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金属的脆性

材料在外力作用下(如拉伸、冲击等)仅产生很小的变形即断裂破坏的性质。聚合物脆性与聚合物结构及使用条件(温度、外力作用速率等)有关,柔性链高分子聚合物脆性小,韧性好;刚性链高分子则相反。常用冲击强度或断裂伸长表征聚合物的脆性。“物体受拉力或冲击时,容易破碎的性质”;“材料在断裂前未觉察到的塑性变形的性质”脆性表现形式: 退火脆性,回火脆性,热脆性,蓝脆性,低温脆性,氢脆性,浸镀脆性,酸脆性,碱脆性.

20世纪50年代,美国发射北极星导弹,其固体燃料发动机壳体,采用了超高强度钢制造,屈服强度为1400MPa,按照传统强度设计与验收时,其各项性能指标都符合要求,设计时的工作应力远低于材料的屈服强度,但点火不久,就发生了爆炸。
为什么材料会发生低应力脆断?
原因:传统力学把材料看成是均匀的,没有缺陷的,没有裂纹的连续的理想固体,但是,实际工程材料在制备、加工(冶炼、铸造、锻造、焊接、热处理、冷加工等)及使用中(疲劳、冲击、环境温度等)都会产生各种缺陷(白点、气孔、 渣、未焊透、热裂、冷裂、缺口等)。

  缺陷和裂纹会产生应力集中,所受拉应力为平均应力的数倍。过分集中的拉应力如果超过材料的临界拉应力值时,将会产生裂纹或缺陷的扩展,导致脆性断裂。

脆性断裂一般发生在高强度或低延展性、低韧性的金属和合金上。另一方面,即使金属有较好的延展性,在下列情况下,也会发生脆性断裂,如低温,厚截面,高应变率(如冲击),或是有缺陷。脆性断裂引起材料失效一般是因为冲击,而非过载。
经长期研究,人们认识到,过去我们把材料看做毫无缺陷的连续均匀介质是不对的。材料内部在冶炼、轧制、热处理等各种制造过程中不可避免地产生某种微裂纹,而且在无损探伤检验时又没有被发现。那么,在使用过程中,由于应力集中、疲劳、腐蚀等原因,裂纹会进一步扩展。当裂纹尺寸达到临界尺寸时,就会发生低应力脆断的事故。
脆性断口宏观特点: ¨ 断口平齐而光亮,且与正应力垂直;
脆性断裂微观特点:断口呈人字或放射花样;
单晶体:解理断裂,裂纹沿解理面扩展 ;
多晶体:沿晶断裂,裂纹走向沿着晶面,而并不在某一平面内运动 ;
穿晶 ( 晶内 ) 断裂,裂纹沿着多晶粒的解理穿过,而不管晶界的位置如何。
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