断裂影响因素及现象分析优秀课件
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焊接结构的脆性断裂培训PPT课件
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2
解理断裂时，材料几乎没有发生塑性变形就 出现破断，其断口为闪闪发光的结晶状断口，亦 称脆性断裂。
剪切断裂时，材料在发生足够大的塑性变形 后出现断裂，其断口灰暗无光，通常为纤维状， 亦称韧性断裂、切变断裂。
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3
2、断裂的一般过程 中碳钢的断裂过程如下： 首先，构件在拉伸时，随着应力的增大，将从 均匀变形过渡到局部的塑性变形，并发生颈缩。颈 缩处的心部由于受三向拉应力，不易变形，故滑移 受阻，此时将出现位错增殖、堆积，并形成空孔和 微裂纹。 第二，随着应力的增大，上述空孔和微裂纹将 合并长大并缓慢扩张，逐步达到临界裂纹尺寸。 第三，达到临界裂纹尺寸的裂纹将会急速扩张， 最后发生脆性断裂。
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4
3、解理断裂 解理断裂——在拉应力的作用下，晶体材料 沿某些特定的结晶学截面即解理面发生的断裂。
解理断裂是一种脆性断裂。在低温、高应变 速率或高应力集中的体心立方、密排六方金属中， 当材料的塑性变形严重受阻，材料不能以形变的 形式而只能以分离来顺应外加应力，此时变形速 度远远跟不上断裂速度，就会发生解理断裂。
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17
构件在外力的作用下，在正应力σmax未达到 材料的正断抗力前，如果切应力τmax首先达到屈 服点，则构件将产生塑性变形，随后出现塑性断
裂；如果在切应力τmax达到屈服点之前，正应力 σmax首先达到正断抗力，则构件将发生脆性断裂。
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18
当有缺口的构件
受到拉应力σy时，由 于缺口根部横向收缩
图9 □型微裂纹的
形成示意图
.
14
随着滑移的进 行，在△型和□型裂 纹中，不断移入多余 的位错，由于滑移和 附加应力的作用，使 微裂纹扩张成稍大的 裂纹或空孔。截面上 的应力状态不同，最 后断裂的微观断口形 式也不同。
金属的断裂PPT课件
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２．Griffith公式 (临界应力公式) 设有一块薄板，厚度=1个单位，内有 一椭圆形裂口，小裂口长度为 2c
薄板受均匀的拉应力σ作用 e —— 裂口扩展所需的能 e = e1+ e2 e1 —— 裂口扩展所降低的弹性能 e2 —— 裂口扩展所增加的表面能
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e1=单位体积弹性能×裂口总体积 裂口所松驰的弹性能可近似看作形成直径为 2c 的无应 力区域所释放的能量 粗略估计值：e1 ≈ －1/2σ·ε×πc2 = －πc2σ2/2E 更精确计算出的值为粗略估计值的二倍，即：
特点：① 裂口生成、发展均很快 断裂前没有明显的塑性变形，ε＜5% ②断口平整（破断面和拉应力接近
于 正交）有金属光泽 断口⊥σmax 断口沿解理面 在电镜下可看到解理亮面
二种情况：
沿解理面的穿晶断裂 —— 河流状、舌状花纹
沿晶界的晶间断裂 —— 冰糖状、颗粒状
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穿晶断裂 ——断裂时裂纹发展穿过晶粒内部(韧断) 晶间断裂 ——断裂时裂纹发展沿着晶界 (脆断)
锻压圆锭时，相当于压缩厚件。假若没有外 端，则可自由地形成双鼓形，但由于外端的 拉齐作用，使工件中心产生附加拉应力。
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当翻转90°锻成方坯时，裂纹如图(d)， 十
字形 当旋转锻造圆坯时，裂纹如图(e)，放射状
第41页/共54页
② 防止措施 采用槽形或弧形锤头，增加侧压，使附加 拉应力↓
沿τmax 方向断裂 形成杯锥状
二．微孔的形成 研究表明，微孔主要在析出物、夹杂物等第二相 粒子的地方形成 产生微孔的机理 1．杂质与基体界面发生剥离 这是由变形不协调产生的 杂质引起应力集中现象，产生 微孔
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２．Griffith公式 (临界应力公式) 设有一块薄板，厚度=1个单位，内有 一椭圆形裂口，小裂口长度为 2c
薄板受均匀的拉应力σ作用 e —— 裂口扩展所需的能 e = e1+ e2 e1 —— 裂口扩展所降低的弹性能 e2 —— 裂口扩展所增加的表面能
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e1=单位体积弹性能×裂口总体积 裂口所松驰的弹性能可近似看作形成直径为 2c 的无应 力区域所释放的能量 粗略估计值：e1 ≈ －1/2σ·ε×πc2 = －πc2σ2/2E 更精确计算出的值为粗略估计值的二倍，即：
