精選材料失效分析第二至四章解理斷裂和沿晶斷裂講義

（優(yōu)選）材料失效分析第二至四章解理斷裂與沿晶斷裂當(dāng)前第1頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)§1、概述1、特點(diǎn)：料斷裂前發(fā)生明顯的塑性變形。也可以說塑性變形是韌斷的前奏，而韌斷是大量塑性變形的結(jié)果。2、過程：顯微空洞形成、擴(kuò)展、連接、斷裂3、類型：

微孔聚集型純剪切型當(dāng)前第2頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)§2、韌性斷裂的斷口形貌特征一、宏觀形貌特征纖維區(qū)、剪切唇二、微觀形貌特征韌窩花樣（斷面上覆蓋著大量微坑）韌窩類型：等軸韌窩拋物線韌窩卵形韌窩

當(dāng)前第3頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)等軸韌窩當(dāng)前第4頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)拋物線韌窩當(dāng)前第5頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)

卵型韌窩當(dāng)前第6頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)§3、韌窩形成機(jī)理當(dāng)前第7頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)§4、影響韌窩形貌的因素1、夾雜物或第二相粒子尺寸較小，且分布密集→促進(jìn)韌窩成核，形成小而多的韌窩花樣尺寸較大，且分布變化不大→促進(jìn)裂紋擴(kuò)展，形成較大的韌窩花樣2、基體材料的韌性韌性差、塑性變形能力差，韌窩尺寸較小、較淺3、試驗(yàn)溫度T↑、有利于韌窩的成核與擴(kuò)展，韌窩寬度和深度增加4、應(yīng)力狀態(tài)拉應(yīng)力、切應(yīng)力、撕裂應(yīng)力當(dāng)前第8頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)當(dāng)前第9頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)第三章解理斷裂§1、概述§2、解理斷口形貌特征及形成機(jī)理§3、影響解理斷裂的因素§4、準(zhǔn)解理斷裂當(dāng)前第10頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)§1、概述1、定義正應(yīng)力、解理面、穿晶脆斷2、發(fā)生條件一般均在bcc、hcp金屬中發(fā)生，而fcc只在特殊情況下才發(fā)生，如腐蝕環(huán)境、材質(zhì)較差時。當(dāng)前第11頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)§2、解理斷口形貌特征一、宏觀形貌特征1、放射狀條紋2、人字紋3、小刻面（facet）：發(fā)亮的小晶面解理斷口上的結(jié)晶面宏觀上呈無規(guī)則取向強(qiáng)光下可見到閃閃發(fā)光的特征解理斷口是由許多小刻面組成的，每個小刻面代表一個晶粒當(dāng)前第12頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)

小刻面

放射條紋人字紋當(dāng)前第13頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)二、微觀形貌特征及形成機(jī)理

特征：扇形花樣解理臺階（cleavagestep）河流花樣（riverpattern）舌狀花樣（tonguepattern）青魚骨花樣（spinepattern）瓦納線（wallnerline）當(dāng)前第14頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)扇形花樣河流花樣當(dāng)前第15頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)舌狀花樣當(dāng)前第16頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)

青魚骨花樣瓦納線當(dāng)前第17頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)（二）形成機(jī)理（模型）1、解理臺階解理裂紋與螺位錯交截形成臺階當(dāng)前第18頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)臺階形成過程的簡化圖當(dāng)前第19頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)通過二次解理或撕裂相互連接形成臺階（撕裂棱）當(dāng)前第20頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)臺階的性質(zhì)臺階在擴(kuò)展過程中會發(fā)生合并或消失（臺階高度減?。┫嗤较虻呐_階合并后高度增加相反方向的臺階合并后高度減小或消失臺階高度與柏氏矢量大小、位錯密度之間存在一定關(guān)系

