金属材料什么时候会产生脆性断裂

原创 胡伟明  2020-10-09 20:56:00  阅读 42 次 评论 0 条
摘要:

(1)温度条件  随着温度降低,材料的屈服极限提高,而韧性降低,当温度低于脆性转变温度时,材料就由韧性状态转变为脆性状态,此时,若材料内存在某种缺陷(如裂纹),就会在低应力下发生脆性破坏。(2)缺陷  受压元件中的缺陷是产生脆断的一个重要条件,尤以裂纹较为严重。由于裂纹尖端十分尖锐,在应力作用下,产生严重的缺口效应,形成很高的应力集中,使裂纹加速扩展,在低应力下即会发生脆断。(3)厚度随着钢板厚度的增加,在加载时在厚度方向的收缩变形所受到的约束作用越大,使

(1)温度条件  

随着温度降低,材料的屈服极限提高,而韧性降低,当温度低于脆性转变温度时,材料就由韧性状态转变为脆性状态,此时,若材料内存在某种缺陷(如裂纹),就会在低应力下发生脆性破坏。

(2)缺陷  

受压元件中的缺陷是产生脆断的一个重要条件,尤以裂纹较为严重。由于裂纹尖端十分尖锐,在应力作用下,产生严重的缺口效应,形成很高的应力集中,使裂纹加速扩展,在低应力下即会发生脆断。

(3)厚度

随着钢板厚度的增加,在加载时在厚度方向的收缩变形所受到的约束作用越大,使约束应力增加,因而钢板愈厚愈易在整个温度范围内形成平面应变状态。其次是冶金效应,一般厚钢板的冶金质量比薄板差,厚板在轧制时的变形量小,晶粒较粗大,钢板内部产生偏析的可能性也多。此外,由于厚板在热处理时内层的冷却速度比外层慢,从而导致金相组织的不均匀性。因此,钢板愈厚其冲击韧性值越低,而韧-脆性转变温度愈高,即低温脆性倾向越显著。

(4)加载速度(或应变速度)

随着加载速度的增加,材料的脆性转变温度升高,韧性性能下降。这是因为加载速度达到一定水平时,使得材料没有充分的时间产生正常的滑移变形过程,此时材料仍处于弹性状态,而局部应力水平升高到超过材料的屈服限时,该处即会发生脆性开裂。当材料中存在有缺口或裂纹等缺陷时,加载速度会显出加倍的影响。

加载速度在一定范围内时,对一些高强钢或超高强钢的脆性影响很小,即随着钢材强度水平的增高,加载速度引起的脆性敏感性降低,但对中、低强度的钢材,加载速度对脆性影响则很明显。

(5)微观组织

微观组织对钢的低温脆性的影响,主要有二点:晶粒尺寸和第二相颗粒。

随着晶粒尺寸的增加,钢的断裂应力显著降低,而屈服应力降低的幅度较小,当晶粒尺寸大于临界晶粒尺寸dc即出现脆性断裂,小于dc时,呈现韧性断裂。因此,细化晶粒可提高钢的脆断应力,即提高钢的韧性性能。此外,随着晶粒尺寸的增加,钢的脆性转变温度升高。

第二相颗粒对钢的脆性的影响与其尺寸的大小、形状、分布和性质等因素有关。例如,大的碳化物颗粒容易使脆断裂纹聚成核,而小的则不易,并且分布在基体上的细小的第二相质点能起到促进裂纹扩展的作用。此外,第二相的质点形状如为球状,则韧性较好;如为片状,则韧性较差。

(6)残余应力

压力容器焊接是产生残余应力的重要原因,因此在加载之前,存在于焊接区域中的裂纹或其它缺陷的端部,即已存在着较高的残余拉伸应力,它可能成为脆性断裂的起源。当加载之后,外载荷所产生的拉伸应力与残余拉伸应力相叠加,在缺陷端都形成高于屈服极限的应力集中,而引起脆性断裂。而对于高强度低韧性钢,甚至在没有进行外加应力之前,即仅由于残余应力的作用就会发生脆性破坏。


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