特点：① 裂口生成、发展均很快 断裂前没有明显的塑性变形，ε＜5% ②断口平整（破断面和拉应力接近
于 正交）有金属光泽 断口⊥σmax 断口沿解理面 在电镜下可看到解理亮面
二种情况：
沿解理面的穿晶断裂 —— 河流状、舌状花纹
沿晶界的晶间断裂 —— 冰糖状、颗粒状
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穿晶断裂 ——断裂时裂纹发展穿过晶粒内部(韧断) 晶间断裂 ——断裂时裂纹发展沿着晶界 (脆断)
锻压圆锭时，相当于压缩厚件。假若没有外 端，则可自由地形成双鼓形，但由于外端的 拉齐作用，使工件中心产生附加拉应力。
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当翻转90°锻成方坯时，裂纹如图(d)， 十
字形 当旋转锻造圆坯时，裂纹如图(e)，放射状
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② 防止措施 采用槽形或弧形锤头，增加侧压，使附加 拉应力↓
沿τmax 方向断裂 形成杯锥状
二．微孔的形成 研究表明，微孔主要在析出物、夹杂物等第二相 粒子的地方形成 产生微孔的机理 1．杂质与基体界面发生剥离 这是由变形不协调产生的 杂质引起应力集中现象，产生 微孔
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《影响断裂类型的因素》课件
锻造时的内部裂纹
.平锤头flat hammer锻压方坯 square billet
A难变形区 三向压应力 沿对角线方向 金属剧烈错动 翻转90°压缩 相反方向错动 反复错动→ 疲劳开裂
fatigue
平锤头锻压圆坯round billet 无外端→双鼓形(a)
措施：采用槽形和弧形锤头， 减少坯料中心处的水平拉应力，增大压应力。
3 Fracture in extrusion /drawing 挤压/拉拔
挤制铝型材
Surface crack 表面裂纹
挤压筒和挤压模之间存 在摩擦 →中心流动快/表面层流 动慢 →中部受压/边部受拉 →摩擦很大时，边部金 属断裂 →周期性表面裂纹 →竹节状，棘棒状
extrusion container 挤压筒 extrusion die 挤压模
2 fracture in rolling 轧制
轧板时的表面开裂
－ 凹形辊concave roll易出现中部周期裂纹center periodic crack。
－ 平辊轧制 flat roll rolling
易产生边部周期裂纹edge periodic crack， 还可导致板材端头中央劈裂split。
从韧性断裂到脆性断裂的转变温度称为韧脆转变温度Tc
※韧-脆转变温度 Ductile-brittle transition temperature (DBTT)
解释: T对断裂应力σf/屈 服强度σs影响不同
T↓对σf影响不大, 对σs影响显著
T>T c. σf > σs ductile T< T c. σf < σs brittle
Measures措施: (1)↓contact friction 减小摩擦↑finish光洁度
4-3影响断裂韧度的因素.ppt
（一）J积分的概念 裂纹扩展时的能量释放率
G U A
裂纹扩展时的能量释放率的积分表达式为 在单位厚度（B=1）的Ⅰ型裂纹体
′
u G [ wdy Tds] x
y
T u
应变能密度w， Г上任一点的作用力为T
在弹性状态下
dUe=wdV=wdA =wdA= =wdxdy Ue dUe
塑性区应变为ey
ey
y
E
σ σ
y
KI E 2r
S
y
KI 2r
r=dT时
dT
KI ey E 2dT
ey=eb=n时
KⅠ = KⅠC
K IC En 2dT
钢中夹杂物对KⅠC影响.夹杂物越多,间距越小, KⅠC越小.
1 2
K IC ( E ys * X C ) f
K IC ( E y s * X c )1/ 2 f
dW=u.TBds
(Ue W ) G a
U=Ue-W Г
Г′′
ds O
B x
wdxdy
W dw u.Tds
u.Tds
u G [ wdy Tds] x
u G [ wdy Tds] x
低温形变
MS
t
2、亚温淬火 淬火加热温度在A1-A3之间 A+F 晶界↑， 晶界杂质浓度↓ 3、超高温淬火 淬火加热温度远高于正常的加热温度 (三)温度和应变速率的影响 1、温度的影响 T↑ ↑ KIC F溶解杂质↑
2、应变速率的影响
应变速率↑ ↓ KIC
第四节 断裂韧度在工程中的应用
KⅠ ≥ KⅠC
s
)2
G U A
裂纹扩展时的能量释放率的积分表达式为 在单位厚度（B=1）的Ⅰ型裂纹体
′
u G [ wdy Tds] x
y
T u
应变能密度w， Г上任一点的作用力为T
在弹性状态下
dUe=wdV=wdA =wdA= =wdxdy Ue dUe
塑性区应变为ey
ey
y
E
σ σ
y
KI E 2r
S
y
KI 2r
r=dT时
dT
KI ey E 2dT
ey=eb=n时
KⅠ = KⅠC
K IC En 2dT
钢中夹杂物对KⅠC影响.夹杂物越多,间距越小, KⅠC越小.
