[理學(xué)]失效分析第四章-閱讀頁
2025-02-03 08:47本頁面
【正文】 料 所處的應(yīng)力狀態(tài)與大小。 （ 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 （ 4）斷口和裂紋形態(tài)的宏觀、微觀分析，確定斷裂的特征。 （ 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。 氫除了可使材料變脆外，在某些條件下還會(huì)造 成表面起泡等其它損傷，而這類損傷與材料本身 的脆性關(guān)系不大，故許多資料上將其連同使金屬 變脆的過程統(tǒng)稱為氫損傷。 (1)金屬材料基體內(nèi)殘留的氫。 (2)金屬材料在含氫的高溫氣氛中加熱時(shí)，進(jìn)入金屬內(nèi)部的氫 (3)金屬材料在化學(xué)及電化學(xué)處理過程中，進(jìn)入金屬內(nèi)部的氫 4． 3環(huán)境致脆斷裂失效分析 (4)金屬構(gòu)件在運(yùn)行過程中，環(huán)境也可提供氫。如下圖所示為鍋爐水冷壁管氫脆爆口形貌。鋼中的 “ 白點(diǎn) ” 即屬于此種類型。 (3)固溶氫引起的可逆性氫脆。 (4)固溶氫引起的氫脆。 此類氫脆具有明顯的延遲斷裂的性質(zhì)。 對(duì)材料的強(qiáng)度極限、屈服極限、延伸率及沖擊韌性影響 較小，而對(duì)材料的極限斷面收縮率影響較大。 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 來源和斷裂的原因。 (3)顯微裂紋呈斷續(xù)而彎曲的鋸齒狀。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 )。 (5)對(duì)于在高溫下氫與鋼中碳形成甲烷氣泡導(dǎo)致的脆性斷裂，其 斷口表面具有氧化色及晶粒狀。 (6)氫化物致脆斷裂，也屬沿晶型的。 4． 3環(huán)境致脆斷裂失效分析 4． 3． 3低熔點(diǎn)金屬的接觸致脆斷裂失效 與低熔點(diǎn)金屬相接觸的金屬零件，在一定的溫度和拉應(yīng)力下， 低熔點(diǎn)金屬從零件表面沿晶界向零件內(nèi)部擴(kuò)散，引起材料脆化并由 此導(dǎo)致構(gòu)件斷裂的現(xiàn)象，稱為低熔點(diǎn)金屬的接觸致脆斷裂。 (2) 存在拉應(yīng)力和較高的溫度條件。 低熔點(diǎn)金屬與零件材料的浸潤性越好，越易構(gòu)成致脆斷裂的環(huán)境系統(tǒng)。只有在低速加載的條件下才能發(fā)生致脆斷裂。宏觀上為脆性斷裂，斷裂截面與拉應(yīng)力方向垂直。主裂紋明濕，其周圍有許多支裂紋。 3．常見的低熔點(diǎn)金屬致脆斷裂 (1)金屬鎘致脆顫裂 (2)金屬焊錫致脆斷裂。 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。 (2)斷裂的宏觀表現(xiàn)是脆性的，斷口呈粗晶狀。 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。 (4)幾乎所有的鋼材都有產(chǎn)生熱脆性的傾向。 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。 3．常見的熱脆性斷裂及返修處理 對(duì)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。 (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) 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。 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(duì)構(gòu)件施以冷加工變形將使鋼的沖擊韌度提高。 1．蠕變斷裂的類型 (1)對(duì)數(shù)蠕變斷裂 在 (0～ 0． 15)Tm。 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。 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。 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．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。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。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。 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。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。 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。 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。 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。 應(yīng)當(dāng)注意的是，對(duì)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。這就是斷 口分析中尋找主斷面、主裂紋、斷裂源意
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