[理學(xué)]失效分析第四章-wenkub.com
2025-01-16 08:47 本頁(yè)面
【正文】 這就是斷 口分析中尋找主斷面、主裂紋、斷裂源意義之所在。 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(lái)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。 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。 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(méi)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。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。 4． 3環(huán)境致脆斷裂失效分析 變曲線的形狀會(huì)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。 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。 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(guò)程中， 對(duì)構(gòu)件施以冷加工變形將使鋼的沖擊韌度提高。 (2) 對(duì)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。 4． 3環(huán)境致脆斷裂失效分析 2．熱脆斷裂的一般解釋 對(duì)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。 4． 3環(huán)境致脆斷裂失效分析 (3)具有熱脆性的金屬，其金相組織上可以看到黑色的網(wǎng)狀特征，并有第二相質(zhì)點(diǎn)析出。 1．熱脆斷裂的特點(diǎn) (1)呈現(xiàn)熱脆性的鋼材，在高溫下的沖擊韌度并不低，而室溫沖擊韌度一般比正常值降低 50％ 60％，甚至降低 80％以上，其他強(qiáng)度指標(biāo)及塑性指標(biāo)均不發(fā)生明顯變化。主裂紋明濕，其周圍有許多支裂紋。只有在低速加載的條件下才能發(fā)生致脆斷裂。 (2) 存在拉應(yīng)力和較高的溫度條件。 (6)氫化物致脆斷裂，也屬沿晶型的。應(yīng)力集中較小時(shí)，微裂紋多源于次表面或遠(yuǎn)離缺口底部 (滲碳 等表面硬化件出現(xiàn)望氫竺孝源于次表面 )。 氫脆斷裂斷裂源區(qū)的形態(tài)、大小的分析，有助于正確判斷氫的 來(lái)源和斷裂的原因。 此類氫脆具有明顯的延遲斷裂的性質(zhì)。 (3)固溶氫引起的可逆性氫脆。如下圖所示為鍋爐水冷壁管氫脆爆口形貌。 (1)金屬材料基體內(nèi)殘留的氫。 （ 5）必要時(shí)，可在實(shí)際使用條件下進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)或在實(shí)驗(yàn) 室內(nèi)進(jìn)行模擬現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破裂的條件（介質(zhì)、應(yīng)力、溫 度等），也可采用能夠預(yù)示實(shí)際條件下應(yīng)力腐蝕破裂趨勢(shì)的加 速試驗(yàn)方法，對(duì)所出現(xiàn)的應(yīng)力腐蝕開裂加以驗(yàn)證和模擬。 （ 3）詳細(xì)了解設(shè)備或部件使用環(huán)境特點(diǎn)，介質(zhì)種類、使用 溫度等。 4． 3環(huán)境致脆斷裂失效分析 3．應(yīng)力腐蝕開裂失效分析 （ 1）詳細(xì)了解材料的生產(chǎn)過(guò)程與處理工藝，掌握材料的成 分、組織狀態(tài)以及雜質(zhì)（夾雜物）含量與分布。 4． 3環(huán)境致脆斷裂失效分析 (4)應(yīng)力腐蝕斷口的微觀形貌可為巖石狀，巖石表面有腐蝕痕跡。 材料的晶體結(jié)構(gòu)是影響應(yīng)力腐蝕裂紋走向的主要因素。 ISCCKISCCK4． 3環(huán)境致脆斷裂失效分析 2．應(yīng)力腐蝕開裂的斷口及裂紋特征 1)斷口的宏觀形態(tài)一般為脆 性斷裂，斷口截面基本上垂直于 拉應(yīng)力方向。在右圖中表示了 4340鋼處 理到不同強(qiáng)度時(shí) 值的變化。 晶粒尺寸增大，鋼的應(yīng)力腐蝕開裂敏感性增加。而當(dāng)訓(xùn) (c)大于 0． 2％ 時(shí)，應(yīng)力腐蝕抗力又漸趨穩(wěn)定。 雜質(zhì)元素對(duì)應(yīng)力腐蝕開裂敏感性影響很大。 （ 5）一般來(lái)說(shuō)，介質(zhì)的濃度和環(huán)境溫度越高則較易發(fā)生應(yīng)力腐蝕。 （ 1）僅當(dāng)弱的腐蝕介質(zhì)，在金屬表面形成一層不穩(wěn)定的“保 護(hù)膜” 時(shí)，才有可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。導(dǎo)致的斷裂具有突發(fā)性。 內(nèi)容包括應(yīng)力腐蝕開裂、氫致斷裂、腐蝕疲勞、熱 疲勞及低熔點(diǎn)金屬致脆斷裂等。另外，還有某些金屬材料在特定的溫度條件下 發(fā)生相變所引起的脆化狀態(tài)等。 4．低溫脆斷斷裂的分析 常用的方法是采用系列沖擊試驗(yàn)確定材料的實(shí)際脆性轉(zhuǎn)折溫度。而面心立方金屬不是冷脆金屬，不具有冷脆轉(zhuǎn) 折的特點(diǎn)，不發(fā)生冷脆斷裂。斷口中的反光小平面 (小刻面 )與晶粒尺寸相當(dāng)。 材料致脆斷裂失效分析 2．冷脆金屬低溫脆斷的特征 冷脆金屬在冷脆轉(zhuǎn)折溫度以下發(fā)生的脆性斷裂稱為低溫脆斷。 試驗(yàn)方法有： a 室溫沖擊試驗(yàn)法 b 系列沖擊試驗(yàn)法 c 低溫拉伸試驗(yàn)法 d 斷裂韌性法 e斷口特征的對(duì)比分析 材料致脆斷裂失效分析 1．冷脆金屬及其特點(diǎn) 溫度對(duì)低碳鋼力學(xué)性能指標(biāo)及斷裂 特征的影響如右圖所示。晶粒界面上一般無(wú)異常 沉淀物，因而有別于其他類型的沿晶斷裂。這種脆性發(fā)生在純度較 低的鋼中，與雜質(zhì)元素向原奧氏體晶界偏 聚有關(guān)。 4． 1過(guò)載斷裂失效分析 材料致脆斷裂失效分析 回火脆性斷裂失效 如右圖所示，在兩個(gè)回火溫度區(qū)間會(huì)出 現(xiàn)沖擊韌度明顯降低的現(xiàn)象，斷裂時(shí)常出現(xiàn) 脆性，發(fā)生在較低溫度 (約 350℃ )的脆性稱 為低溫回火脆性或回火馬氏體脆性 (TEM) 又叫 第一類回火脆性 ，或不可逆回火脆性， 即重復(fù)回火時(shí)不再出現(xiàn)。當(dāng)發(fā)生過(guò)載斷裂時(shí)，材料經(jīng)受過(guò)屈服階段而后發(fā)生 斷裂。 溫度升高，一般使材料的 塑性增大，因而纖維區(qū)加大，剪 切唇也有所增加，放射區(qū)相對(duì)變 小，如右圖所示 : 4． 1過(guò)載斷裂失效分析 此類斷裂的斷口表面往往有疲勞斷裂的特征或有小的疲勞斷裂 裂紋，而且小的疲勞裂紋往往是扭轉(zhuǎn)斷裂的斷裂源區(qū)，但在發(fā)生扭 轉(zhuǎn)過(guò)載斷裂前，這些疲勞裂紋擴(kuò)展很小，整個(gè)斷裂表現(xiàn)出扭轉(zhuǎn)過(guò)載 的特征 。三向拉應(yīng)
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