影响解理断裂应力σ_f~*测定因素的分析

一般,解理断裂应力σ_f~*的测定是借助于Griffiths-Owen对软钢材料V形缺口四点弯曲试样缺口顶端的应力——应变场有限元分析结果。本文研究非软钢材料,如果σ_f~*的计算仍采用对软钢材料的有限元分析结果,那末,屈服强度σ_y、硬化指数n和断裂时的应变ε_f~*对σ_f~*会产生什么样的影响?对于试验中所用的非软钢材料,用本文作者的有限元分析结果,精确测定了解理断裂应力,同时又用Griffirhs-OWen的有限元分析结果计算这种解理断裂应力,将两种结果比较后发现,钢材的韧性越高,它们之间的差别也越大.为此,本文对解理断裂应力测定的影响因素也进行了分析.     

焊缝缺口试样解理断裂统计分析和断裂模型

通过大量４ＰＢ试样解理断裂力学和断口参数的统计，发现在缺口前端发生于峰值应力左侧的断裂几率大于右侧，并且随温度的降低发生于左侧的几率增加，解理起裂在离开缺口根部的一个最小距离处才能发生，在某一距离范围内断裂几率最大。通过对上述现象的分析提出缺口试样的解理断裂须满足两个条件，即缺口根部的塑性应变ε＿ｐ大于材料中薄弱环节的起裂塑性应变ε＿（ｐｃ），使解理微裂纹形核；最大正应力σ＿（ｙｙ）大于薄弱环节的解理强度σ＿ｆ，使微裂纹扩展。缺口试样的解理断裂有起裂控制的情形，基于新的断裂物理模型，分析了对起裂点位置的统计结果，以及材料微观断裂力学参数对断裂行为的影响。     

组织和成分因素对低碳结构钢解理断裂应力及断裂韧性的影响

本文揭示了板条组织的解理断裂应力在整个试验温度范围内是不依赖于温度而变化的。表明组织类型对解理断裂有重要影响:马氏体组织具有极高的解理断裂应力以及在同样试验温度下低的断裂韧性,铁素体截然相反,贝氏体位于其间。此外碳含量有其附加影响。切口试样测得的解理断裂应力明显高于光滑试样。     

微观组织对高速车轮钢解理断裂应力的影响

利用不同奥氏体化温度和冷却速率对碳质量分数为0.54%高速车轮钢进行热处理,得到具有不同晶粒尺寸和珠光体片间距微观组织的试样.在-120~20℃温度下对具有不同微观组织的拉伸试样和三点弯曲(3PB)缺口试样进行测试;采用二维平面应变有限元计算三点弯曲缺口试样缺口前的应力分布;利用扫描电镜对3PB试样断口进行观察并测量解理起裂源的位置;测定不同微观组织车轮钢试样的解理断裂应力.在扩展控制断裂机制下,微观组织对车轮钢的解理断裂应力具有明显影响,晶粒尺寸和珠光体片间距越小解理断裂应力越高.细化晶粒使未扩展微裂纹的特征长度减小,细化珠光体片间距有助于提高珠光体的有效表面能,从而使得解理断裂应力提高.     

焊接接头低温断裂参量的研究

测定不同焊缝比例的Ｃ—Ｍｎ钢焊接接头的４ＰＢ试样和ＣＯＤ试样低温断裂参量,比例小于一定值时解理裂纹起裂于母材各区,韧性可以用σｆ／σｙ较窄的分散带表征;当焊缝金属比例大于一定值时,解理裂纹主要起裂于焊缝的过热区或亚临界再热区,韧性也可用相应的σｆ／σｙ较窄的分散带表征,而且σｆ／σｙ值和４ＰＢ断裂能量Ｅ,ＣＯＤ试样的ＣＯＤ值下限有明确的对应关系,说明可用分散度小的σｆ／σｙ表征一个微观不均匀的焊接接头的韧性     

缺口根半径对解理断裂应力σ_f的影响

采用有限元方法计算了不同根半径缺口弯曲试样缺口前的应力应变分布,通过测定解理断裂点距缺口根部的距离,精确测定了解理断裂应力。当根半径从0.25变化到1.0时,断裂载荷及应力分布有明显的变化,但基本不变。不同根半径试样的临界解理事件均是由铁素体尺寸的微裂纹向周围基体的扩展,因此,主要取决于铁素体晶粒尺寸而不是为找到适合薄弱组织所需的高应力体积。解理断裂点不一定在最大主应力处,其位置与缺口前应力应变的相对分布及薄弱组织的随机分布有关。材料的(为屈服强度)越高,断裂载荷越高,在缺口试样中是一个有用的韧性评价参量。     

C-Mn钢裂尖区解理断裂行为的研究

对C-Mn钢三点弯曲裂纹试样进行了实验和有限元计算,分析了裂尖断裂行为.研究结果表明在达到某一临界载荷前,裂尖只发生简单的钝化,并且在裂尖前端满足解理断裂三个判据的不同区域是相互分离的.因此形核的裂纹因不能扩展而不能引发解理断裂.随外载荷增加,高于这个临界载荷时,小裂纹在裂尖处形核、扩展,随后被钝化.此时裂尖前端的塑性应变被保留下来,但是三向应力度被释放掉,随后又重新建立,从而使得三个区域相互靠近.在第二个临界载荷下,三个判据都满足的区域相互重叠,解理裂纹形核并扩展.可以在裂纹形核区域和裂纹扩展区域刚要重叠的那一瞬时,决定解理断裂的最小距离.结合解理断裂的三个判据,裂尖断裂行为及由其产生的断裂驱动力参数(εp,σm/σe和σyy)的相应变化为钢的解理断裂在细观上提供了一个完整的物理模型.     

