对于结构钢的低温冷脆及断裂机理概述.doc
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1、对于结构钢的低温冷脆及断裂机理概述导读:晶粒细化有助于提高材料抗低温脆断的能力。脆性断裂机理,结构钢的低温冷脆及断裂机理概述。 关键词:冷脆转变,脆性断裂机理,低温脆断 1.前言 钢的低温脆性断裂是钢结构最危险的破坏形式之一,原因是断裂瞬间发生,断裂时无明显的塑性变形,而且构件破坏时其承载能力很低。实际工程中钢结构,如压力容器、船舶、桥梁等,由于低温脆性造成的脆断事故时有发生,造成巨大损失1。2.低温冷脆特点及其影响因素当温度降低到某一程度时,金属材料的冲击吸收能量明显下降并引起脆性破坏的现象称为冷脆。金属的低温脆断具有以下特点2:(1)断裂时所承受的工作应力低。(2)脆性断裂时,裂纹的扩展速
2、度极快,且脆断之前无任何预兆。(3)材料脆断温度通常接近材料的韧脆转变温度。,脆性断裂机理。(4)脆断常起源于构件自身存在缺陷处。(5)脆性断裂的宏观断口平齐,断面收缩率小,外观上无明显的宏观变形特征。影响金属冷脆的主要因素有以下几个方面。(1)晶粒度 当晶粒尺寸大于冷机晶粒尺寸时,结构会产生脆性断裂。因此,晶粒细化有助于提高材料抗低温脆断的能力。(2)晶粒结构 体心立方晶格金属及其合金或某些密排六方晶格金属及其合金,特别是工程上常用的中、低强度结构钢有明显的冷脆现象,而面心立方金属及其合金一般没有低温脆性现象。,脆性断裂机理。(3)形变速率 提高形变速率使材料脆性增大韧脆转变温度升高。一般中
3、、低强度钢的韧脆转变温度对形变速率比较敏感,而高强度钢、超高强度钢则较小。(4)板厚 板厚的增加,脆性转变温度提高3。(5)钢的化学成分及组织当C0.25%热轧碳钢冲击脆性转变温度TC的经验方程4:(1)式中Nf为固溶的自由氮量(%);P为珠光体的百分比;Si为硅的重量百分比;d为晶粒尺寸(mm)。3.低温脆性断裂的过程及机理钢具有强度高、塑性和韧性好等特点,这些特点保证了钢结构具有较好的工作可靠性。但是在低温的条件下,钢的塑性和韧性降低,提高了钢结构发生脆断的可能性。,脆性断裂机理。3.1低温脆性断裂的过程钢的脆性断裂过程大致分为三个阶段5:(1)裂纹产生前的准备阶段主要为钢晶格内部的初始塑
4、性变形;(2)裂纹的产生通常为钢晶格间损伤的宏观集中表现;(3)裂纹向整个构件界面的横向发展。3.2材料脆性断裂理论自二十世纪20年代开始,世界上很多学者致力于脆性破坏领域的研究,形成了很多理论流派。,脆性断裂机理。(1)经典力学理论 该理论是建立在塑性剪切和脆性断裂的基础上,能解释几乎所有与脆性断裂现象有关的影响因素;主要通过试验研究金属等多晶体材料在不同应变状态下的破坏。(2)脆性断裂的位错理论 晶体原无裂纹,在应力作用下,材料发生解理断裂的理论,即位错理论。位错理论解释了脆性裂纹的成核和长大问题。(3)能量理论 该理论从能量储存和释放的观点来解释脆性破坏。不考虑裂纹的产生,而是在构件含有
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