【文章內容簡介】 裂 三向應力 σ1σ2σ3 τmax=(σ1σ3)/2 0r1/2 傾向脆性斷裂 三向等軸 σ1=σ2=σ3 τmax=0 r=0 脆性斷裂 表 31 應力狀態(tài)和斷裂形式 5）缺口效應對應力狀態(tài)指標的影響 ? 具有尖銳缺口的厚板結構，缺口即使在單向應力作用下， 缺口尖端 也會出現 三向拉應力狀態(tài) ，使應力狀態(tài)指標r嚴重降低 ，增大了脆斷的可能性！ ? 三相等軸拉伸應力狀態(tài) ，其應力狀態(tài)指標 r=0，故其破壞形式 一定是脆性斷裂 ！ ? 通過上述分析，不難理解 —— 塑性好的材料也會發(fā)生低應力破壞的道理！ 溫度條件影響斷裂性質的 根本原因 是： 材料是否有 冷脆現象 ！ 實驗證明：有些金屬的 沖擊韌性指標 對溫度具有敏感性 。 即當溫度由高到低變化到某一 臨界范圍 時，其 沖擊韌性 會發(fā)生 驟然下降 ，材料學稱之為 冷脆現象 ，而導致金屬發(fā)生冷脆現象的臨界溫度稱為該金屬的 延 — 脆性轉變溫度 。 顯然，材料的 延 — 脆性轉變溫度 越低 ，在一定溫度下發(fā)生 冷脆的傾向越小 ！ 具有冷脆現象金屬的 晶格特征： 研究表明： 具有 冷脆現象 的金屬多為： 體心立方晶格或密排六方晶格結構 。 大多 面心立方晶格 的金屬，如： 鋁、銅等金屬則 沒有冷脆現象 。 所以，低溫環(huán)境的壓力容器往往選擇含 鎳 量較高的 面心立方晶格 的金屬。 這類金屬材料具有較高的低溫韌性！ 不同材料沖擊韌性與溫度關系曲線 用力學狀態(tài)圖解釋 溫度降低對脆斷的影響 原理：隨著 溫度的降低， 屈服抗力 ts升高 ，而正斷抗力 SOT不變 ， 故 脆斷危險性 增加 ！ 聯想： 材料的屈服極限 ζs 隨溫度的提高而降低！反過來，必然提高！ σmaΧ τmax 1 2 切斷抗力 ηb SOT 正斷抗力 ζb 屈服抗力 ηs ηb， SOT ηs T 溫度對脆斷的影響規(guī)律 圖 310 延性 脆性轉變溫度應變率的關系 圖 39 溫度與破壞方式關系示意圖 研究表明： 加載速度 dε/dt提高 ，其作用 相當于溫度降低， 同樣會使屈服抗力 ts升高，而正斷抗力 SOT 不變 ，則 脆斷危險性增加！ τ b， SOT τ s dε/dt 加載速度對脆斷的影響規(guī)律 應力集中對 dε/dt的影響 應該指出，在結構 缺口處 由于應力集中作用，使加載速度 dε/dt明顯提高 ，故脆斷危險性增大。 載荷的沖擊性越大，即加載速度 dε/dt越大，對工件的危害也就越大！ （ 1）化學成分 合金元素，雜質，氣體，夾雜物等 ? 鋼中的碳、氮、氧、氫、磷、硫、砷、銻和錫等雜質對韌性也是不利的。磷降低裂紋表面能，硅可限制交滑移，促進出現孿生，都起著提高韌 脆轉變溫度的不利作用。 C、 N、 O、 H、 S、 P增加鋼脆性； Mn、 Ni、 Cr、 V降低鋼的脆性。 材質的影響 —— 內因 一項新的科學研究回答了 80年未解之謎：含 S高的鋼板，韌性差所致。 圖 Titanic 號鋼板（左圖）和近代船用鋼板（右圖）的沖擊試驗結果 (2)顯微組織 ? 鋼的韌脆轉變溫度： ? 鐵素體 珠光體 上貝氏體 下貝氏體 回火馬氏體 （ 3）晶粒度和各向異性 2/1ln ?? dT CTc為轉變溫度（ K）； d為晶粒直徑（ mm）。 圖 311 轉變溫度和屈服點與低碳鋼晶粒度的關系 (1)尺寸的影響 ? 實際上由于屈服和斷裂經常是從材料表面開始，所以表面缺陷數目增加將導致流動和斷裂的傾向。在厚板的截面中，存有缺陷的可能性更大；大截面造成的拘束度可引發(fā)高值應力；快速屈服和斷裂時，所釋放的彈性應變能依賴于試樣尺寸。因此，隨著厚度增加，材料的性能降低。 板厚 圖 鋼的軋制使晶粒細化 (2)冶金因素 軋棍 一般說來，生產薄板時壓延量大，軋制溫度較低，組織細密；相反，生產厚板時軋制次數少，終軋溫度較高，組織疏松。顯然厚板的延、韌性均較差。 (3)缺口的影響 ? 厚板結構在受力時沿厚度方向的變形受到很大限制，形成 平面應變 狀態(tài)，在 缺口處 易出現 三向拉應力 ，使脆斷傾向 增大 。 圖 312 試樣尺寸對應力 應變曲線形狀的影響 ? 本節(jié)提要 : 本節(jié)側重 焊接工藝 引起的 新矛盾、新問題 焊接結構的特點對脆斷的影響 (1)焊接結構剛性大 ①不能產生相對位移，將引起較大的附加應力 ②對應力集中特別敏感 (2)焊接結構整體性強 給裂紋的擴展創(chuàng)造十分有利的條件 ，應力集中大 承載能力為 680噸 (計算應力相當于 166N/mm2)，破壞能量為25870J ，應力集中得到緩和 承載能力為 910噸 (計算應力相當于 255N/mm2)，破壞能量為660520J 圖 “自由輪 ” 甲板艙口設計對比 a原始設計； b改進設計 焊接制造工藝對脆斷的影響 1) 時效的概念 —— 在一定溫度下，材料性能隨時間發(fā)生變化的現象稱為時效。 其英文為 aging，即 age的現在分詞。 2) 應變時效 ① 靜應變