1 2
K IC ( E ys * X C ) f
K IC ( E y s * X c )1/ 2 f
dW=u.TBds
(Ue W ) G a
U=Ue-W Г
Г′′
ds O
B x
wdxdy
W dw u.Tds
u.Tds
u G [ wdy Tds] x
u G [ wdy Tds] x
低温形变
MS
t
2、亚温淬火 淬火加热温度在A1-A3之间 A+F 晶界↑， 晶界杂质浓度↓ 3、超高温淬火 淬火加热温度远高于正常的加热温度 (三)温度和应变速率的影响 1、温度的影响 T↑ ↑ KIC F溶解杂质↑
2、应变速率的影响
应变速率↑ ↓ KIC
第四节 断裂韧度在工程中的应用
KⅠ ≥ KⅠC
s
)2
断裂类型讲义【可编辑的PPT文档】
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影响韧性断裂扩展的因素
▪ 第二相粒子
▪ 随第二相体积分数的增加，钢的韧性都下降，硫化 物比碳化物的影响要明显得多。同时碳化物形状也 对断裂应变有很大影响，球状的要比片状的好得多。
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▪ 基体的形变强化
▪ 基体的形变强化指数越大，塑性变形后的强化越强 烈，变形更均匀。微孔长大后的聚合，将按正常模 式进行，韧性好。相反地，如果基体的形变强化指 数小，变形容易局部化，较易出现快速剪切裂开，
子
本身坚实与基体
结合牢的强化相
在不大的应力作用下，夹 杂物粒子便与基体脱开， 或本身裂开而成为微孔
是位错塞积引起的应力集中， 或在高应变条件下，第二相 与基体塑性变形不协调而萌 生微孔的。
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位错线运动遇到第二相质点时，在
▪ 微孔长大 其周围形成位错环，图 (a)
位错在质点两边塞积起
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▪ 位错塞积理论 ▪ 位错反应理论 ▪ 位错墙侧移理论 ▪ 位错销毁理论
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位错塞积理论
▪ 位错在运动过程中，遇到了障碍（如晶界、相界面 等）而被塞积，在位错塞积群前端就会引起应力集
中，若外加切应力为t，塞积位错个数为n，此处应 力集中为nt，这就说明此处的应力集中比外加切应
在较大应力下，微孔继续长大，直至其边缘连 在一起，聚合成裂纹。
裂纹尖端与 微孔、微孔 与微孔间产 生局部滑移
变形均匀的，速度较慢，消耗的能
特点
量较多，韧性较好。基体的形变强 化指数越高，微孔长大直至聚合的
过程越慢，韧性越好。
局部变形量大，产生了快速剪切裂 开。微孔聚合速度快，消耗的能量 也较少，所以韧性差。
焊接断裂原因分析PPT课件
3 改善材料的断裂韧性 ① 正确的设计选材 应采用“等韧性”或“等性能”原则，才 能保证 焊缝区不成为结构的薄弱环节， 以避免脆 性断裂。 ② 优化焊接工艺 ③ 合理制订、严格执行耐压试验规程
.
9
3 焊接结构疲劳断裂的防治方法
1.焊接结构疲劳断裂的原因和影响因素 疲劳断裂是在循环应力、拉应力和塑性
失效、疲劳断裂失效和应力腐蚀断裂失效三种类 型。 1. 脆性断裂失效 脆性断裂---通常称为低应力脆断。一般都在应力 低于结构的设计应力和没有显著的塑性变形的情 况下发生的。
.
2
焊接结构断裂失效的分类及危害
疲劳断裂失效 金属材料及其结构因受交变载荷而
发生损坏或断裂的现象，称为 疲劳断裂。 疲劳断裂过程一般由三个阶段组成： ① 初始疲劳裂纹在应力集中区孕育、 萌生； ② 裂纹亚临界扩展或稳定扩展； ③ 失稳扩展，以至与断裂。
对于焊接接头，减小、消除残余拉应力或使该处 产生残余应力都可提高疲劳强度。
2.3 焊缝表面打磨、抛光，表面强化处理
.
