【正文】 高溫脆性發(fā)生的重要依據(jù)，其金相組織中的黑色網(wǎng)狀如右圖所示。 (4)幾乎所有的鋼材都有產(chǎn)生熱脆性的傾向。在碳鋼中出現(xiàn)熱脆性的必要條件是有塑性變形。 4． 3環(huán)境致脆斷裂失效分析 2．熱脆斷裂的一般解釋 對于熱脆性產(chǎn)生的本質(zhì)至今尚不清楚，但大多數(shù)人認為，它和 回火脆性應(yīng)是一致的，原因是發(fā)生脆性的條件和影響因素有普遍的 一致性。對于珠光體型的耐熱鋼 (如 25Cr2MolV)來說，多數(shù)人認 為它和回火脆性是一致的。 3．常見的熱脆性斷裂及返修處理 對于熱脆性程度不十分嚴重的零件，可以通過返修熱處理，如 600～ 650℃ 回火或正火 (淬火 )后回火并快冷的方法予以消除。 4． 3環(huán)境致脆斷裂失效分析 熱脆性和回火脆性的共同點是： (1) 兩種脆性都在相同的溫度范圍內(nèi)發(fā)生，并且在該溫度下保持的 時間越長，其脆化程度越大。 (2) 對脆性敏感的力學(xué)性能指標相同，即除室溫沖擊韌度外，其他 溫度下的力學(xué)性能指標不發(fā)生顯著變化。 (3) 鋼的脆化傾向取決于鋼材的化學(xué)成分，而且起主要作用的是合 金元素和雜質(zhì)，兩種脆性的有害雜質(zhì) (P， N)等及有利元素 (M 0， W)等也相同。 (4) 熱脆性和回火脆性都可以采取在高于 600650℃ 的溫度下， 加熱后快冷的方法來消除。 (5) 在長期加熱的情況下．不論鋼受不受應(yīng)力作用：均發(fā)生脆性。 預(yù)先的冷加工變形降低脆性發(fā)展傾向；而在脆性發(fā)展過程中， 對構(gòu)件施以冷加工變形將使鋼的沖擊韌度提高。 4． 3環(huán)境致脆斷裂失效分析 4． 3． 5蠕變斷裂失效 金屬材料在外力作用下，緩慢而連續(xù)不斷地發(fā)生塑性變形，這 樣的一種現(xiàn)象稱為蠕變現(xiàn)象，所發(fā)生的變形稱為蠕變變形，由此而 導(dǎo)致的斷裂，則稱為蠕變斷裂。 1．蠕變斷裂的類型 (1)對數(shù)蠕變斷裂 在 (0～ 0． 15)Tm。 (Tm為金屬材料的熔點，單位為 K)的溫 度范圍內(nèi)，材料的變形引起的加工硬化，因溫度低，不能發(fā)生回復(fù) 再結(jié)晶，因此，蠕變率隨時間的延續(xù)一直在下降，故稱之為對數(shù)蠕 變。 4． 3環(huán)境致脆斷裂失效分析 (2)回復(fù)蠕變斷裂 在 (0． 150． 85)T。的溫度范圍 內(nèi)，由于溫度高，材料足以進行回復(fù)再結(jié) 晶，蠕變率基本上是個定值，此時發(fā)生的 斷裂稱為回復(fù)蠕變斷裂 。 在工程上最常出現(xiàn)的蠕變斷裂是回復(fù) 蠕變斷裂或稱高溫蠕變斷裂。其典型的蠕 變曲線如右圖所示，它是描述在恒定溫度、 恒定拉應(yīng)力下金屬的變形隨時間的變化規(guī) 律曲線。 4． 3環(huán)境致脆斷裂失效分析 變曲線的形狀會隨金屬的溫度和應(yīng)力不同而有所變化，如下圖 所示，在實際斷裂分析時應(yīng)根據(jù)不同條件進行判斷。 金屬蠕變階段的變化除與溫度、應(yīng)力密切相關(guān)外，與材料組織 的穩(wěn)定性也有很大關(guān)系。 4． 3環(huán)境致脆斷裂失效分析 2．蠕變斷裂的特征 (1) 宏觀特征 明顯的塑性變形是蠕變斷裂的主要特征。在斷口附近產(chǎn)生許多裂 紋，使斷裂件的表面呈現(xiàn)龜裂現(xiàn)象。