金属材料微观组织力学分析及脆性断裂机理研究

金属材料微观组织力学分析及脆性断裂机理研究

刘畅 ,付博 ,李玲

哈尔滨飞机工业集团有限责任公司   黑龙江哈尔滨   150066

摘要：金属材料断裂严重影响原材料的稳定性应用，但在传统式界定中对金属材料的脆性断裂并没有系统的研究，在相应程度上影响了工程项目中金属材料的合理利用，本文针对金属材料的脆性断裂原因地制定了研究。

关键词：金属材料；脆性断裂；原因；实验分析

金属材料自身的产生具备繁杂的特点，其脆性断裂是影响金属材料使用期限的关键因素，对金属材质的脆性断裂原因开展实验研究，本文主要选用高镍铸铁和球墨铸铁等典型脆性材料进行了拉伸、破坏扭转等试验，旨在分析脆性断裂的根本原因。

1脆性材料在不同受力方式下的断裂

1.1断裂研究高镍铸铁

选用HT200原材料开展缩小.扭转和伸展等实验，在对实验进行扭转时，断裂面的形状图如下图1所显示，横断面主要由少许孔和片状横断面构成，根据对镜片结论分析，片状高纯石墨在遭受拉伸时，会产生延性破碎，造成基材穿透紫水晶.沿紫水晶的断裂。而对一些大小不同的孔眼，主要产生在珠光基材上，在单压时，断裂主要产生在实验中间。

针对原材料较差的生铁原材料，单压的时候会产生纵向表层断裂，与大部分岩层的单压断裂具备类似的特性。这根本原因是组织原材料的晶体孔径相对比较大。单压时，较硬的铁素体晶体会进到高纯石墨体，会产生对应的拉应力，原材料会断裂。从宏观角度看来，较大拉应力应在同一方向上充分发挥。根据对45钢和延展性原材料的头颈收拢实验，144crnimovo碳素钢证实，针对地应力三维值较高的头颈收拢横截面，脆性断裂也产生在中心位置，脆性断裂会遭受三轴拉应力操纵的影响，与地应力误差关系不大。

1.2球墨铸件的断裂实验

球墨铸件是一种通过生铁灰铸铁解决后的球墨铸铁石墨材料，球墨铸铁石墨材料具备很高的物理性能，自身的塑性变形和延展性能够符合绝大多数的施工规定。但球墨石自身仍然是一种延性金属材料，其与一般延性金属材料对比具备一定的均匀性.抗压强度优势。在对球墨铸铁石墨材料开展断裂试验时，对它进行不一样的扭矩两轴毁坏试验，观察球墨铸件扭矩的转变。

对QT400球墨铸件开展脆性断裂试验，观察脆性断裂风险位置.断裂方位.临界值支撑力.扭矩转变。将QT400生产加工为圆柱形实验材料（D=10mm)，选用技术专业实验仪器（这里选用858MINIONIONIO两轴试验机开展试验），选用不一样抗拉力占比开展试验，在其中，单拉。纯扭曲。在不一样占比的拉伸强度和扭曲下，球墨铸件断裂，但并没有头颈收拢状况。实验分析，由于抗拉力的转变，球墨铸件从纯扭曲专用型单向拉伸，断裂面和横截面成41°沿截面慢慢断裂，断裂面和较大抗拉力功效面一致。其球墨铸件锻炼切应力极限值对地应力三维转变，表明规律性转变。

2危害原材料脆性断裂的主要原因

2.1断裂方位、危险因素、断裂标准

在承受力情况和结构构造不一样的情况下，会出现承受力集中的现象产生在结构中，在开裂的情况下，导致的塑性变形都不一样，对原材料断裂的基本原理导致了非常大的伤害。塑性变形较小.承受力比较集中化，原材料很容易产生脆性断裂的情况。反过来，在开裂的整个过程中，倘若产生较多的是塑性变形，倘若产生断裂，便会断裂替代脆裂。这时候觉得塑性变形较小，受力较集中化的地区是脆裂危害点和微裂萌发点造成的关键部位。

针对一些不明白的材料或晶粒较为粗的材料，因为持续介质提供的应力场不可以将构造中给出的应力场反映出去，那么就不可以精确的明确脆断的危害点，针对品质优良的大量金属材料，假定R是塑性形变小.构造应力集中度高的地区，那么这一点就算是脆断危害点。

从细节上看，具体应力场和部分组织结构是影响断裂初始断裂方向的重要因素。选用连续介质基础理论开展测算，仅从宏观角度上得到统计分析均值，不可以具体体现断裂面的方向。可是，根据对材料断裂开展研究分析，应力场和原材料断裂面的最大应力作用面应相一致。在创建宏观断裂条件时，能够认为最大应力面的方位和断裂面的方向是类似的。

