裂纹扩展：应力、环境 应力 应力+环境作用 裂纹扩展：应力、环境or应力 环境作用
三种形式
∞ ∞
∞
脆转折温度T 韧-脆转折温度 K的判定 脆转折温度
断 上平台 口 的 纤 维 百 分 数 % 平台
Akv (αk)
Tk的评定： 的评定： 1. 对应某一值的温度， 对应某一值的温度， 15fb V15TT 2. ： 50%FATT 3. ½(Akvmax-Akvmin) 4. 0.4αkmax α
疲劳断裂
da/dN=f(∆K)=f(Kmax-Kmin) 第二阶段：Paris公式： da/dN=C(∆K)n 裂纹扩展速率da/dN单位 mm/次 C，n：与材料有关的常数
疲劳断裂
疲劳断口形态和特征
宏观：贝纹线 凸向 C.P
a.凸向 C.P
微观：疲劳辉纹
(Striation)
b.每一次应力循环对应一条 疲劳辉纹 c.辉纹距离µ∝f(∆K)(贝纹区）
金属材料的断裂分析
曾振鹏 上海交通大学
2008.10.17
1 金属断裂的基本概念
定义 过程：裂纹萌生、裂纹扩展 过程：裂纹萌生、 断裂分类
裂纹萌生：裂纹核心（ 裂纹萌生：裂纹核心（源）
热加工缺陷：刀痕，淬火、 冷、热加工缺陷：刀痕，淬火、焊接 微裂纹， 微裂纹，锻造裂纹 冶炼， 冶炼，铸造 设计 装配 服役：环境， 服役：环境，过程
应力很低， 应力很低，温度很低
止裂作用消失
原因：焊接代替铆接 焊接残余应力 强度越来越高 焊接缺陷 构低：σf<[σ]«σb 温度低：Tf<Tr T 速度快：裂纹传播速度≈V音 断口碎片多，平坦，无塑变，断面⊥应力轴。 形态：放射状，人字纹 裂纹源多为自身存在的缺陷 尺寸效应 加载速度效应
5 静载延滞断裂
应力腐蚀开裂SCC（Stress Corrosion Cracking) 氢脆（Hydrogen Embrittlement)
应力腐蚀开裂
现象和特征
SCC是指合金在静拉伸应力（或残余应力） 和腐蚀介质联合作用下引起的一种低应力 脆性断裂。
1. 2. 3. 4. 5. σ与介质联合作用 只有拉应力起作用 介质与金属有一定的组合 介质浓度不一定很高 只有合金才出现SCC
特征
应力腐蚀开裂
应力腐蚀开裂
判据 K1SCC概念 K1≥K1SCC 裂纹扩展速率 da/dt=f(∆K)
氢脆----内部HE和环境HE
环境HE的特征
K1 ，τ ，k1 Kth，τ ∞ σb越高，敏感性越大，τ越短，或kth越低 τ k da/dt=f(∆K1)
HE断口特征 宏观：断口平齐 微观：大多为沿A晶界，晶界上有撕裂 岭，很少有二次裂纹
裂纹萌生阶段：产生裂源，包含裂纹萌生、疲劳裂纹微观扩展-I 裂纹稳定（亚临界）扩展：a → ac 裂纹快速扩展：a>ac（即K1>K1C）或F剩不足承受载荷
裂纹源多为自身缺陷处，多在外表 裂纹扩展速率da/dN取决于裂纹前端应力强度因子幅∆K 存在一个裂纹不扩展门槛值： ∆Kth （单位 MPam-1/2)
解理断裂
定义
解理面：BCC-（100），HCP-（0001）
断口微观形态
解理台阶，河流花样，二次裂纹，羽毛状 花样，舌状花样
4 疲劳断裂
疲劳断裂的分类
大应力
低周疲劳断裂Nf<104~105
应变引诱
低应力
高周疲劳断裂Nf>105
应力引诱
疲劳断裂
疲劳断裂的特征（高周疲劳）
断裂应力低 σmax< σs«σb 呈脆性断裂，无塑变，断面⊥应力轴 无预兆，突然发生，无法预防 断裂是损伤积累，需经一定时间(Nf>105)，有三个阶段
氢脆
6 断裂分析的基本方法
断裂件服役状况分析：环境、应力状态、服役 时间、工况…… 断口分析，可解决：断裂性质、裂纹起源位置、 裂纹源数量、断裂历史 金相分析：组织、偏析等 化学成分分析：偏析问题 力学性能分析 应力分布分析 写出分析报告
Thank you for your attention.
Tk
T
2 断裂分类
裂纹走向 宏观变形量 断裂机理 微孔聚集型断裂 延性断裂 剪切断裂 解理断裂 混合断裂 穿晶断裂 准解理断裂 脆性断裂 疲劳断裂 静载延滞断裂 延性断裂 微孔聚集型断裂
沿晶断裂
混合断裂 晶间断裂 脆性断裂 静载延滞断裂
3 脆性断裂
脆性断裂现象
自由号T2油轮的断裂 装密球罐的断裂