《金屬力學(xué)性能測(cè)試》課件-靜載荷下斷口的宏觀形貌特征

靜載荷下斷口的宏觀形貌特征《金屬力學(xué)性能測(cè)試》靜載荷下斷口的宏觀形貌特征光滑圓柱試樣的拉伸斷口斷口特征三要素纖維區(qū)放射區(qū)/輻射區(qū)剪切唇區(qū)纖維區(qū)往往位于斷口的中央，呈粗糙的纖維狀圓環(huán)形花樣。光滑圓柱試樣的拉伸斷口（一）纖維區(qū)裂紋起源于纖維區(qū)，并在此區(qū)中緩慢地?cái)U(kuò)展，當(dāng)達(dá)到一定尺寸后，裂紋開始快速擴(kuò)展（或稱失穩(wěn)擴(kuò)展）而形成放射區(qū)，最后由于有效截面減小，至試樣表面附近時(shí)，裂紋前端應(yīng)力狀態(tài)由三向應(yīng)力逐漸變?yōu)槠矫鎽?yīng)力狀態(tài)，所以在試樣表面形成了屬于韌性斷裂的剪切唇。整個(gè)斷口呈杯錐狀，故常稱為杯錐狀斷口。光滑圓柱試樣的拉伸斷口（一）纖維區(qū)纖維區(qū)所在平面（即裂紋擴(kuò)展的宏觀平面）垂直于拉伸應(yīng)力方向，仔細(xì)觀察斷口上的纖維區(qū)，常可看到顯微空洞和鋸齒狀形貌，其底部的晶粒被拉長(zhǎng)像纖維一樣。光滑圓柱試樣的拉伸斷口（二）放射區(qū)有放射花樣特征放射線平行于裂紋擴(kuò)展的方向，而且垂直于裂紋前端（每一瞬間）輪廓線，并逆指向裂紋起始點(diǎn)。放射花樣也是由材料的剪切變形所造成的。這時(shí)材料的宏觀塑性變形量很小，表現(xiàn)為脆性斷裂。但在微觀局部區(qū)域，仍有很大的塑性變形。所以放射花樣是剪切型低能量撕裂的一種標(biāo)志。沿晶斷裂或解理斷裂一般也包括在快速破壞的放射區(qū)內(nèi)。材料越脆，放射線越細(xì)。光滑圓柱試樣的拉伸斷口（三）剪切唇區(qū)剪切唇區(qū)在斷裂過程的最后階段形成，其表面平滑，與拉應(yīng)力方向約呈45°角，通常稱為“拉邊”。在剪切唇區(qū)域內(nèi)屬于韌性斷裂區(qū)。當(dāng)試樣形狀、尺寸和材料性能不同，以及試驗(yàn)溫度、加載速度和受力狀態(tài)不同時(shí)，斷口三個(gè)區(qū)域的形態(tài)、大小和相對(duì)位置都會(huì)發(fā)生變化。一般來說，材料強(qiáng)度增加，塑性降低，則放射區(qū)所占比例增大；試樣尺寸加大，放射區(qū)增大明顯，而纖維區(qū)變化不大；缺口的存在不但改變了斷口中各區(qū)所占比例，而且裂紋成核位置也將發(fā)生改變。缺口圓柱試樣的拉伸斷口帶缺口的圓柱試樣，由于缺口處的應(yīng)力集中，裂紋直接在缺口或缺口根部產(chǎn)生。其纖維區(qū)沿圓周分布。裂紋將從該處向試樣內(nèi)部擴(kuò)展。若缺口較鈍，則裂紋仍可首先在試樣中心形成。但由于試樣外表受到缺口的約束而大幅度抑制了剪切唇的形成。最終斷裂區(qū)一般較其他部位的斷口表面要粗糙得多。缺口圓柱試樣的拉伸斷口由于試樣或構(gòu)件在缺口處的應(yīng)力集中，約束增大而造成的脆斷，稱為缺口脆性。若缺口試樣的裂紋以不對(duì)稱的方式由缺口向內(nèi)部擴(kuò)展時(shí)，斷口形態(tài)較為復(fù)雜。初始階段可能是纖維狀的，第二階段則可能是放射狀的。當(dāng)初始階段與第二階段相交接時(shí)，它便停止發(fā)展。放射線及最終破斷區(qū)明顯可見。矩形試樣的宏觀斷口正方形試樣的裂紋源位置與試樣表面相對(duì)稱，其纖維區(qū)呈圓形。但矩形扁平試樣的中央纖維區(qū)變成橢圓形，而放射區(qū)則變?yōu)椤叭俗中巍被?。這是由于試樣幾何形狀的改變，使裂紋主要沿寬度方向擴(kuò)展的緣故。人字形花樣的尖端指向裂紋源。最后破壞區(qū)仍為剪切唇區(qū)。矩形試樣的宏觀斷口實(shí)際構(gòu)件的斷口，其人字紋并不完全是直線狀的，而是彎曲的。它是由一系列從板的中心向外發(fā)射的撕裂棱線