鋼容器水爆斷裂失效分析 解題思路簡介解題思路簡介 1、確定裂紋處的應(yīng)力狀態(tài) 2、根據(jù)K判據(jù)估算裂紋處的脆斷應(yīng)力 3、是否要對塑性區(qū)修正 4、仿前例做出判斷 例例3 3：有一化工合成塔，直徑為有一化工合成塔，直徑為D=3200mm ，工作壓力，工作壓力p=6MPa，選用材料為，選用材料為0.2=1200MPa

17、，KIC=58MPam1/2，厚，厚度度t=16mm。制作過程中，經(jīng)探傷發(fā)現(xiàn)在縱焊縫中，存在一。制作過程中，經(jīng)探傷發(fā)現(xiàn)在縱焊縫中，存在一縱向橢圓裂紋，縱向橢圓裂紋，2a=4mm， 2c=6mm。試校核該合成塔能否。試校核該合成塔能否安全運(yùn)行。安全運(yùn)行。)(4490cos003. 0002. 090sin74. 1002. 014. 36002/ 14/ 12222mMPaKIKIKIC，說明不會發(fā)生脆性斷裂，該合成塔可以安全使用。，說明不會發(fā)生脆性斷裂，該合成塔可以安全使用。大型轉(zhuǎn)軸斷裂分析大型轉(zhuǎn)軸斷裂分析 1010材科材科2 2 阮冬祥阮冬祥 10302500381030250038失效分析

18、 例例4 4：某冶金廠大型純氧頂吹轉(zhuǎn)爐的轉(zhuǎn)動機(jī)械主軸，在工作某冶金廠大型純氧頂吹轉(zhuǎn)爐的轉(zhuǎn)動機(jī)械主軸，在工作時(shí)經(jīng)時(shí)經(jīng)61次搖爐煉鋼后發(fā)生低應(yīng)力脆斷。其斷口示意圖如圖次搖爐煉鋼后發(fā)生低應(yīng)力脆斷。其斷口示意圖如圖4-14所示，該軸材料為所示，該軸材料為40Cr鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后常規(guī)力學(xué)性能指鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后常規(guī)力學(xué)性能指標(biāo)完全合格，標(biāo)完全合格，0.2=600MPa，b=860 MPa，AKU=38J，=8%。現(xiàn)用斷裂力學(xué)分析其失效原因?，F(xiàn)用斷裂力學(xué)分析其失效原因。斷口分析：斷口分析： 該軸為疲勞斷裂，裂紋源在圓該軸為疲勞斷裂，裂紋源在圓角處，形成深度達(dá)角處，形成深度達(dá)185mm185mm的疲勞擴(kuò)展的疲

19、勞擴(kuò)展區(qū)，區(qū)，相當(dāng)于一個(gè)相當(dāng)于一個(gè)c c185mm185mm的表面環(huán)的表面環(huán)狀裂紋狀裂紋。 金相分析：金相分析： 疲勞裂紋源處的疲勞裂紋源處的硫化物夾雜硫化物夾雜級別較高，該處是薄弱級別較高，該處是薄弱區(qū)。區(qū)。 受力分析：受力分析： =外外+內(nèi)內(nèi)=25MPa+120MPa=145MPa 表面環(huán)狀裂紋為表面環(huán)狀裂紋為淺長表面半橢圓裂紋淺長表面半橢圓裂紋， c185mm；)(180)(180.014512095.1122mmmacKIC=120MPam1/2Y1.95221CICcKYa這就是按斷裂力學(xué)算得的轉(zhuǎn)軸低應(yīng)力脆斷的臨界裂紋這就是按斷裂力學(xué)算得的轉(zhuǎn)軸低應(yīng)力脆斷的臨界裂紋尺寸。和實(shí)際斷口分析