12
4.焊接结构应力腐蚀断裂的防治
1 应力腐蚀裂纹产生的机理和影响因素 1.1 定义：
应力腐蚀：指敏感金属或合金在一定拉应 力和一定腐蚀介质环境共同作用下所引起 的腐蚀断裂过程。 1.2 两种机理： 1.2.1 电化学应力腐蚀机理 1.2.2 机械破裂应力腐蚀开裂机理
.
13Leabharlann 防止和控制焊接结构产生应力腐蚀 的措施
2 防止和控制焊接结构产生应力腐蚀的措施 2.1 设计方面的控制 2.2 制造工艺过程中的控制 ① 焊接材料选择 ② 焊接工艺条件的控制 ③ 控制冷作变形
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3 焊接结构疲劳断裂的防治方法
1.焊接结构疲劳断裂的原因和影响因素 疲劳断裂是在循环应力、拉应力和塑性
失效、疲劳断裂失效和应力腐蚀断裂失效三种类 型。 1. 脆性断裂失效 脆性断裂---通常称为低应力脆断。一般都在应力 低于结构的设计应力和没有显著的塑性变形的情 况下发生的。
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焊接结构断裂失效的分类及危害
疲劳断裂失效 金属材料及其结构因受交变载荷而
发生损坏或断裂的现象，称为 疲劳断裂。 疲劳断裂过程一般由三个阶段组成： ① 初始疲劳裂纹在应力集中区孕育、 萌生； ② 裂纹亚临界扩展或稳定扩展； ③ 失稳扩展，以至与断裂。
对于焊接接头，减小、消除残余拉应力或使该处 产生残余应力都可提高疲劳强度。
2.3 焊缝表面打磨、抛光，表面强化处理
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4.焊接结构应力腐蚀断裂的防治
1 应力腐蚀裂纹产生的机理和影响因素 1.1 定义：
应力腐蚀：指敏感金属或合金在一定拉应 力和一定腐蚀介质环境共同作用下所引起 的腐蚀断裂过程。 1.2 两种机理： 1.2.1 电化学应力腐蚀机理 1.2.2 机械破裂应力腐蚀开裂机理
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13Leabharlann 防止和控制焊接结构产生应力腐蚀 的措施
2 防止和控制焊接结构产生应力腐蚀的措施 2.1 设计方面的控制 2.2 制造工艺过程中的控制 ① 焊接材料选择 ② 焊接工艺条件的控制 ③ 控制冷作变形
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金属材料的断裂和断裂韧性课件
4.4.3 裂纹扩展的能量释放率GI和断裂韧性GIc
➢分析原理：能量法
应变能释放率
扩展 临界
裂纹扩展需要吸 收的能量率
稳定
dU GI dA
裂纹临界条件：G准则
G Ic
dS dA
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金属材料的断裂和断裂韧性课件
K与G的关系
G
Gc Ic
1K E
1 2
E
2 c
K
2 Ic
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金属材料的断裂和断裂韧性课件
断裂力学和断裂韧性
➢ 为防止裂纹体的低应力脆断，不得不对其强度——断裂抗
力进行研究，从而形成了断裂力学这样一个新学科。
➢ 断裂力学的研究内容包括裂纹尖端的应力和应变分析；建
立新的断裂判据；断裂力学参量的计算与实验测定，其中 包括材料的力学性能新指标——断裂韧性及其测定，断裂 机制和提高材料断裂韧性的途径等。
随第二相体积分数的增加，钢的韧性都下降，硫化物比碳化物 的影响要明显得多。
➢ 2 基体的形变强化
基体的形变强化指数越大，则塑性变形后的强化越强烈，其结
* Kepn
果是各处均匀的变形。微孔长大后的聚合，将按正常模式进行， 韧性好；相反地，如果基体的形变强化指数小，则变形容易局
部化，较易出现快速剪切裂开。这种聚合模式韧性低。
断裂前无明显的塑性变形，吸收的能量很少，而裂纹的 扩展速度往往很快，几近音速，故脆性断裂前无明显的 征兆可寻，且断裂是突然发生的，因而往往引起严重的 后果 。
➢ 在工程应用中，一般把Ψk <5％定为脆性断裂， Ψk =5％定
为准脆性断裂， Ψ k >5％定为韧性断裂。
➢ 材料处于脆性状态还是韧状态并不是固定不变的，往往因
最新延迟断裂原因分析及预防措施PPT课件
5 为防止延迟断裂质量事故之预防措施
良好的金属流线 金属的纤维组织沿扎制方向流动，这种因碳化物等脆性粒子在冷镦和冷挤 加工时被细化、晶粒沿塑性变形方向变细变长，这种纤维组织在塑性加 工后，由变形产生纤维流线，螺栓冷镦成型时，特别是在头杆连接处， 如果冷镦质量差，头部纤维塑性流线就会以散、 乱、断形态成现，这将 导致延迟锻裂的发生。
