材料成型金屬學(xué)金屬影響斷裂類型的因素.ppt

1、6.4 影響斷裂類型的因素,塑性 脆性 在一定條件下發(fā)生轉(zhuǎn)變. 例:鎢 室溫/脆性 高溫/塑性 拉伸/脆性 靜水壓/塑性,影響轉(zhuǎn)變的因素： 變形溫度deformation temperature/變形速度deformation velocity/應(yīng)力狀態(tài)stress state/組織結(jié)構(gòu)microstructure等.,從韌性斷裂到脆性斷裂的轉(zhuǎn)變溫度稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度Tc 韌-脆轉(zhuǎn)變溫度 Ductile-brittle transition temperature (DBTT),解釋: T對(duì)斷裂應(yīng)力f/屈服強(qiáng)度s影響不同 T對(duì)f影響不大, 對(duì)s影響顯著,TT c. f s ductile T T

2、 c. f s brittle,將試件水平放置于試驗(yàn)機(jī)支座上， 缺口位于沖擊相背方向。,沖擊試驗(yàn)：擺錘法,沖擊時(shí)將具有一定質(zhì)量G的擺錘舉至具有一定高度H1的位置，使其獲得一定位能GH1，釋放擺錘沖斷試件后擺錘的剩余能量為GH2，則擺錘沖斷試件失去的位能為GH1-GH2，此即為試件變形和斷裂所吸收的功，稱為沖擊吸收功，以AK表示，單位為J。,系列沖擊實(shí)驗(yàn)：分別在低溫、室溫和高溫下進(jìn)行時(shí)可以得到一系列沖擊值A(chǔ)K，將這些沖擊值與所對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)溫度在直角坐標(biāo)系中標(biāo)出，然后用光滑曲線將這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)連接起來實(shí)驗(yàn)材料的沖擊韌性與實(shí)驗(yàn)溫度的關(guān)系曲線。,韌脆轉(zhuǎn)變溫度,沖擊值為完全韌性斷裂與完全脆性斷裂試樣沖擊值的

3、平均值時(shí)的溫度； 以沖擊試樣斷口上開始出現(xiàn)脆性特征或斷口上出現(xiàn)50脆斷面積時(shí)的溫度。,應(yīng)變速率的影響 Effect of stain rate , s, f 影響不大，因此存在一個(gè)臨界變形速度 c ，高于此值便產(chǎn)生脆性斷裂。 變形速度的提高相當(dāng)于變形溫度降低的效果。,Question (1) 對(duì)于一定的材料,韌脆轉(zhuǎn)變溫度Tc越高,表明該材料脆性趨勢(shì)越大還是越小? (2)應(yīng)力狀態(tài)對(duì)韌脆轉(zhuǎn)變溫度的影響？ （3）晶粒尺寸對(duì)韌脆轉(zhuǎn)變溫度的影響？,影響因素influence factor 應(yīng)力狀態(tài)stress state 拉應(yīng)力 tensile stress Tc 應(yīng)變速率 strain rate Tc

4、 化學(xué)成分/組織 chemical composition d Tc 晶粒細(xì)化 grain refining,韌性材料塑性變形和斷裂全過程中吸收能量的能力，是強(qiáng)度和塑性的綜合體現(xiàn)。 stress,高碳彈簧鋼,低碳結(jié)構(gòu)鋼,strain,沖擊功/沖擊韌性,ak= Ak/ F0 Ak沖斷試樣消耗的功； F0試樣缺口處截面積。,教材,圖618 截面收縮率 圖621，22，24吸收功、沖擊功 影響因素：不同金屬、晶粒度、變形速度、應(yīng)力狀態(tài)、缺口、碳含量、熱處理狀態(tài)。,例：合金成分、組織性能之間的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)材料碳錳鋼,實(shí)驗(yàn)鋼的化學(xué)成分(mass,%) Chemical composition of the

5、 tested steel,實(shí)驗(yàn)鋼力學(xué)性能,沖擊實(shí)驗(yàn)結(jié)果,終軋溫度：850 卷取溫度：550-570 ,6.5 塑性變形中的斷裂 fracture in plastic working,主要原因：不均勻變形inhomogeneous deformation 其他原因: 鑄錠質(zhì)量ingot quality (疏松pore偏析segregation粗大晶粒coarse grains),過熱overheating,過燒overburning 裂紋模式 cracking modes: 表面裂紋surface crack 中心裂紋center burst,1 fracture in forging鍛造,