20、的尺寸。和實(shí)際斷口分析的185mm相比，比較吻合，相比，比較吻合，說明分析正確。說明分析正確。 由此可見，對于中、低強(qiáng)度鋼，盡管其臨由此可見，對于中、低強(qiáng)度鋼，盡管其臨界裂紋尺寸很大，但對于大型機(jī)件來說，界裂紋尺寸很大，但對于大型機(jī)件來說，這樣大的裂紋（如疲勞裂紋）仍然可以容這樣大的裂紋（如疲勞裂紋）仍然可以容納得下，因而會產(chǎn)生低應(yīng)力脆斷，而且斷納得下，因而會產(chǎn)生低應(yīng)力脆斷，而且斷裂應(yīng)力很低，遠(yuǎn)低于材料的屈服強(qiáng)度。裂應(yīng)力很低，遠(yuǎn)低于材料的屈服強(qiáng)度。評定鋼鐵材料的韌脆性評定鋼鐵材料的韌脆性103025003310材科材科2班班鄧雄文鄧雄文表面半橢圓裂紋表面半橢圓裂紋Y=2評定鋼鐵材料的韌脆性評定

21、鋼鐵材料的韌脆性 斷裂韌度斷裂韌度K KICIC 斷裂應(yīng)力斷裂應(yīng)力c c 臨界裂紋尺寸臨界裂紋尺寸a ac caYKI 225. 0ICcKa1. 1. 超高強(qiáng)度鋼的脆斷傾向超高強(qiáng)度鋼的脆斷傾向 這類剛強(qiáng)度很高， 0.21400MPa 主要用于宇航事業(yè)，典型材料有D6AC超高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼 、18Ni、40CrNiMo等 超高強(qiáng)度鋼，材料的斷裂韌度往往較低。如 18Ni 馬氏體時(shí)效鋼，當(dāng)0.2=1700MPa時(shí)KIC=78MPam1/2 )( 11250/7825. 02mmac選材原則：選材原則：KIC較高而較高而0.2較低材料較低材料若殼體的工作應(yīng)力=1250MPa這類鋼的高壓殼體中只要有

22、1mm深的表面裂紋，就會引起殼體爆破。這樣小的裂紋在殼體焊接時(shí)很容易產(chǎn)生，極易漏檢，所以脆斷幾率很大。2. 2. 中、低強(qiáng)度鋼的脆斷傾向中、低強(qiáng)度鋼的脆斷傾向 這類鋼強(qiáng)度不高（ 0.2700MPa ）在低溫下發(fā)生韌脆韌脆轉(zhuǎn)變。 一般bcc類型的中、低碳結(jié)構(gòu)鋼，在正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)下多屬這類強(qiáng)度 等級。 具有明顯的韌脆轉(zhuǎn)變現(xiàn)象 在韌性區(qū)，KIC=150MPam1/2, 在脆性區(qū)，KIC=3040MPam1/2 甚至更低。 這類鋼的設(shè)計(jì)工作應(yīng)力很低，往往在200 MPa以下。取工作應(yīng)力為200 MPa，則在韌性區(qū)KIC=150MPam1/2 ，ac0.25(150/200)2=140 mm。 因用中低

23、強(qiáng)度鋼制造構(gòu)件，在韌性區(qū)不會發(fā)生脆斷；即使出現(xiàn)裂紋，也易于檢測和修理。而在脆性區(qū)ac=0.25(30/200)2=5.6 mm。所以中低強(qiáng)度鋼在脆性區(qū)仍有脆斷的可能。以韌脆轉(zhuǎn)變溫度為界，在韌脆轉(zhuǎn)變溫度以上，中小型機(jī)件不存在脆斷問題，在此溫度下，則會發(fā)生脆斷。高強(qiáng)度鋼和高強(qiáng)度鋼和球墨鑄鐵球墨鑄鐵的脆斷傾向的脆斷傾向10材科材科2班班 李天杭李天杭 學(xué)號：學(xué)號：1030250057 高強(qiáng)度剛的脆斷傾向 這類鋼強(qiáng)度較高0.2 =8001200MPa，韌度也適當(dāng)，具有較好的強(qiáng)度韌度配合，所以用于制造中小截面機(jī)件。 如何使鋼具有較好強(qiáng)度和韌度的綜合性能：一是淬火及低溫回火后可獲得低碳馬氏體組織；二是用中