由于任何一种钢都要淬火—高温回火（调质）处理作为钢种的前 提来考虑，根据高强度螺栓性能等级，环境条件等，要完全避免 发生延迟断裂是困难的。因此，选择钢种时对其使用条件必须十 分注意。推荐钢种如下：8.8级螺栓选用SWRCH35R、CH35ACR 、 ML20MnTiB、10B21钢；10.9级选用SCM435、ML20MnTiB、10B33 钢；
5 为防止延迟断裂质量事故之预防措施
10．在电镀过程中,尽可能采用碱性镀液或高电流效率的镀液渗氢量较少；并 应选择氢脆性较小的镀锌电解液，一般而言，氯化物型镀锌电解液相对 析氢较少，产生氢脆的可能性也小；而氰化物镀锌电解液析氢、渗氢较 多，产生氢脆的机率也较大。
11．电镀过程中在能确保盐雾试验的条件下，尽可能减少镀层厚度（增加镀
14．新产品开发技术分析时应考虑或建议无氢脆产生之表面处理，如机械镀 锌、达克锈等表面处理工艺，使之在产品设计源头就消除氢脆风险；
15．氢脆化试验行为要规范（依GB3098.17标准或顾客标准）： GB3098.17标准要求试验最少应持续48h，而紧固件应至少每隔24h重新
拧紧一次，并施加到初始的试验拧紧扭矩或载荷。如果至少有一件紧固 件的扭矩损失超过50%，则试验应在相同的紧固件上重新开始。在完成试 验之前，应进行最后一次的拧紧。在末次拧紧之前，紧固件应拧退约1/2 圈，以便辨别出断裂是否发生在螺纹的旋合部分。
材料力学第一章(三) 材料的断裂ppt课件
（1）通过调整材料受应力状态，如将金属材料改拉为扭，以增大切应力与 正应力比值（ q 值）。 （2）添加弥散分布的第二相（合金元素），使晶粒细化，降低钉扎效应。 （3）尽可能远离腐蚀、应力等外环境，避免腐蚀或应力诱导裂纹扩展。 （4）通过晶须或纤维增韧机制，阻碍裂纹扩展
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三、 课外习题
（1）T10：简述韧性断裂和脆性断裂的区别（概念、典型特征） ，为什么脆性断裂最危险？或简述按不同方式划分的各种断裂类型 的典型特征？ （2）试从金属材料屈服时产生解理断裂的的判据公式，简述降低 金属材料的脆性取向。
解理台阶、河流花样，还有舌状花样是解理断裂的基本微观特征。
13
解理台阶
河流花样\舌状花样
舌状花样
解理台阶/河流花样
14
（2）准解理
当裂纹在晶粒内扩展时，难于严格地沿一定晶体学平面扩展。断裂路径不再与晶 粒位向有关，而主要与细小碳化物质点有关。其微观形态特征，似解理河流但又非真 正解理，故称准解理
断裂机理
（1）在一定条件下（如低温），当外加应力达到一 解理断裂 定数值后，以极快速率沿着一定晶体学平面产生 的穿晶断裂。 （2）无明显塑性变形，为典型的脆性断裂 （3）解理面一般是低指数晶面或表面能最低的界面。 （4）微观特征：解理台阶、河流花样、舌状花样 正断型断裂 （1）断裂面垂直于最大切压力 方向 （2）如解理断裂 断裂面的 取 向 或 作 切断型断裂 （1）断裂面平行于最大切应力方向，与最大正应力 用力方式 方向约成45oC
10
2 G s 裂纹解理断裂扩展临界条件（判据）： c ky d
（对位错塞积和位错反应理论均适用）
σc ：裂纹长度相当于长度d的裂纹扩展时的临界应力，或断裂强度 G ：切变模量 γs ：表面能 d : 晶粒直径 ky ：钉扎常数（位错被钉扎越强， ky 越大，越容易出现解理断裂）
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三、 课外习题
（1）T10：简述韧性断裂和脆性断裂的区别（概念、典型特征） ，为什么脆性断裂最危险？或简述按不同方式划分的各种断裂类型 的典型特征？ （2）试从金属材料屈服时产生解理断裂的的判据公式，简述降低 金属材料的脆性取向。
解理台阶、河流花样，还有舌状花样是解理断裂的基本微观特征。
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解理台阶
河流花样\舌状花样
舌状花样
解理台阶/河流花样
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（2）准解理
当裂纹在晶粒内扩展时，难于严格地沿一定晶体学平面扩展。断裂路径不再与晶 粒位向有关，而主要与细小碳化物质点有关。其微观形态特征，似解理河流但又非真 正解理，故称准解理
断裂机理
（1）在一定条件下（如低温），当外加应力达到一 解理断裂 定数值后，以极快速率沿着一定晶体学平面产生 的穿晶断裂。 （2）无明显塑性变形，为典型的脆性断裂 （3）解理面一般是低指数晶面或表面能最低的界面。 （4）微观特征：解理台阶、河流花样、舌状花样 正断型断裂 （1）断裂面垂直于最大切压力 方向 （2）如解理断裂 断裂面的 取 向 或 作 切断型断裂 （1）断裂面平行于最大切应力方向，与最大正应力 用力方式 方向约成45oC
