金属材料的断裂韧度.ppt

10材科（2）班011030250050姬天亮02高压壳体的热处理工艺选择高压容器承载能力的计算1高压壳体的热处理工艺选择2高强钢容器水爆断裂失效分析3断裂K判据应用案例高压壳体的热处理工艺选择有一火箭壳体承受很高的工作压力，其周向工作拉应力σ=1400MPa。采用超高强度钢制造，焊接后往往发现有纵向表面半椭圆裂纹(a=lmm,a/c=0.6)。现有两种材料，其性能如下:=1700MPa,；=2100MPa,。问从断裂力学角度考虑，应选用哪种材料为妥?根据此式，求得断裂应力的计算式为因a/c=0.6，查表得父爱=1.28。将有关数值代入上式后，得:现分别求得两种材料的断裂应力和。对于材料A:由于=1400/1700=0.82，所以必须考虑塑性区修正问题。因将其代入（4-16），可得的修正值:对于材料B:由于=1400/2100=0.67，不必考虑塑性区的修正，则有:说明会产生脆性断裂，因而不安全。下面比较KI与来选择材料KICKI＜KIC04必需考虑塑性区的修正03说明使用材料A不会发生脆性断裂，可以选用。02当a/c=0.6时，查表可得Φ2=1.62，将有关数据代入上式，得：01对于材料A：同样查表可得Φ2=1.62，将有关数据代入上式，得：01由此可见，KI＞KIC，说明使用材料B会发生脆性断裂，不可选用。02不必考虑塑性区的修正03对于材料B：解题思路简介壹贰确定裂纹处的应力状态叁根据K判据估算裂纹处的脆断应力肆是否要对塑性区修正伍仿前例做出判断高强钢容器水爆断裂失效分析例3：有一化工合成塔，直径为D=3200mm，工作压力p=6MPa，选用材料为σ0.2=1200MPa，KIC=58MPa·m1/2，厚度t=16mm。制作过程中，经探伤发现在纵焊缝中，存在一纵向椭圆裂纹，2a=4mm，2c=6mm。试校核该合成塔能否安全运行。KI＜KIC，说明不会发生脆性断裂，该合成塔可以安全使用。大型转轴断裂分析

10材科2阮冬祥1030250038失效分析例4：某冶金厂大型纯氧顶吹转炉的转动机械主轴，在工作时经61次摇炉炼钢后发生低应力脆断。其断口示意图如图4-14所示，该轴材料为40Cr钢，经调质处理后常规力学性能指标完全合格，σ0.2=600MPa，σb=860MPa，AKU=38J，δ=8%。现用断裂力学分析其失效原因。断口分析：该轴为疲劳断裂，裂纹源在圆角处，形成深度达185mm的疲劳扩展区，相当于一个αc＝185mm的表面环状裂纹。金相分析：疲劳裂纹源处的硫化物夹杂级别较高，该处是薄弱区。受力分析：σ=σ外+σ内=25MPa+120MPa=145MPa表面环状裂纹为浅长表面半椭圆裂纹，αc＝185mm；KIC=120MPa·m1/201这就是按断裂力学算得的转轴低应力脆断的临界裂纹尺寸。和实际断口分析的185mm相比，比较吻合，说明分析正确。02Y≈1.95由此可见，对于中、低强度钢，尽管其临界裂纹尺寸很大，但对于大型机件来说，这样大的裂纹（如疲劳裂纹）仍然可以容纳得下，因而会产生低应力脆断，而且断裂应力很低，远低于材料的屈服强度。103025003310材科2班邓雄文评定钢铁材料的韧脆性Y=2断裂应力σc表面半椭圆裂纹断裂韧度KIC临界裂纹尺寸ac评定钢铁材料的韧脆性这类刚强度很高，σ0.2≥1400MPa01主要用于宇航事业，典型材料有D6AC超高强度合金结构钢、18Ni、40CrNiMo等02超高强度钢，材料的断裂韧度往往较低。03如18Ni马氏体时效钢，当σ0.2=1700MPa时04KIC=78MPa·m1/2051.超高强度钢的脆断倾向选材原则：KIC较高而σ0.2较低材料若壳体的工作应力σ=1250MPa这类钢的高压壳体中只要有1mm深的表面裂纹，就会引起壳体爆破。这样小的裂纹在壳体焊接时很容易产生，极易漏检，所以脆断几率很大。0203012.中、低强度钢的脆断倾向这类钢强度不高（σ0.2≤700MPa）在低温下发生韧脆转变。一般bcc类型的中、低碳结构钢，在正火或调质状态下多属这类强度等级。具有明显的韧脆转变现象在韧性区，KIC=150MPa·m1/2,