金屬塑性加工的宏觀規(guī)律-資料下載頁
2025-05-02 06:00本頁面
【正文】 過渡到斷裂，斷裂面和拉伸軸接近 正交 ，斷口平齊，如圖 368a所示。 脆性斷裂在單晶體試樣中常表現(xiàn)為沿解理面的解理斷裂。所謂 解理面 ，一般都是晶面指數(shù)比較低的晶面，如體心立方的（ 100）面。 在多晶體試樣中則可能出現(xiàn)兩種情況：一是裂紋沿解理面橫穿晶粒的穿晶斷裂，斷口可以看到解理亮面；二是裂紋沿晶界的晶間斷裂，斷口呈顆粒狀，如圖 369所示。 2．韌性斷裂 在斷裂前金屬經(jīng)受了較大的塑性變形，其斷口呈纖維狀，灰暗無光。韌性斷裂主要是穿晶斷裂，如果晶界處有夾雜物或沉淀物聚集，則也會(huì)發(fā)生晶間斷裂。韌性斷裂也有不同的表現(xiàn)形式：一種是切變斷裂，例如密排六方金屬單晶體沿基面作大量滑移后就會(huì)發(fā)生這種形式的斷裂，其斷裂面就是滑移面，如圖 368b所示；另一種是試樣在塑性變形后出現(xiàn)縮頸，一些塑性非常好的材料如金、鉛和鋁，可以拉縮成一個(gè)點(diǎn)才斷開，如圖 368c所示；對(duì)于一般的韌性金屬，斷裂則由試樣中心開始，然后沿圖 368d所示的虛線斷開，形成杯錐狀斷口。 韌性斷裂有如下幾個(gè)特點(diǎn)： 1。韌性斷裂前已發(fā)生了較大的塑性變形，斷裂時(shí)要消耗相當(dāng)多的能量，所以韌性斷裂是一種高能量的吸收過程； 2。在小裂紋不斷擴(kuò)大和聚合過程中，又有新裂紋不斷產(chǎn)生，所以韌性斷裂通常表現(xiàn)為多斷裂源； 3。韌性斷裂的裂紋擴(kuò)展的臨界應(yīng)力大于裂紋形核的臨界應(yīng)力，所以韌性斷裂是個(gè)緩慢的撕裂過程； 4。隨著變形的不斷進(jìn)行裂紋不斷生成、擴(kuò)展和集聚，變形一旦停止，裂紋的擴(kuò)展也將隨著停止。 二、斷裂過程與物理本質(zhì) 金屬的塑性變形過程和斷裂過程是同時(shí)發(fā)生的，而斷裂過程通常又可以分為裂紋生核和裂紋擴(kuò)展兩個(gè)階段。 從力學(xué)角度看，金屬多晶體在外力的作用下發(fā)生塑性變形的初始階段并不是在所有晶粒內(nèi)同時(shí)發(fā)生，而首先在位向有利的晶粒（即外力對(duì)其滑移系統(tǒng)具有最大切應(yīng)力的晶粒）中以滑移或?qū)\晶方式發(fā)生塑性變形。 從位錯(cuò)理論的觀點(diǎn)來看：金屬的塑性變形實(shí)質(zhì)上是位錯(cuò)在滑移面上運(yùn)動(dòng)和不斷增殖的過程。 金屬斷裂的基本過程 一、微裂紋的萌生機(jī)理 金屬發(fā)生斷裂，先要形成微裂紋。這些微裂紋主要來自兩個(gè)方面：一是材料內(nèi)部原有的，如實(shí)際金屬材料內(nèi)部的氣孔、夾雜、微裂紋等缺陷；二是在塑性變形過程中，由于位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)和塞積等原因而使裂紋形核。隨著變形的發(fā)展導(dǎo)致裂紋不斷長(zhǎng)大，當(dāng)裂紋長(zhǎng)大到一定尺寸后，便失穩(wěn)擴(kuò)展，直至最終斷裂。 裂紋形核理論 1．位錯(cuò)塞積理論 2．位錯(cuò)反應(yīng)理論 3．位錯(cuò)墻側(cè)移理論 4．位錯(cuò)消毀理論 1．位錯(cuò)塞積理論 位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)過程中，遇到了障礙（如晶界、相界面等）而被塞積，在位錯(cuò)塞積群前端就會(huì)引起應(yīng)力集中（圖 370），若外加切應(yīng)力為，塞積位錯(cuò)個(gè)數(shù)為 n，此處應(yīng)力集中為，則。這就說明此處的應(yīng)力集中比外加切應(yīng)力大 n倍，塞積位錯(cuò)越多，應(yīng)力集中程度越大。