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2 G s 裂纹解理断裂扩展临界条件（判据）： c ky d
（对位错塞积和位错反应理论均适用）
σc ：裂纹长度相当于长度d的裂纹扩展时的临界应力，或断裂强度 G ：切变模量 γs ：表面能 d : 晶粒直径 ky ：钉扎常数（位错被钉扎越强， ky 越大，越容易出现解理断裂）
材料的断裂PPT课件
2）脆性断裂：材料断裂前基本不产生明显宏观塑性变形，无 明显预兆，表现为突然发生的快速断裂，故具有很大危险性。
特点：断裂面一般与正应力垂直，断口平齐而光亮，常呈放 射状或结晶状。
矩形截面板状试样脆性断口可见“人字纹花样”。
人字纹放射方向与裂纹扩展方向平行，其尖顶指向裂纹源。
（二）穿晶断裂与沿晶断裂
铜材在拉伸断口特征－细小等轴韧窝
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韧窝形状：视应力状态不同而异 有三类：等轴韧窝、拉长韧窝和撕裂韧窝。 1）等轴状韧窝： 微孔在垂直于正应力的平面上各方向长大倾向相同。
铜材在拉伸断口特征－细小等轴韧窝
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2）拉长韧窝： 在扭转载荷或双向不等拉伸条件下，因切应力作用而形成。 在匹配断口上韧窝拉长方向相反；（拉伸断口剪切唇部）
应变硬化指数越大，越难于发生内缩颈，故韧窝尺寸变小。 3）外加应力的大小和状态。
通过影响材料塑性变形能力，而间接影响韧窝深度。
必须指出：微孔聚集断裂一定有韧窝存在，但在微观形态上 出现韧窝，其宏观上不一定就是韧性断裂。因宏观为脆性断 裂，但在局部区域内也能有塑性变形，从而显示出韧窝形态。
只有微观断口存在大量韧窝时，宏观上才表现为韧性断裂。
面)垂直于拉伸应力方向。
杯锥状断口形成示意图 a）缩颈导致三向应力 b）微孔形成 C）微孔长大 d）微孔连接形成锯齿状
e）边缘剪切断裂
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纤维区：裂纹扩展速率很慢，当裂纹达到临界尺寸后就快速 扩展面形成放射区。
放射区：裂纹快速、低能撕裂形成的，有放射线花样特征。 放射线平行于裂纹扩展方向，垂直于裂纹前瑞(每一瞬间)的轮
3）解理断裂
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2）解理断裂：
金属材料在一定条件（如低温、高应变速率，或有三向拉应 力状态）下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿 一定晶体学平面（解理面）产生的穿晶断裂。
材料的断裂和韧性PPT课件
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二、断裂强度
强度是材料抵抗外力破坏的能力。对于各种不同的破坏力， 有不同的强度指标：拉伸强度、弯曲强度、冲击强度、压缩 强度。
一般材料的抗压强度远大于抗拉强度，如陶瓷抗压强度约为 抗拉强度的10倍，所以强度的研究大都集中在抗拉强度上， 也就是研究其最薄弱的环节。
Chapter3 Properties of Materials
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2.高分子材料的脆性断裂和韧性断裂
Chapter3 Properties of Materials
脆韧判据：
断裂面形貌 σ-ε曲线 断裂伸长率 或断裂能
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量及熔点也越高。
σ
对于完整晶体材料，在外加
a0
正应力作用下，将晶体中的
两个原子面沿垂直于外力方 m
n
向拉断所需的应力就成为理
论断裂强度。
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以三维晶体为例，一完整晶体在正应力作用下沿某一原子面被 拉断时，推导其断裂强度（称为理论断裂强度）
可作简单估计如下。 （如图所示）
σ a0 m
σ
th
sin
2 x
•为正弦曲线的波长
•σth为最大结合力， 即理论断裂强度
•当x＝/2时，σ 0
n
a0
σth
，原子已基本分开。
x
2
X=0
完 整 晶 体 拉 断 示 意 图 ， mn 为 断 裂面的迹线，a0表示原子面间距.
