金属构件失效分析考试整理

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By 06号座2011.11传统强度理论：a.最大拉应力b.最大拉应变理论c.最大切应力（第三强度理论）d.形状改变比能理论

判别主裂纹扩展的方法：T形法、分枝法、变形法与氧化法。断裂扩展途径：张开型、滑开型、撕开型。蠕变极限：是高温长期载荷下材料抵抗塑性变形的抗力指标，用给定温度下材料产生规定蠕变速率的应力值或材料产生一定蠕变变形量的应力值来表示。

持久强度：材料在高温长期受载下，不发生蠕变断裂的最大应力值。

弹性松弛：通常是指工程弹簧在实际服役过程中发生形状尺寸改变和承载刚度下降的现象。

应力松弛变形：金属的松弛是在总变形不变的条件下，构件弹性变形不断转为塑性变形从而使应力不断降低的过程。

松弛稳定性：材料抵抗应力松弛的性能称为松弛稳定性，用残余应力σ残来衡量。

弹性变形的失效特点：a可逆性b单值性c过量的弹性变形失效

塑性变形的失效特点：a不可逆性b变形量不恒定c慢速变形d伴随材料的性能的变化

断裂失效分类：

①按断裂前变形程度分类：a.韧性断裂b.脆性断裂

②按断裂的应力类型及断面的宏观取向与应力相对位置分类：a.正断 b.切断

③按断裂过程中裂纹扩展的途径分类：a.沿晶断裂b.穿晶断裂c.混晶断裂

④按负荷的性质及应力的产生的原因分类：a.疲劳断裂b.环境断裂

⑤按微观断裂机制分类：a.解理断裂 b.韧窝断裂 c.疲劳断裂 d.蠕变断裂e.结合力弱化断裂

韧性断裂：断裂前产生明显的塑性变形，断裂过程中吸收较多的能量，一般是在高于材料屈服应力条件下的高能断裂。

脆性断裂：断裂前变形量很小，没有明显的可以觉察的宏观变形量。断裂中材料吸收的能量很小，一般低于允许应力条件下的低能断裂。

疲劳断裂：材料在交变负荷下发生的断裂。

应力腐蚀断裂：金属材料在静拉伸应力（包括外加载荷、热应力、冷加工、热加工、焊接等）和特定的腐蚀介质协同作用下，所出现的低于其强度极限的脆性开裂。

氢脆断裂：氢在材料中扩散、聚集，在应力作用下引起的脆性破坏，称为氢脆断裂。

韧窝的分类：等轴韧窝、剪切韧窝、撕裂韧窝。

局部腐蚀的几种形式：点腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳。

冷裂纹：在相当低的温度（Ms附近)，由于约束应力、淬硬组织和氢的作用下，在焊接接头产生的裂纹属冷裂纹。

热裂纹：高温下产生，而且都是沿奥氏体晶界开裂。

再热裂纹：对于某些钢种在进行消除应力热处理的过程中，在焊接热影响区的粗晶部位产生裂纹。这种裂纹是在重新加热过程中产生的，故称为“再热裂纹”。

残余应力：在外加载荷作用下，存在于构件内部或在较大尺寸的宏观范围内均匀分布并保持平衡的一种内应力。

缩孔：金属在冷凝过程中由于体积的收缩而在铸锭或铸件心部形成管状或分散的孔洞。

疏松：分为晶间疏松和枝间疏松,实际上都是一种显微孔洞。

偏析：由于某些因素的影响而形成的化学成分不均匀现象称为偏析。

钢铁材料高温氧化腐蚀是怎么回事？

在570℃以下，仅生成Fe3O4和Fe2O3,它们的结构致密，保护作用较好，因此氧化速度比较低；温度超过570℃，在氧化膜的内层生成FeO。而FeO的结构疏松，晶格缺陷密度高，金属离子和氧离子容易扩散穿过，氧化速度急剧增大。当温度高于800 ℃时，表面上开始形成多孔、疏松的氧化皮。

