【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(rèn)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(rèn) 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(yán)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(diǎn)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(shí)間越長，其脆化程度越大。 (2) 對脆性敏感的力學(xué)性能指標(biāo)相同，即除室溫沖擊韌度外，其他 溫度下的力學(xué)性能指標(biāo)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(diǎn)，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(shí)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(jìn)行回復(fù)再結(jié) 晶，蠕變率基本上是個(gè)定值，此時(shí)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(shí)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(shí)際斷裂分析時(shí)應(yīng)根據(jù)不同條件進(jìn)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(gè)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(shí) (在等強(qiáng)溫度以下 )，也可能出現(xiàn)與常溫?cái)嗔严嗨频拇┚嗔?。? 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(shí)際的金屬構(gòu)件發(fā)生蠕變斷裂時(shí)，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(shí)際運(yùn)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(shí)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(yán)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?yàn)樵诹鸭y形成及 擴(kuò)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(gè)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(gè)部位所承 受的應(yīng)力達(dá)到某個(gè)臨界值時(shí)，構(gòu)件即產(chǎn)生初裂紋，并開始擴(kuò)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(qiáng)度因子隨裂 紋尺寸的加大而升高，當(dāng)其達(dá)到另一種斷裂的臨界應(yīng)力時(shí)，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(gè)重要因素，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，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(gè)斷 裂機(jī)制，但初始起因只有一個(gè)，而其余機(jī)制是派生出來的。因而在 失效分析時(shí)．應(yīng)集中尋找第一斷裂源區(qū)的初始斷裂機(jī)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