第三章材料的断裂分析报告.ppt
第三章材料的断裂分析报告.ppt第三章材料的断裂一、断裂概述二、断裂机理三、断裂韧度断裂：固体材料在力的作用下变形超过其塑性极限而呈现完全分开的状态称为断裂．材料受力时，原子相对位置发生了改变，当局部变形量超过一定限度时，原于间结合力遭受破坏，使其出现了裂纹，裂纹经过扩展而使金属断开。
材料的断裂是力对材料作用的最终结果，它意味着材料的彻底失效．因材料断裂与其他失效方式（如磨损、腐蚀等）相比危害性最大，可能出现灾难性的后果．因此，研究材料断裂的宏观与微观特征、断裂机理、断裂的力学条件，以及影响材料断裂的各种因素不仅具有重要的科学意义，而且也有很大的实用价值．金属塑性的好坏表明了它抑制断裂能力的高低。
在塑性加工生产中，尤其对塑性较差的材料，断裂常常是引起人们极为关注的问题。
加工材料的表面和内部的裂纹，以至整体性的破坏皆会使成品率和生产率大大降低。
为此，有必要了解断裂的物理本质及其规律，有效地防止断裂，尽可能地发挥金属材料的潜在塑性。
1、断裂的类型（一）、断裂分类⑴ 按照断裂性态分：断裂分为脆性断裂与韧性断裂；⑵ 按照裂纹扩展途径分：穿晶断裂和沿晶（晶界）断裂；⑶ 按照微观断裂机理分：解理断裂、微孔聚合断裂和剪切断裂；⑷ 按作用力的性质分:正断和切断（二）关于各种断裂⑴ 韧性断裂与脆性断裂最常用，直接表明材料的韧、脆性。
韧性断裂：是材料断裂前及断裂过程中产生明显宏观塑性变形的断裂过程．韧性断裂的特点：Ⅰ?韧性断裂时一般裂纹扩展过程较慢，而且要消耗大量塑性变形能．Ⅱ?韧性断裂的断口用肉眼或放大镜观察时，往往呈暗灰色、纤维状．纤维状是变形过程中微裂纹不断扩展和相互连接造成的，而灰暗色则是纤维断口表面对光反射能力很弱所致。
Ⅲ??不易造成重大事故，易被人察觉一些塑性较好的金属材料及高分子材料在室温下的静拉伸断裂具有典型的韧性断裂特征．脆性断裂：是材料断裂前基本。
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▪ 产生原因
对角十字横裂
方形件锻压延伸变形图示
锻压圆坯时产生的十字横裂
改变工具形状以减小锻压内裂
6.3.2 轧制时的断裂
▪ 轧板时的表面开裂 ▪ 现象
凹形轧辊轧制平板时的裂纹
▪ 为避免上述断裂现象的发生，首先是要有适 宜的良好辊型和坯料尺寸形状。其次是制定 合理的轧制工艺规程(压下量控制、张力调整、 润滑适宜等等)。
▪ 锻造时的断裂 ▪ 轧制时的断裂 ▪ 挤压拉拔时的断裂
6.3.1 锻造时的断裂
▪ 锻造时的表面开裂 ▪ 现象
▪ 产生原因
▪ 自由镦粗塑性较低的金属饼材时，由于锤头端面对 镦粗件表面摩擦力的影响，形成单鼓形，使其侧面 周向承受拉应力。
▪ 当锻造温度过高时，由于晶间结合力大大减弱，常 出现晶间断裂，且裂纹方向与周向拉应力垂直(图a)。 当锻造温度较低时，晶间强度常高于晶内强度，便 出现穿晶断裂。由于剪应力引起的其裂纹方向常与 最大主应力成45°角(图b)。
性变形就已经发生断裂，则表现为脆性断裂。
sf 和 ss与温度的关系
▪ 变形速度
▪ 变形速度的影响与变形温度类同，由于变形速度的
提高，塑性变形来不及进行而使ss增高，但变形速 度对断裂抗力sf影响不大。所以在一定的条件下， 就可以得到一个临介变形速度ec，高于此值便产生
脆性断裂。变形速度的提高相当于变形温度降低的 效果。
▪ 对一定材料来说，脆性转变温度越高，表征该材料 脆性趋势愈大。
▪ 如果变形温度不变，改变其他参数，如晶粒度，变形速度， 应力状态等，同样也会出现塑性－脆性转变现象。
▪ 对这种现象的解释，可以认为断裂应力sf对温度不够敏感， 热激活对脆性裂纹的传播不起多大作用，但屈服强度ss却随 温度变化很大，温度越低，ss越高。将ss与sf对温度作图， 则两条曲线的交点所对应的温度就是Tc。当T ＞ Tc时， sf ＞ ss ，此时材料要经过一段塑性变形后才能断裂，故表现 为韧性断裂；在T ＜ Tc 时， sf ＜ ss ，此时材料未来得及塑