24、碳鋼等溫淬火后獲得下貝氏體組織。球墨鑄鐵球墨鑄鐵的脆斷傾向的脆斷傾向 球墨鑄鐵（簡稱球鐵）是一種加工工藝簡單，價(jià)格低廉的材料，常用來代替某些結(jié)構(gòu)鋼制造機(jī)器零件。但是，它是一種脆性材料。 球鐵的aKU0球墨鑄鐵球墨鑄鐵的的化學(xué)成分化學(xué)成分 球墨鑄鐵的大致化學(xué)成分范圍是：球墨鑄鐵的大致化學(xué)成分范圍是：3.63.63.9%C3.9%C，2.02.03.2%Si3.2%Si，0.30.30.8%Mn0.8%Mn，0.1%P0.1%P，0.07%S0.07%S，0.030.030.08%Mg0.08%Mg殘殘。由于球化劑的加入將阻礙石。由于球化劑的加入將阻礙石墨化，并使共晶點(diǎn)右移造成流動性下降，所以必墨

25、化，并使共晶點(diǎn)右移造成流動性下降，所以必須嚴(yán)格控制其含量。須嚴(yán)格控制其含量。 球墨鑄鐵的顯微組織由球形石墨和金屬基體球墨鑄鐵的顯微組織由球形石墨和金屬基體兩部分組成。隨著成分和冷卻速度的不同，球鐵兩部分組成。隨著成分和冷卻速度的不同，球鐵在鑄態(tài)下的金屬基體可分為鐵素體、鐵素體加珠在鑄態(tài)下的金屬基體可分為鐵素體、鐵素體加珠光體、珠光體三種。光體、珠光體三種。優(yōu)點(diǎn)可切屑加工性能好耐磨性強(qiáng)抗氧化性高耐蝕性強(qiáng)球墨鑄鐵的優(yōu)點(diǎn)球墨鑄鐵主要缺陷飛邊脹砂氣孔縮孔、疏松球化不良和球化衰退主要缺陷裂紋冷隔偏芯砂眼名稱特征飛邊產(chǎn)生在分型面、分芯面處厚度不均勻薄片狀金屬突起物。脹砂鑄件表面局部脹大，形成不規(guī)則瘤狀金屬

26、突起物。氣孔氣孔出現(xiàn)在鑄件內(nèi)部或表層截面呈圓形、壁較光滑?？s孔、疏松形狀不規(guī)則，表面粗糙，斷口呈海綿狀。冷隔冷隔：穿透或不穿透的縫隙，邊緣呈圓角狀，充型時(shí)熔合不良造成。球化不良和球化衰退球化不良：球化劑加入不足以使鑄鐵石墨充分球化。球化衰退：球化處理后鐵液停留、澆注、凝固時(shí)間過長引起球化率低。偏芯砂芯使鑄件內(nèi)孔發(fā)生偏錯(cuò)，一側(cè)壁厚減少，另一側(cè)增厚，內(nèi)腔形狀不變。砂眼鑄件內(nèi)部或表面包裹有沙粒的孔洞裂紋冷裂：擴(kuò)展到整個(gè)截面，寬度均勻，斷口有金屬光澤或輕微氧化色澤。熱裂：斷口嚴(yán)重氧化，無氧化光澤，寬度不均勻。球墨鑄鐵主要缺陷特征球墨鑄鐵主要缺陷特征球墨鑄鐵球墨鑄鐵的的顯微組織顯微組織 10材科（材科（

