機械零件的韌性斷裂和脆性斷裂

Date:2019/9/23 8:54:07 / Read: / Source:本站

機械零件的韌性斷裂和脆性斷裂

機械零件在靜載荷和沖擊載荷下通常具有兩種斷裂形式: 韌性斷裂和脆性斷裂。

1.韌性斷裂
韌性斷裂的特征為斷裂前發生明顯的宏觀塑性變形,也即產生足夠大的永久變形量后オ產生斷裂。例如,低碳鋼在室溫下拉伸后出現的斷裂就是這種狀態,其斷口為杯形,呈暗灰色纖維狀。
研究表明,無論是韌性斷裂還是脆性斷裂,其斷裂過程均包含裂紋的形成及擴展兩個階段。韌性斷裂時,裂紋形成后要經歷很長的裂紋擴展階段,裂紋擴展與塑性變形同時進行,變形一且停止,裂紋也停止擴展,只有再增加載荷,使變形繼續進行時,裂紋才得以相應地繼續擴展。載荷不斷增加,塑性變形不斷進行,裂紋不斷擴展,直至達到臨界裂紋長度,最后經歷快速失穩擴展階段而瞬時斷裂。因此,由于韌性斷裂前具有明顯的塑性變形,這就可預先警示人們予以注意,一般就不會造成嚴重事故。

2.脆性斷裂
脆性斷裂的特征為斷裂前不發生塑性變形。例如,脆性的灰鑄鐵,在室溫拉伸時的斷裂就是這種狀態,斷裂后其斷口齊平,由無數發亮的小平面組成。
脆性斷裂時,當裂紋形成后,就很快達到臨界長度,幾乎不經歷裂紋擴展階段就進入裂紋失穩擴展階段。由于裂紋擴展速度極快,因此,脆性斷裂前沒有明顯的征兆,造成的危害是極大的。歷史上,由于脆性斷裂出現的事故是很多的,且都造成極大的危害,例如油輪的沉沒、發電機轉子的斷裂、汽輪機葉輪和主軸的飛裂、鍋爐和壓力容器的爆炸以及大鐵橋的斷裂等。
必須指出的是,不論是何種斷裂形式,裂紋的形成,往往都與材料的缺陷(微裂紋、雜質、空孔等)有關,而這些則取決于材料的品質及加工工藝(鑄造、壓力加工、焊接等)質量。
盡管脆性斷裂有很大的危害性,但材料的脆斷與韌斷在一定條件下是可以相互轉化的。例如,低碳鋼作為韌性材料,在低溫下拉伸時會表現為脆性斷裂,而脆性的灰鑄鐵在進行布氏硬度檢驗時,則會壓出一個大的壓痕,而表現出良好的塑性。

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