针对孔的准脆性断裂。解脆性断裂，虽然不易于确认破坏状况，但精细断裂原理相对性繁杂，假如在宏观角度上创建连续介质，则认为构造热应力三维最大值的位置是断裂较危险的地方，假如原材料断裂的主要原因是较大拉应力σ1，那样主次要素便是两个切应力σ2。对金属复合材料孔的准脆性断裂。解脆性断裂，难以确认其具体产生的毁坏条件，能够在宏观上产生连续介质，将金属复合材料构造热应力三维最大值部位视作断裂危险区域，其金属复合材料断裂受较大拉应力危害较大，其次是受切应力危害，根据公式计算表述断裂条件：σmm=1+b(σ2+3)≤c。

2.2脆性断裂而致的应力状态和组织结构

地应力的情况种类.原材料的组织结构是危害原材料断裂的重要因素，经过对实验中断裂宏观断裂方式和细观断裂基本原理的研究证实。

当企业高镍生铁扭曲时，各种各样高纯石墨片层上一定会发生脆性断裂，在拉应力功效下，断裂是造成断裂的主要原因，断裂方式的品种比较多，如透过结晶断裂.沿结晶断裂.少许孔眼等。

在显微镜下连接窗口上的黑墨水片段面。观察断裂方位，断裂具备极强的偶然性，欠缺形状知觉。它也许只与结晶页面的角度和一些组织结构相关，但从宏观角度看来，最大应力和观察表层的裂痕基本一致。在改变和带动球墨铸件时，基材和石墨球中间的操作界面是韧性断裂的裂开点。在干裂处，基材和石墨球中间的裂缝会掉下来并产生。当断裂表层拓展到基材时，因为基材原材料的塑性变形，会产生很大的形变，造成孔眼扩大，发生相近的孔眼。从宏观角度看来，最大应力表层与观察断裂表层同样。

对高镍生铁来讲，颈缩区域最少横截面是准脆断裂发生的重要原因。因为颈缩区芯部遭到三轴拉应力的伤害，在断裂时，塑性变形并不大，地应力会集中发生在细观缺陷，并从横截面的心部逐渐断裂。由于45#钢材料的塑性变形优质，由地应力导致的细微缝隙都发展趋向到韧窝孔，从宏观性视视角来讲，较大拉应力作用面和横截面要保持一样，断裂面附近的原材料要保持双重拉应力，由于14CMOV具有横截面缩水率高.材料强度高。使颈缩较为严重的特点，在颈缩芯部产生了三向拉伸地应力的情况，减少了断裂整个过程中塑性变形的情况，无论从宏观性方面或是从细观方面并没有周期性，不能运用宏观方面表明地应力方向。运用淬火工艺的形式对原材料进行处理后，材质的塑性变形获得了提高，较大拉伸地应力和宏观方面断裂大部分同样。

从这种实验中可以看出，假如原材料质量不好，易于断裂。针对原材料质量差的生铁，在一次工作压力的直接影响下，会在额外力的危害下被扯断，而HT200高镍生铁在一次工作压力下被剪掉，在单次压力下被拉断，在单次压力下被拉断，在单次压力下被拉断，在单次压力下被拉断，在单次压力下被拉断，在单次压力下被拉断，在单次压力下被拉断。

结束语

总而言之，脆性断裂的产生主要与原材料的详细组织架构和危险因素的应力状态相关。针对类似原材料，当应力三维代值动态变化时，断裂原理也会产生变化。除此之外，原材料中应力的位置是材料脆性断裂的主要位置，脆性断裂与三轴抗拉力直接有关。

参考文献

［1］ 蒋玉川，徐双武，陈辉.脆性材料复合型裂纹的断裂准则［J］.工程力学，2008，25（4）：50～54.

［2］ 汤安民，师俊平.几种金属材料宏观断裂形式的试验研究［J］.应用力学学报，2004，21（3）：142～144.

［3］ 汤安民，师俊平，卢智先.韧性材料复合型断裂启裂点与开裂方向的讨论［J］.机械强度，2002，12（2）：95～96.

［4］徐明舟，雷成辉，张荣.S1J27A合金冷拔变形脆性断裂原因浅析［J］.金属材料研究，2016，（2）：27-31.

［5］刘金兴，梁乃刚.非均质材料准脆性损伤断裂的广义梁链网模型［C］/全国疲劳与断裂学术会议，2016：199.