H＝bN1/2當(dāng)前第21頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)2、河流花樣定義：解理臺階及局部塑性變形形成的撕裂脊線所組合的條紋。其形狀類似地圖上的河流。形成機(jī)理：河流花樣實(shí)際上就是解理臺階的一種標(biāo)志。當(dāng)裂紋擴(kuò)展時，同號臺階匯合成較大的臺階，而較大的臺階又匯合成更大的臺階，其結(jié)果就形成河流花樣。當(dāng)前第22頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)影響因素：小角度晶界：傾斜晶界——影響不大，延伸至相鄰晶粒扭轉(zhuǎn)晶界——在亞晶界出產(chǎn)生新的裂紋，河流激增大角度晶界：河流不能通過，在晶界出產(chǎn)生新的裂紋，向外擴(kuò)展，形成扇形花樣當(dāng)前第23頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)當(dāng)前第24頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)大角度晶界，扇形花樣當(dāng)前第25頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)3、舌狀花樣特點(diǎn)：形狀象“舌頭”，一般在鋼鐵材料中成組出現(xiàn)。當(dāng)前第26頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)形成機(jī)理：解理裂紋沿著孿晶面｛112｝產(chǎn)生二次解理及局部塑性變形撕裂的結(jié)果。在低溫、高速變形時容易發(fā)生孿生變形，也就容易出現(xiàn)舌狀花樣。當(dāng)前第27頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)青魚骨花樣、瓦納線當(dāng)前第28頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)§3、影響解理斷裂的因素1、晶體結(jié)構(gòu)

bcc、hcp—易發(fā)生解理斷裂fcc——不易發(fā)生解理斷裂2、顯微組織

F—斷口較光滑，微觀呈河流條紋或舌狀花樣P—斷口呈不連續(xù)片層狀M—斷口呈鋸齒狀，出現(xiàn)小刻面當(dāng)前第29頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)3、溫度

T↓，易導(dǎo)致解理斷裂

T＜Tc，晶體在塑性變形前產(chǎn)生解理裂紋，斷口呈現(xiàn)脆性T＞Tc，晶體先發(fā)生塑變，后產(chǎn)生解理，即斷裂時伴隨一定的塑性變形4、加載速度

V↑，易發(fā)生解理斷裂當(dāng)前第30頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)§4、準(zhǔn)解理斷裂與解理相比，準(zhǔn)解理斷裂的特征：①準(zhǔn)解理裂紋源常在準(zhǔn)解理平面的內(nèi)部形成，而解理裂紋源在解理面

邊界（晶界）形成②準(zhǔn)解理裂紋擴(kuò)展路徑比解理裂紋要不連續(xù)得多，常在局部地方形成并局部擴(kuò)展③準(zhǔn)解理包含更多的撕裂④準(zhǔn)解理面的位向并不如鐵素體基體的解理面｛100｝嚴(yán)格對應(yīng)，不存在確定的位向關(guān)系當(dāng)前第31頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)準(zhǔn)解理裂紋形成機(jī)理示意圖當(dāng)前第32頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)準(zhǔn)解理斷口形貌當(dāng)前第33頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)準(zhǔn)解理斷口形貌當(dāng)前第34頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)第四章沿晶斷裂1、定義：材料沿晶界（原奧氏體晶界、相界、焊合界面）發(fā)生的斷裂。2、類型：韌性沿晶斷裂（沿晶韌斷）脆性沿晶斷裂（沿晶脆斷）當(dāng)前第35頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)3、產(chǎn)生原因※脆性沉淀相沿晶界析出：鋼中的碳化物Al-Li合金中的δ（AlLi）相※晶界弱化：雜質(zhì)Na、S、P等的晶界偏析合金鋼中的高溫回火脆性※環(huán)境：SCC、氫脆、蠕變※熱應(yīng)力：焊接材料的HAZ※晶粒粗大！當(dāng)前第36頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)4、斷口形貌特征

宏觀斷口：結(jié)晶狀形貌冰糖塊狀（晶粒粗大）灰色的石狀結(jié)晶狀斷口石狀斷口當(dāng)前第37頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)微觀斷口：多邊形圖象（晶粒外形輪廓）冰糖狀形貌當(dāng)前第38頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)當(dāng)前第39頁\共有41頁\編于星期三\10點(diǎn)例1：一批鍛件毛坯在抽樣檢驗(yàn)時，發(fā)現(xiàn)屈服強(qiáng)度與斷面收縮率均不滿足要求，檢驗(yàn)人員根據(jù)斷口特征決定采用正火處理，再檢驗(yàn)性能全部合格。試問：1、檢驗(yàn)人員看到斷口有何特征？2、產(chǎn)生的原因是什么？3、正火后為什么強(qiáng)度和塑性均有提高？例2：在什么條件下易出現(xiàn)沿晶斷裂？怎樣防止沿晶斷裂？當(dāng)前第40頁\