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机械零件的韧性断裂和脆性断裂

Date:2019/9/23 8:54:07 / Read: / Source:本(ben)站

机械零件的韧性断裂和脆性断裂

机械零件在静载荷和冲击载荷下通常具有两种断裂形式: 韧性断裂和脆性断裂。

1.韧性断裂
韧性断裂的特征为断裂前发生明显的宏观塑性变形,也即产生足够大的永久变形量后オ产生断裂。例如,低碳钢在室温下拉伸后出现的断裂就是这种状态,其断口为杯形,呈暗灰色纤维状。
研究表明,无论是韧性断裂还是脆性断裂,其断裂过程均包含裂纹的形成及扩展两个阶段。韧性断裂时,裂纹形成后要经历很长的裂纹扩展阶段,裂纹扩展与塑性变形同时进行,变形一且停止,裂纹也停止扩展,只有再增加载荷,使变形继续进行时,裂纹才得以相应地继续扩展。载荷不断增加,塑性变形不断进行,裂纹不断扩展,直至达到临界裂纹长度,最后经历快速失稳扩展阶段而瞬时断裂。因此,由于韧性断裂前具有明显的塑性变形,这就可预先警示人们予以注意,一般就不会造成严重事故。

2.脆性断裂
脆性断裂的特征为断裂前不发生塑性变形。例如,脆性的灰铸铁,在室温拉伸时的断裂就是这种状态,断裂后其断口齐平,由无数发亮的小平面组成。
脆性断裂时,当裂纹形成后,就很快达到临界长度,几乎不经历裂纹扩展阶段就进入裂纹失稳扩展阶段。由于裂纹扩展速度极快,因此,脆性断裂前没有明显的征兆,造成的危害是极大的。历史上,由于脆性断裂出现的事故是很多的,且都造成极大的危害,例如油轮的沉没、发电机转子的断裂、汽轮机叶轮和主轴的飞裂、锅炉和压力容器的爆炸以及大铁桥的断裂等。
必须指出的是,不论是何种断裂形式,裂纹的形成,往往都与材料的缺陷(微裂纹、杂质、空孔等)有关,而这些则取决于材料的品质及加工工艺(铸造、压力加工、焊接等)质量。
尽管脆性断裂有很大的危害性,但材料的脆断与韧断在一定条件下是可以相互转化的。例如,低碳钢作为韧性材料,在低温下拉伸时会表现为脆性断裂,而脆性的灰铸铁在进行布氏硬度检验时,则会压出一个大的压痕,而表现出良好的塑性。

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