金属脆性断裂失效原因分析之一——应力分布及温度
发布:hj9411 | 发布时间: 2008年5月4日1、应力分布
最大拉应力与最大切应力对形变和断裂起不同作用。最大切应力促进塑性变形,是位错移动的推动力,而最大拉应力则只促进脆性裂纹的扩展。当零件存在缺陷(如尖锐缺口、刀痕、预存裂纹、疲劳裂纹等)或零件的截面突然变化,这些部位往往引起应力集中而使应力分布不均匀,即造成三向拉应力状态,极易导致脆性断裂。因此,应力集中的作用以及除载荷作用方向以外的拉应力分量是造成金属零件在静态低负荷下产生脆性断裂的重要原因。材料的应力状态越严重,则发生解理断裂的倾向性越大。
2、温度
温度降低会引起材质本身的性能变化,如钢的屈服应力随温度降低而增加,韧性下降,解理应力也随着下降。对某些体心立方金属及合金,由于位错中心区螺位错非共面扩展为三叶位错或两叶位错,特别在低温下,这种结构的螺位错难以交滑移,使得派-纳力(在理想晶体中克服点阵阻力移动单位位错所需的临界切应力)随温度的降低迅速升高,这是这类材料的屈服强度或流变应力随温度降低而急剧升高即对温度产生强烈依赖关系,并因此导致材料脆化的主要原因。
金属零件发生低温脆断的基本条件:一是所用材料属于冷脆金属;二是环境温度较低,即零件处在脆性转变温度Tc以下的环境中工作;三是零件的几何尺寸较大,即处在平面应变状态。
此外,当零件上存在显微裂纹、缺口或大块非金属夹杂物等缺陷时,会使Tc提高,从而促使零件在较高温度下发生脆化。
普通铸铁件,硬度不高,其基体为塑性很好的铁素体或珠光体,但由于晶粒粗大,片状石墨造成的应力集中,加之含有大量缺陷使丁,显著升高,所以,室温条件下即可发生宏观脆性的解理断裂。
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