蠕變斷裂的另一個特征是高溫 氧化現(xiàn)象，在斷口表面形成一層氧化膜。 (2) 微觀特征 大多數(shù)的金屬構(gòu)件發(fā)生的蠕變斷裂是沿晶型斷裂，但當(dāng)溫度比較 低時 (在等強溫度以下 )，也可能出現(xiàn)與常溫斷裂相似的穿晶斷裂。和 其他沿晶斷裂不同之處在于，沿晶蠕變斷裂的截面上可以清楚地看 到局部地區(qū)晶問的脫開及空洞現(xiàn)象。除此之外，斷口上尚存在與高 溫氧化及環(huán)境因素相對應(yīng)的產(chǎn)物。 4． 3環(huán)境致脆斷裂失效分析 3．蠕變斷裂失效分析 實際的金屬構(gòu)件發(fā)生蠕變斷裂時，宏觀上也可能沒有明顯 的塑性變形，其變形是微觀局部的，主要的集中在金屬晶粒的 晶界，在晶界上形成蠕變空洞，降低了材料塑性，導(dǎo)致發(fā)生宏 觀脆性的斷裂。 實際運行的金屬構(gòu)件，由于金屬組織在高溫高應(yīng)力作用下 會發(fā)生一系列的組織和性能的變化，因此，蠕變斷裂的過程經(jīng) 常伴隨著其他的方面變化。主要有珠光體球化和碳化物聚集， 碳鋼石墨化，時效和新相的形成，熱脆性，合金元素在固溶體 和碳化物相之問的重新分配以及氧化腐蝕等 4． 3環(huán)境致脆斷裂失效分析 下圖是在發(fā)電廠等熱力系統(tǒng)構(gòu)件中經(jīng)常發(fā)生的一種失效形式。 其中 a) 蒸汽管爆管斷口形態(tài)（宏觀上無明顯塑性變形，管壁沒有 減薄，表面嚴重氧化，氧化層致密） , b) 金屬組織（珠光體已經(jīng)完 全球化，碳化物在晶內(nèi)和晶界上聚集，晶界上已形成蠕變裂紋）。 4． 3環(huán)境致脆斷裂失效分析 4． 4混合斷裂失效分析 工程構(gòu)件的斷裂大都屬于混合型斷裂。這是因為在裂紋形成及 擴展過程中，其影響因素不是單一的，并且通常是不停地變化著的。 有以下幾個方面的原因?qū)е禄旌闲蛿嗔训漠a(chǎn)生 : 1．應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化引起的混合斷裂 各種類型的斷裂均存在一定的臨界應(yīng)力，構(gòu)件的某個部位所承 受的應(yīng)力達到某個臨界值時，構(gòu)件即產(chǎn)生初裂紋，并開始擴展。隨 著金屬構(gòu)件有效截面積的減小，剩余截面的正應(yīng)力不斷增加，特別 是裂紋頂端的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，如裂紋頂端的應(yīng)力強度因子隨裂 紋尺寸的加大而升高，當(dāng)其達到另一種斷裂的臨界應(yīng)力時，斷裂的 類型就將發(fā)生變化而成為混合斷裂。 2．環(huán)境因素變化引起的混合斷裂 構(gòu)件的環(huán)境因素，特別是溫度和介質(zhì)的變化是引起混合斷裂的 另一個重要因素，當(dāng)溫度發(fā)生變化時，往往帶來材料組織結(jié)構(gòu)及性 能的變化，由此而導(dǎo)致斷裂的類型或途徑的變化。 3．材料的成分及組織結(jié)構(gòu)的不均勻性引起的混合斷裂 材料的化學(xué)成分及組織結(jié)構(gòu)的不均勻性也是引起構(gòu)件發(fā)生混合 斷裂的重要原因。 應(yīng)當(dāng)注意的是，對混合斷裂來說，不論斷裂過程中包含幾個斷 裂機制，但初始起因只有一個，而其余機制是派生出來的。因而在 失效分析時．應(yīng)集中尋找第一斷裂源區(qū)的初始斷裂機制。這就是斷 口分析中尋找主斷面、主裂紋、斷裂源意義之所在。 4． 4混合斷裂失效分析