断裂影响因素及现 象分析
第六章 金属的断裂
主要内容
Main Content
▪ 断裂的基本类型及物理本质 ▪ 影响断裂类型的因素 ▪ 塑性加工中的断裂现象分析
6.2 影响断裂类型的因素
▪ 塑性与脆性并非金属固定不变的特性，象金属钨， 虽在室温下呈现脆性，但在较高的温度下却具有塑 性。在拉伸时为脆性的金属，在高静水压下却呈现 塑性。在室温下拉伸为塑性的金属，在出现缺口、 低温、高变形速度时却可能变得很脆。所以，金属 是韧性断裂还是脆性断裂，取决于各种内在因素和 外在条件。因此，对塑性加工来说，很有必要了解 塑性－脆性转变条件，尽可能防止脆性，向有利于 塑性提高方面转化。
▪ 图中表明调质钢与 正火钢和热轧钢相 比，脆性转变温度 明显降低。
6.3 塑性加工中的断裂现象分析
▪ 塑性加工中的断裂除因铸锭质量差（如铸造时产生 的疏松、裂纹、偏析和粗大晶粒等）和加热质量不 良所造成过热、过烧的原因外，绝大多数的断裂是 属于不均匀变形所造成的。
▪ 在生产中因工艺条件和操作上的不合理，会发生各 种断裂。因此，应结合具体金属的塑性加工工艺过 程和断裂现象，分析其断裂原因，进而找出防止断 裂的措施。
▪ 应力状态
▪ 应力状态对塑性－脆性转变的影响，可采用不同深 度缺口的拉伸试样来进行。缺口越深越尖锐三向拉 应力状态越强。试验表明，拉应力状态越强，材料 的脆性转变温度越高，脆性趋势越大。
▪ 切口的试样比无缺口试样 的脆性转变温度有明显提 高。冲击弯曲由于变形速
度 极 快 引 起 ss 提 高 ， 所 以
影响塑性－脆性转变的主要因素
▪ 变形温度 ▪ 变形速度 ▪ 应力状态 ▪ 组织结构 ▪ ……
▪ 变形温度
▪ 大多数金属材料(除面心立方以外)的变形中有一个 重要的现象：随着变形温度的改变都有一个从韧性 断裂到脆性断裂的转变温度，称此温度为脆性转变 温度，常以Tc来表示。在此温度以上是韧性断裂， 在此温度以下是脆性断裂。
▪ 防止或减轻措施
(1)减少工件与工具间的接触摩擦，提高接触表面的 光洁度，采用适当高效能的润滑剂；
(2)采用凹形模：锻造时，由于模壁对工件的横向压 缩，使周向拉应力减少。
(3)采用软垫
(4)采用活动套环和包套
加软垫的镦粗情况
用活动套环(a)和 包套(b)镦粗
包套镦粗
▪ 锻造时的内部裂纹 ▪ 现象
▪ 轧制时内部裂纹 ▪ 现象
ห้องสมุดไป่ตู้ 厚件轧制变形及纵向附加应力的分布情况
6.3.3 挤压拉拔时的断裂
▪ 表面裂纹 ▪ 现象
拉拔时金属表面的裂纹
▪ 无论挤压与拉拔，减少摩擦阻力，会使金属流动不 均匀性减轻，从而可以防止裂纹的产生。
▪ 防止裂纹的有效方法是加强润滑，例如铝合金热挤 压采用油－石墨润滑剂，钢热挤时采用玻璃作润滑 剂。因为影响摩擦力的因素除了摩擦系数以外，还 有垂直压力和接触面积的影响；对挤压和拉拔来说 还可以采用反向挤压、反张力拉拔，辊式模拉伸等 方法来减少有害摩擦，防止断裂现象的发生。
▪ 添 加 Mn 或 Ni 可 以 有 效 地降低转变温度。因为 两者都能使晶粒细化， 此 外 Mn 还 能 抑 制 碳 化 物沿晶界析出；Ni能促 使位错产生交滑移避免 应力集中，这些都有助 于转变温度的降低。
低碳钢的断裂应力和屈服应力与晶 粒大小的关系
▪ 钢材经淬火后高温 调质处理得到索氏 体组织，这对降低 脆性转变温度是极 为有效的。
与静弯曲（B）相比脆性 转变温度也明显提高。
▪ 由此可见，金属材料变形时的拉应力状态越强， 变形速度越高，材料的脆化倾向越大。
▪ 金属材料的化学成份和组织状态
▪ 不同含碳量对钢的冲击韧性的影响。随着含碳量的 增加，冲击韧性明显降低，而且脆性转变温度上升， 所以为避免低温脆性多选用含碳量低于0.2％以下 的钢。