第 5 章 焊接結(jié)構(gòu)的脆性斷裂

1、事故的原因是舉起過程中一個支撐點的材料指標合格造成的。事故的原因是舉起過程中一個支撐點的材料指標合格造成的。 dimple (a)微孔聚集模型 (b) 在第二相粒子處形核模型上海市機械制造工藝研究所有限公司上海市機械制造工藝研究所有限公司 準解理斷口準解理斷口 介于解理斷裂和塑性斷裂之間的一種斷裂介于解理斷裂和塑性斷裂之間的一種斷裂形式。形式。 在電子顯微鏡中觀察其斷口時，既有韌窩花樣，既有韌窩花樣，但又較淺，顯示塑性較低；既有平坦的小晶面，但又較淺，顯示塑性較低；既有平坦的小晶面，但又不是沿結(jié)晶學平面斷開的解理面，既有河但又不是沿結(jié)晶學平面斷開的解理面，既有河流花樣，但又顯得短而彎曲，而且又

2、有顯示發(fā)流花樣，但又顯得短而彎曲，而且又有顯示發(fā)生過局部一定塑性變形的撕裂棱。生過局部一定塑性變形的撕裂棱。準解理斷口的特征準解理斷口的特征1024 韌韌性性斷斷口口韌韌性性斷斷口口-80 -40 0 40 80 120 160溫度， F-80 -40 0 40 80 120 160溫度， F半鎮(zhèn)靜低碳鋼半鎮(zhèn)靜低碳鋼0.18C0.54Mn0.07Si半鎮(zhèn)靜低碳鋼半鎮(zhèn)靜低碳鋼0.18C0.54Mn0.07SiFracture Diagram1”8”12”24”Figure 3 is a graph of stress versus temperature, showing fracture in

3、itiation curves for various flaw sizes. It is clear from the above discussion that we must operate above the NDT temperature to be Figure 3 Fracture Diagram certain that no brittle fracture can occur. For greater safety, it is desirable that operation be limited above the FTE temperature, or NDT + 6

4、0F. Under such conditions, no brittle fracture can occur for purely elastic loads. As previously discussed, irradiation of the pressure vesselcan raise the NDT temperature over the lifetime of the reactor pressure vessel, restricting the operating temperatures and stress on the vessel. It should be

5、clear that this increase in NDT can lead to significant operating restrictions, especially after 25 years to 30 years of operation where the NDT can raise 200F to 300F. Thus, if the FTE was 60F at the beginning of vessel life and a change in the NDTof 300F occurred over a period of time, the reactor

6、 coolant would have to be raised to more than 360F before full system pressure could be applied. Figure 3 Fracture Diagram 裂紋尺寸裂紋尺寸脆斷應力脆斷應力脆性轉(zhuǎn)變溫度脆性轉(zhuǎn)變溫度通常脆性斷裂系指沿一定結(jié)晶面的劈裂的解理斷裂(包括半解理斷裂)及晶界(沿晶)斷裂。0ettmax2maxbEa21abba212b2a論斷裂強度物理學的固體材料的理（，得：該點的曲率半徑（，最大應力為：，短軸長軸)0etmax2maxbEa21abba212b2a物理學中固體材料的得該點的曲率半徑

7、最大應力，短軸長軸)(,)(事實。理論斷裂強度低得多的材料實際斷裂強度比解釋了：有缺陷的固體此例從應力集中的角度降低。增加，所以這與事實不符！應改用再有強度了。有了理想尖裂紋，就不由上式可見，固體一旦：裂的臨界應力將上面的式子合并得斷材料才斷裂按傳統(tǒng)強度觀點，cec00e0ecctmax2a4aEb4abEa21bE理論斷裂強度大量的研究和實驗表明，固體材料的實際斷裂強度只有它的理論斷裂強度 的1/10 1/1 000。為什么會有這樣巨大的差異呢?板厚等于1圖5-15、5-16 E = - U + WEaU22a4We能擴展。所需的能量，故裂紋不裂紋擴展即裂紋釋放的能量小于能量增加，此前，裂紋

8、要擴展系統(tǒng)極大值。此時系統(tǒng)能力變化率有即04Ea20aE4Ea2aEa4EaEe2e2e22,21ee22Ea4Ea2）（經(jīng)變換得，：裂紋擴展的平衡條件是），（葛里菲斯裂紋條件即：裂紋擴展的臨界尺寸為：裂紋擴展的臨界應力為000ee2ececb80b84abEa2E2Eaa2E2pcpcp2eeppe22Eaa2E02Ea02(Ea同樣得：的臨界條件為：紋擴展修正后的金屬材料中裂可以忽略不計，大得多，比試驗結(jié)果，) 即塑性變形能即塑性變形能p是阻止裂紋擴展的主要因素。是阻止裂紋擴展的主要因素。 由能量原理可以看出，結(jié)構(gòu)的斷裂條件不僅決定于工作應力由能量原理可以看出，結(jié)構(gòu)的斷裂條件不僅決定于工作應力 的大小，還取決于原始裂紋長度的大小，還取決于原始裂紋長度2a。這個結(jié)論和歐文。這個結(jié)論和歐文( Irwin )分分析裂紋前端應力應變場，考慮裂紋尖端應力集中，建立新的裂析裂紋前端應力應變場，考慮裂紋尖端應力集中，建立新的裂紋擴展臨界條件是完全一致的。在此基礎(chǔ)上發(fā)展了斷裂力學。紋擴展臨界條件是完全一致的。在此基礎(chǔ)上發(fā)展了斷裂力學。葛