第四章 断裂.ppt

* 二、断口微观特征 解理面形成的每个小晶面都是穿晶断裂形成的，在同一个晶粒内裂纹沿同一晶面发展； 同一晶粒内部，界面不是一个平坦表面，而是一系列晶面族，即位于不同高度的平行的晶面构成 每个解理面上都能见到河流花样，发源于晶界，中止于晶界 解理面附近的金属中能见到显著的塑性变形痕迹，塑性变形量可达10％～15％。 * 三、解理裂纹形成过程 裂纹形成基于以下事实：解理面附近的金属中能见到显著的塑性变形痕迹，塑性变形量可达10％～15％；解理面都是密排面或较密排面（这意味着这些面间距较大，晶面间结合力 较小，形成裂纹需要的能量较低）。 上述事实可能说明解理裂纹的形成是由于塑性变形引起的。 即：材料断裂前总会产生一定的塑性变形，而塑性变形与位错运动有关。 位错反应理论 位错反应，形成新的位错，能量降低，∴有利于裂纹形核。 * 解理裂纹形成的能量关系 解理裂纹一旦形成，位错塞积群b1和b2将会消失，同时产生两个新的表面， 位错塞积群b1＋位错塞积群b2——两个新表面， 反应是：nb1+ nb2——nb（形成的nb,能量是σnb） 这部分弹性能转变成两个新表面的能量2γ ： σ nb＝ 2γ * * 对 讨论： 1）密排面的表面能最小，最容易产生解理裂纹；bcc金属产生解理裂纹还需要满足位错反应的几何条件，仅能在（001)次密排面产生G（单晶）。 2）d大，晶粒粗大，容易产生解理裂纹。因此细小晶粒能够强化金属，还能够韧化金属。 3）解理裂纹的形成离不开位错滑移。 * 四、解理裂纹扩展过程 解理裂纹形成后， 在晶粒A内部扩展只需要克服表面张力，而表面张力数值较小，因此可以迅速扩展，达到晶界； 晶粒B的晶体取向与A不同，因此解理裂纹遇到晶界后停止扩展，外加应力进一步增大，克服晶界阻力，裂纹才能穿越晶界。 穿越晶界过程满足以下条件：B晶粒内仍沿着解理面 （001）扩展；转折的角度尽量小 * 在晶界处，B晶粒内部的多个位置产生裂纹，裂纹都在 （001）面内形成，分别沿着（001）面扩展 * 穿越晶界后，上述不同高度的（001）面上有许多裂纹，当这些面上的裂纹相遇时，中间夹着一层金属 这层金属受到很大的应力作用，可以通过二次解理或者切离方式断裂，从而造成裂纹汇合，从支流变成干流，形成河流花样 * 五、解理断裂的微观断口特征电镜观察 （1）河流花样 解理台阶，汇合台阶高度足够大形成河流状花样。 裂纹跨越若干相互平行的而且位于不同高度的解理面。 解理台阶是沿两个高度不同 的平行解理面上扩展的解理裂纹 相交时形成的。 其方式为：切离断裂或 二次解理 晶界 * 晶界对解理断口的影响（a）小角度倾斜晶界裂纹能越过晶界，“河流”可延续到相邻晶 粒内。 （b）扭转晶界（位向差大） 裂纹不能直接穿过晶界，必须重新形核。 裂纹将沿若干组新的相互平等的解理面扩展，形成新的“河流”。 * （2）舌状花样 解理裂纹沿孪晶界扩展 留下的舌状凹坑或凸台。 （3）准解理 由于晶体内存在弥散硬 质点，解理裂纹起源于晶 内硬质处点，形成从晶内 某点发源的放射状河流花 样。准解理不是独立的断裂 机制。是解理断裂的变种。 * 解理断裂强度 A）一个完整的解理断裂过程包含以下步骤： 位错运动形成位错塞积（σs）——解理裂纹形成——解理裂纹穿越晶界（ σ ） B）解理断裂过程能否进行取决于上述三个阻力中的最大阻力 C）解理裂纹形成需要的应力解理裂纹穿越晶界的应力 图4-13 低碳钢的晶粒度对断裂强度和屈服强度的影响 4.3 准解理断裂 这种断口形貌常见于马氏体回火钢中，或组织为贝氏体的钢中。与解理断裂有相同的解理面，也有河流花样。 区别： 1)主裂纹的走向不太清晰，河流花样源已 不十分明显（主裂纹前方常产生许多二次 裂纹，这些二次裂纹彼此连接或与主裂纹相连） 2)在晶粒内部有许多短而弯曲的撕裂棱。 3)裂纹多萌生于晶粒内部，裂纹的扩展从 解理台阶逐渐过渡向撕裂棱。 准解理裂纹常起源于晶内硬质点，向四周放射状地扩展（解理裂纹则自晶界一侧向另一侧延伸）； 准解理断口上局部区域出现韧窝，是解理与微孔聚合的混合型断裂。 准解理断裂的主要机制仍是解理，其宏观表现是脆性。 沿晶断裂是裂纹沿晶界 扩展的一种脆性断裂。 4.4 沿晶断裂 沿晶断裂的断口形貌 原因：由于某种原因降低了晶界结合强度 ①晶界存在连续分布的脆性第二相； ②微量有害杂质元素在晶界上偏聚； ③由于环境介质的作用损害了晶界，如氢脆、应力腐蚀、应力和高温的复合作用在晶界造成损伤。 钢的高温回火脆性：微量有害元素P,Sb,As,Sn等偏聚于晶界，降低了晶界原子间的结合力，从而大大降低了裂纹沿晶界扩展的抗力，导致沿晶断裂。 图