當(dāng)此應(yīng)力大于界面結(jié)合力或脆性第二相或夾雜物本身的結(jié)合力時(shí)，就會(huì)在界面或脆性相中形成裂紋核 。 2．位錯(cuò)反應(yīng)理論 圖 371表示在相交的滑移面上，由于位錯(cuò)反應(yīng)發(fā)生了同號(hào)位錯(cuò)的聚合，便形成了微裂紋。在體心立方中，兩位錯(cuò)相遇反應(yīng)的結(jié)果，可在解理面上形成不易滑移的 [001]刃型位錯(cuò)，刃型位錯(cuò)的合并即是體心立方的解理面（ 001）面上形成解理裂紋。 3．位錯(cuò)墻側(cè)移理論 由于刃型位錯(cuò)的垂直排列構(gòu)成了位錯(cuò)墻，同時(shí)引起滑移面的彎折而使裂口形核（圖 372），裂口面將是和滑移面重合。密排六方金屬沿滑移面斷裂的原因正是這一理論。 4．位錯(cuò)消毀理論 在外力作用下位錯(cuò)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，若兩個(gè)相距為 h10個(gè)原子間距的平行滑移面上，存在有異號(hào)刃型位錯(cuò)，當(dāng)它們相互接近后，就會(huì)彼此合并而消毀，便在中心處形成孔隙，隨著滑移的進(jìn)行，孔隙逐漸擴(kuò)大，形成長(zhǎng)條形空洞（圖 373）。 二、裂紋的擴(kuò)展 金屬材料在塑性變形過程中形成微裂紋（或空洞），并不意味著材料即將斷裂，從微裂紋形成到導(dǎo)致金屬的最終斷裂是一個(gè)擴(kuò)展過程，這個(gè)過程與材料的性質(zhì)、應(yīng)力狀態(tài)等外部條件密切相關(guān)。 Griffith公式的局限性 1。 Griffith只適用于脆性材料 2。對(duì)于韌性材料必需修正（ Orowan修正理論） 將表面能改為有效表面能（表面能加塑性變形功） 塑性 脆性轉(zhuǎn)變 塑性與脆性并非金屬固定不變的特性，像金屬鎢，雖在室溫下呈現(xiàn)脆性，但在較高的溫度下卻具有塑性。在拉伸時(shí)為脆性的金屬，在高靜水壓力下卻呈現(xiàn)塑性。在室溫下拉伸為塑性的金屬，在出現(xiàn)缺口、低溫、高變形速度時(shí)卻可能變得很脆。所以，金屬是韌性斷裂還是脆性斷裂，取決于各種內(nèi)在因素和外在條件。 一般的金屬與合金（面心立方者除外）有塑性 脆性轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象。如果改變?cè)囼?yàn)溫度，就可以發(fā)現(xiàn)存在有一個(gè)轉(zhuǎn)變溫度 Tc，在 Tc以上，斷裂是韌性的，在 Tc以下，斷裂就是脆性的。 圖 374a表示了不同金屬斷面收縮率隨溫度變化的情況，在轉(zhuǎn)變溫度處斷面收縮率突然下降。如果溫度保持不變，而將其他參數(shù)改變，例如改變晶粒度、屈服強(qiáng)度、變形速度、應(yīng)力狀態(tài)（用不同深度的缺口來影響應(yīng)力狀態(tài)，缺口越深、轉(zhuǎn)變溫度越高、造成所謂缺口脆性）等，如圖 374b所示，同樣也可以出現(xiàn)塑性脆性轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。 金屬的可加工性 金屬的可加工性是不同加工方法進(jìn)行塑性加工時(shí)，工件出現(xiàn)第一條可見裂紋前所達(dá)到的最大變形量，如可鍛性、可軋性、可擠壓性、可拉拔性等。它是制定各種塑性加工工藝規(guī)程和保證產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)。
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