具有保护性的金属氧化膜的条件：氧化时所生成的金属氧化膜的体积（VMO）比生成这些氧化膜所消耗的金属体积（VM），即PB比要大；金属氧化物本身稳定、难熔、不挥发、不易与介质发生作用而被破坏；

氧化膜与机体结合良好，有相近的热膨胀系数，不会自行或受外界作用而脱落；氧化膜有足够的强度和塑性，经受得起应力、应变作用。

夹杂物对钢的性能的影响是什么？怎么样？

大量试验事实表明：夹杂物对钢的强度影响较小，对钢的韧性危害较大，其危害程度随钢的强度的增高而增加。

a.夹杂物变形性对钢性能的影响

b.夹杂物引起应力集中

c.夹杂物与钢的韧性

✓夹杂物造成应力集中；夹杂物本身断裂或夹杂物与基体交界面产生而成为裂源。

✓夹杂物与裂纹扩展，包含三个方面：

Ⅰ超高强度钢和碳钢中MnS的含量对强度影响不明显，但可使韧性降低。

Ⅱ硫化物对韧性的影响大于氮化物。

Ⅲ串状或球状硫化物对φ和Akv不利。

脆断中形成河流状花样，如何形成？如何通过河流状花样确定裂纹源、扩展方向？

脆性解理断裂的电子显微断口形态的一个特征是呈现河流花样。

由于实际晶体内部存在着许多缺陷，所以在一个晶粒内解理的并不是只沿着一个晶面，而是沿着一族相互平行的，位于不同高度的晶面解理。这样不同高度的解理面之间的裂纹相互贯通便形成河流花样。流向是扩展方向，上游是裂纹源。

脆断中舌状花样如何形成？

当材料的脆性大，温度低，临界变形困难，晶体变形以形变孪晶方式进行。

Bcc：当主解理面{100}扩展的裂纹A扩展到B，在B处与孪晶面{112}相遇时，裂纹在孪晶{112}发生次级解理而改变力向，使裂纹从主解理面局部地转移到形变孪晶的晶面上（C），然后沿CD断开，与此同时，主裂纹也从孪晶两侧越过孪晶面而沿DE继续扩展，于是形成解理舌状花样。

控制氢腐蚀的因素：

A。温度与压力：提高温度和氢的分压都会加速氢腐蚀。温度高，氢分子离解为氢原子浓度高，渗入钢中的扩散速度快，容易产生氢腐蚀。

B。钢的成分：氢腐蚀主要为氢与钢中的碳作用，因此钢中的含碳量越高，越容易产生氢腐蚀。

C。热处理与组织：碳化物球化的热处理可以延长氢腐蚀的孕育期。

杯—锥状断口的形成及三个区域形成过程：

条件：直径较大、没有缺陷及缺口的光滑圆棒慢应变拉伸试验。

过程：屈服极限→缩颈→缩颈中心较大三向应力→导致空洞成核、聚集扩大和接连成裂纹→失稳扩展→断裂

疲劳断裂三个阶段及各自特点：

a）疲劳裂纹的萌生主要方式有：表面滑移带形成，第二相、夹杂物或其界面开裂，晶界或亚晶界开裂及各类冶金缺陷、工艺缺陷等。

b）疲劳裂纹的扩展此过程是一个包括滑移、塑性形变与不稳定断裂交替作用的复杂过程，通常具有切向扩展和正向扩展两个阶段。

c）瞬时断裂当疲劳裂纹在正向扩展阶段到一定深度后，剩余截面面积减小，应力逐渐增加，裂纹加速扩展，剩余截面面积小到不足以承受负荷是发生的突然断裂。

随着板厚增加，韧断三个区域的变化规律？

随着板厚的减薄，剪切唇所占断口的面积增大，放射区缩小。平面应力条件下，呈纯剪切断口。

什么是无损检测？常见方法？

利用声、光、热、电、磁和射线等与被检物质的相互作用，在不破坏被检验物的前提下，掌握和了解其内部及近表面缺陷状况的现代检测技术。

射线检测、超声检测（内部）；磁粉检测、涡流检测（表面和近表面）；渗透检测（表面开口处）；声发射检测（动态无损检测）