反击式破碎机的转子失效分析

现场观察了双转子断裂的现象，利用LOM及SEM和热处理实验手段发现其断裂属于解理和沿晶复合断裂，断口解理面处大，其组织中有大块自由铁素体和粗大魏氏组织铁素体存在，分析结果表明，此双转子未经热处理就投入使用以及从能谱分析证实其还有一些非金属元素存在是导致该双转子断裂失效的主要原因。     

调质态07MnNiMoDR钢脆性断裂机制及冲击功离散性

测试了调质态07MnNiMoDR钢的冲击功,研究了其在DBTT区间的脆性断裂机制.结果表明,调质态07MnNiMoDR钢在DBTT区间的解理断裂由贝氏体束尺寸控制;存在一个临界尺寸,当形成于贝氏体束内的微裂纹尺寸达到这个临界值,并在正应力作用下穿过贝氏体束界扩展至相邻贝氏体束时,发生脆性解理断裂.另外,在DBTT区间的冲击断裂过程中,粗大贝氏体束的离散分布将使得脆性断裂载荷值不稳定,并最终导致冲击功出现离散.因此,通过控制调质态07MnNiMoDR钢中贝氏体束尺寸并使其均匀分布,能够有效提高其在DBTT区间的冲击功及降低冲击功离散性.     

铁铬铝合金脆断

研究了Ｆｅ－２５Ｃｒ－５Ａｌ电热合金断裂原因及断裂方式，高于１０００℃合金晶粒急剧长大，当晶粒大小增长至８０μｍ时，断裂由韧窝型向准解理过渡，ｄ≥１００μｍ则呈现解理断裂；变温过程，由于铬组元非平衡偏聚，微米级大小α’相沿晶界形成；σ相形成导致合金沿晶断裂。     

几种合金钢断裂机理与宏观断裂方向的研究

通过研究几种合金钢在常规破坏试验和复合型断裂试验过程中的断裂现象,分析不同应力状态下的断裂试验结果,发现随应力三维度由大到小变化,材料的断裂形式依次为组织断裂、孔洞正断、孔洞剪断、塑性剪断及焊合。且发生孔洞剪断时,危险点位于应力场中应力三维度取极大值处;发生塑性剪断时,危险点位于应力场中等效应力取极大值处,断裂方向均为危险点处最大剪应力作用面方向。     

强激光冲击波作用下Al2O3陶瓷材料的断裂特征

使用激光冲击对Al2O3陶瓷进行了冲击试验，并通过扫描电子显微技术，对陶瓷材料在强激光冲击下的断口形貌进行了分析．发现随激光能量的变化。陶瓷出现不同的断裂特征．在高能量激光冲击下，试样宏观上出现中心裂纹，其微观主要仍以沿晶断裂和穿晶解理所形成的脆性断裂模式为主；但在激光能量降低到一定程度的情况下，脆性陶瓷材料在拉伸波作用下出现锥形断裂，而微观上也出现一定的塑性滑移特征，主要表现为晶界处出现大量的滑移线；在更低能量下陶瓷未出现破裂，硬度分析结果显示具有微观塑性变形强化现象．     

球形非金属夹杂物与焊缝金属的断裂

对四种不同强度级别的焊缝金属的廷性断口和脆性断口上的夹杂物进行了系统的观察与分析,探讨了球形非金属夹杂物对焊缝金属断裂性能的影响。焊缝金属的延性断裂性能与所含夹杂物的数量存在直接的关系,而焊缝金属的解理断裂中有相当大的一部分由尺寸相对较大的,与基体结合强度较高的Ti型夹杂物所引发。     

冲击功与COD转变温度的相关关系

对普通C-Mn钢,Cr-Mo钢和三种焊缝金属进行了系列温度示波冲击试验,COD试验和屈服强度的测定,通过对实验结果的分析发现,中低强结构钢和焊缝金属的冲击韧性和断裂韧性的延脆转变温度之间存在着统一的相关关系,即试验材料的两韧性的延脆转变温度迁移量与材料的应变速率敏感性呈线性关系。因此,推荐了工程上用冲击韧性推测断裂韧性的方法,并指出这一相关关系存在的内在原因是不同试验材料的缺口冲击试样和裂纹静载试样在延性断裂过程、解理的力学条件以及解理微观机制这三个方面的相似性。     

基于有限元的弹塑性裂纹数值分析

在线弹性断裂力学和D-M模型的基础上,推导出了受单向拉伸含中心穿透裂纹的理想弹塑性材料J积分的解析式;通过ANSYS对弹塑性J积分进行数值计算,与推导出的解析解比较,表明了用有限元方法计算弹塑性J积分具有相当高的精度;分析了J积分与裂纹初始长度及外荷载的关系;对理想弹塑性材料塑性区大小进行了探讨,结果表明,塑性区尺寸随外荷载增大而增大,并且外荷载接近屈服应力时,裂纹塑性区尺寸趋近于无穷大,进入全面屈服.     

C-Mn钢和焊缝金属韧-脆转变宏观断裂行为

在韧-脆转变温度区对C-Mn钢和焊缝金属的COD,4PB,Charpy V和3NB试样进行了断裂试验。测量了试样断裂载荷、吸收功、加载点位移和断口上纤维裂纹长度,得到了纤维裂纹扩展速度及其前端标称应力随其长度的变化。结果表明随纤维裂纹的扩展,其单位长度吸收的能量降低,扩展速度加快,其前端的标称应力σ_(nom)增加,进一步的分析表明随纤维裂纹的扩展其前端三向应力度和正应力的增加导致韧-脆转变的发生。基于各试样尺寸和加载方式的不同,对其韧-脆转变断裂行为的差别进行了分析。对各种材料的断裂行为以及影响其韧-脆转变的宏观因素也进行了讨论。