6、自由鍛造,鍛造時(shí)的表面開裂 餅材bulging鐓粗upset 表面存在摩擦 單鼓形single-bulging 側(cè)面周向（+） T晶間斷裂 intergranular fracture 裂紋方向周向拉應(yīng)力； T 穿晶斷裂 transgranular fracture 裂紋方向與最大主應(yīng)力成45.,鍛制鈦合金餅材,鐓粗 upset 鼓形 bulging,Prevention: reducing the circumferential tensile stress 周向應(yīng)力 Measures措施: (1)contact friction 減小摩擦finish光潔度 effectual lubric

7、ation 潤(rùn)滑 (2)采用凹形模 模壁對(duì)工件的橫向壓縮，使 減少,(a)軟墊先變形，產(chǎn)生徑向流動(dòng)radial flow； 側(cè)面呈凹形 concave (b)繼續(xù)壓縮，工件壓縮，凹形變平直； (c)繼續(xù)壓縮，呈鼓形 與未加軟墊相比，凸度convexity， ,(3)軟墊cushion 緩沖變形,(4)活動(dòng)套環(huán)和包套 ， 增加三向壓應(yīng)力防止裂紋。要求套環(huán)塑性好，變形抗力較大。,例:中航一集團(tuán)621所 TiAl金屬間化合物 intermetallics 強(qiáng)度高、塑性差 高溫下應(yīng)用 飛機(jī)渦輪盤 1050 等溫鍛造isothermal forging 模具加熱 950 包套 45#鋼,鍛造時(shí)的內(nèi)部裂紋

8、 .平錘頭flat hammer鍛壓方坯 square billet,A難變形區(qū) 三向壓應(yīng)力 沿對(duì)角線方向 金屬劇烈錯(cuò)動(dòng) 翻轉(zhuǎn)90壓縮 相反方向錯(cuò)動(dòng) 反復(fù)錯(cuò)動(dòng) 疲勞開裂fatigue,平錘頭鍛壓圓坯round billet 無外端雙鼓形(a),措施：采用槽形和弧形錘頭， 減少坯料中心處的水平拉應(yīng)力，增大壓應(yīng)力。,2 fracture in rolling 軋制,軋板時(shí)的表面開裂 凹形輥concave roll易出現(xiàn)中部周期裂紋center periodic crack。, 平輥軋制 flat roll rolling 易產(chǎn)生邊部周期裂紋edge periodic crack， 還可導(dǎo)致板材端頭

9、中央劈裂split。,Waviness 波浪 Edge cracking 邊裂 Zipper cracks Alligatoring 鱷裂,措施measures 良好輥形 good roll shape. 坯料尺寸形狀 size and shape of ingot. 合理工藝規(guī)程 proper process specification. （壓下 reduction. 張力tension 潤(rùn)滑lubrication） 包覆側(cè)邊cladding edge 防止邊部裂紋,軋制時(shí)的內(nèi)部裂紋,平輥軋制厚坯料,壓下量小,裂紋？,只有表面變形,中心層基本無變形, 中心受拉, 表面受壓,不均勻變形積累,產(chǎn)

10、生心部裂紋,如此 繼續(xù),便產(chǎn)生內(nèi)部周期性裂紋。,key words: 厚坯料 thick ingot 表面變形 surface deformation 不均勻變形 inhomogeneous deformation 積累accumulation 心部裂紋center burst 周期性 periodic,3 Fracture in extrusion /drawing 擠壓/拉拔,擠制鋁型材,Surface crack 表面裂紋,擠壓筒和擠壓模之間存在摩擦 中心流動(dòng)快/表面層流動(dòng)慢 中部受壓/邊部受拉 摩擦很大時(shí)，邊部金屬斷裂 周期性表面裂紋 竹節(jié)狀，棘棒狀,extrusion contain

11、er 擠壓筒 extrusion die 擠壓模,Internal crack 內(nèi)部裂紋,在擠壓比或拉拔變形程度較小時(shí),產(chǎn)生表面變形使壓縮變形未深入到軸心層中心層產(chǎn)生附加拉應(yīng)力. 基本應(yīng)力 + 附加應(yīng)力 材料斷裂應(yīng)力內(nèi)部開裂 basic stress + subsidiary stress beyond fracture strength interior fracture 措施:f 使流動(dòng)均勻uniform,人字形裂紋,Similar to extrusion friction 摩擦 flow non-uniform 流動(dòng)不均勻 subsidiary stress + basic stress beyond fracture strength periodic crack spilt 劈裂,Measures 措施 Reduci