27、1）1030250001 賈金斗賈金斗J積分原理及斷裂韌度積分原理及斷裂韌度JIc KIC可作為斷裂判據(jù)，但有適用條件。 (1) 裂紋前端無塑性區(qū) 彈塑性條件下金屬斷裂韌度彈塑性條件下金屬斷裂韌度 (2) 裂紋前端小范圍屈服，且塑性區(qū)只有裂紋尺寸的幾十分之一，此時(shí)采用有效裂紋長度方式進(jìn)行修正。 KIc斷裂判據(jù)適用的材料：高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度材料。 發(fā)展目前常用的方法有目前常用的方法有J積分法積分法和和COD法法。J積分法是由GI延伸出來的一種斷裂能量判據(jù);COD法是由KI延伸出來的一種斷裂應(yīng)變判據(jù)。一、J積分原理及斷裂韌度JIc 1、J積分的概定義 (1) 來源：由裂紋擴(kuò)展能量釋放率GI延伸出來。

28、 (2) 定義：它由圍繞裂紋尖端周圍區(qū)域的應(yīng)力、應(yīng)變和位移組成的線積分來定義。應(yīng)力矢量應(yīng)力矢量)(dsTxudyJ系統(tǒng)應(yīng)變能密度系統(tǒng)應(yīng)變能密度位移矢量位移矢量弧長增量弧長增量 (3) J積分的表達(dá)式來源(見圖4-5) 有一單位厚度（B=1）的I型裂紋體； 逆時(shí)針取一回路，上任一點(diǎn)的作用力為T，該點(diǎn)的位移矢量為du； 包圍體積內(nèi)的應(yīng)變能密度為； 線彈性條件下有：(1)IUUUGBAB aa 圖4-5 J積分的定義 將G的能量表達(dá)式用線積分方式表達(dá)，可推導(dǎo)出在線彈性線彈性條件下： 在彈塑性彈塑性條件下，上式右端的能量線積分仍然存在，但為彈塑性應(yīng)變能密度為彈塑性應(yīng)變能密度。此時(shí)定義為J積分積分。 (

29、)IUuGdyTdsax )(dsTxudyJ1.線彈性條件下線彈性條件下 JI=GI 在小應(yīng)變條件下，在小應(yīng)變條件下，J積分和積分路線無關(guān)，積分和積分路線無關(guān)， J積分反映了裂紋尖端區(qū)的應(yīng)變能，即應(yīng)力集中程度。積分反映了裂紋尖端區(qū)的應(yīng)變能，即應(yīng)力集中程度。2.彈塑性條件下彈塑性條件下 由于塑性變形是不可逆的，只有在單調(diào)加載，不發(fā)由于塑性變形是不可逆的，只有在單調(diào)加載，不發(fā)生卸載時(shí)，才存在積分與路徑無關(guān)。生卸載時(shí)，才存在積分與路徑無關(guān)。所以，通常所以，通常J積分不能處理裂紋的連續(xù)擴(kuò)展問題積分不能處理裂紋的連續(xù)擴(kuò)展問題(連連續(xù)擴(kuò)展時(shí)裂紋長度的變化應(yīng)該為續(xù)擴(kuò)展時(shí)裂紋長度的變化應(yīng)該為da，而此處是，

30、而此處是a)，其臨界值對應(yīng)點(diǎn)只是其臨界值對應(yīng)點(diǎn)只是開裂點(diǎn)開裂點(diǎn)，而，而不一定是最后失穩(wěn)斷不一定是最后失穩(wěn)斷裂點(diǎn)裂點(diǎn)。彈塑性，彈塑性， 表示裂紋尺寸分表示裂紋尺寸分別為別為a a 和和(a+(a+a )a )的兩個(gè)等的兩個(gè)等同試樣，在加載過程中的勢同試樣，在加載過程中的勢能差值能差值U U與裂紋長度差值與裂紋長度差值a a的比率的比率形變功差率。形變功差率。v J積分的臨界值積分的臨界值JIC也稱斷也稱斷裂韌度，表示材料抵抗裂裂韌度，表示材料抵抗裂紋開始擴(kuò)展的能力。紋開始擴(kuò)展的能力。J積分的能量率表達(dá)積分的能量率表達(dá) 線彈性：線彈性： 表示含有裂紋表示含有裂紋尺寸尺寸a a的試樣，擴(kuò)展為的試樣，擴(kuò)展為a