什么是韧性断裂,什么是韧性断裂手术(关于蠕变,一定要重视起来)
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- 1、关于蠕变,一定要重视起来
- 2、什么是韧性断裂
1、关于蠕变,一定要重视起来
一些建筑物上的塑料管道,会随着时间的增加而弯曲变形;一件常挂在墙上的雨衣,由于它本身的自重也会使它沿着悬挂方向变形;生产及生活当中,很多物体都会随着时间的变化,在一定恒力作用下而发生变形,这些现象都认为是材料的蠕变现象。
蠕变现象是在一定温度和远低于该材料断裂强度的恒定外力作用下,材料的形变随时间增加而逐渐增大的现象。它与塑性变形不同,塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现,而蠕变只要应力的作用时间相当长,它在应力小于弹性极限施加的力时也能出现。
蠕变反映的是材料在载荷下的流变性质,即受载后的流动;对于塑料和其他高分子材料而言反映了其内在的粘弹性。而且蠕变性还反映了塑料在温度变化下,自身的稳定情况。
作用于材料的外力可以使拉伸、压缩和剪切,不同的外力会使其产生伸长、压缩和剪切等不同的应变,相应的现象称为拉伸蠕变、压缩和剪切蠕变。
蠕变随时间的延续大致分3个阶段:
1、初始蠕变或过渡蠕变,应变随时间延续而增加,但增加的速度逐渐减慢;
2、稳态蠕变或定常蠕变,应变随时间延续而匀速增加,这个阶段较长;
3、加速蠕变,应变随时间延续而加速增加,直达破裂点。
温度和应力也会对蠕变曲线产生影响,在应力较小或温度较低时,蠕变第二阶段持续时间较长,甚至不出现第三阶段。反之,蠕变第二阶段很短,甚至消失,很短时间内就断裂。
不同的材料出现明显的蠕变温度不同,例如:
碳素钢在温度超过300~350℃时,合金钢在350~400℃时,才发生蠕变,铅、锡等低熔点金属在室温就会出现蠕变,高聚物在室温以下就会发生蠕变,而高熔点的陶瓷材料在1100℃以上也不发生明显蠕变。
目前常用的蠕变性能指标有蠕变极限和持久强度。蠕变极限是高温长时载荷下材料对变形的抗力指标,是以蠕变变形来规定的,适用于高温运行中需要严格控制变形的零件,如涡轮叶片。
对于高温材料,除测定蠕变极限外,还必须测定持久强度。所谓持久强度,即在给定温度下,在规定时间内发生蠕变断裂的应力。
如锅炉、管道等在高温下工作蠕变变形很小,或是对变形量要求不严格,只要求零件在使用期内不发生断裂,这时就要用持久强度指标。
蠕变断裂分为韧性和脆性两种,一般情况下,韧性断裂表现为穿晶断裂,有颈缩,而脆性断裂表现为沿晶断裂,无颈缩。
虽然蠕变可能会导致材料的断裂,影响其使用性能,但蠕变作用对一些材料来说不一定是坏处。比如,利用高分子材料的蠕变性能可以制作蠕变性防水材料。蠕变性防水材料可以作为防水涂料单独使用、与卷材复合使用或者在现有的防水卷材底层先行涂敷成为自粘卷材。
刮涂或喷涂在基层上的蠕变性防水材料,可以很好地封闭基层的毛细孔洞和微细裂缝,使基层有一定的防水能力。当基层开裂拉伸防水层时,由蠕变性防水材料形成的构造层次吸收了来自基层的应力,使应力不会传递给防水层,保护防水层不被拉断。这样不仅能防止防水层出现渗漏,还能延长防水层的使用寿命。
很多工程都涉及蠕变问题,蠕变作用对于材料的破坏力也必须重视,所以很多材料及产品在使用前需要做蠕变方面的试验,以检测其性能是否满足设计及使用需求。
2、什么是韧性断裂
什么是韧性断裂
断裂韧性广义的断裂韧性,表征材料的断裂特性[21]。在断裂力学基础上建立起来的材料抵抗裂纹扩展断裂的韧性性能称为断裂韧性。
断裂韧性与其它韧性性能一样,综合反映了材料的强度和塑性,在防止低应力脆断选用材料时,根据材料的断裂韧性指标,可以对构件允许的工作应力和裂纹尺寸进行定量计算。
因此,断裂韧性是断裂力学认为能反映材料抵抗裂纹失稳扩展能力的性能指标,对构件的强度设计具有十分重要的意义。
韧性断裂与脆性断裂的区别.为什么脆性断裂更加危险
韧性断裂与脆性断裂在定义、变形特征、断口尺寸、断口外貌四方面有所区别。脆性断裂更加危险,是由于脆性断裂时会有构件碎片飞溅的可能。
一、区别如下:1、定义不同:韧性断裂是指构件经过大量变形后发生的断裂,而脆性断裂是指构件未经明显的变形而发生的断裂。
2、变形特征不同:韧性断裂:发生了明显的宏观塑性变形(不包括压缩失稳),如杆件的过量伸长或弯曲、容器的过量鼓胀。脆性断裂:断裂时材料几乎没有发生过塑性变形。如杆件脆断时没有明显的伸长或弯曲,更无缩颈,容器破裂时没有直径的增大及壁厚的减薄。3、断口尺寸不同:韧性断裂:断口的尺寸(如直径、厚度)比原始尺寸明显变化。
脆性断裂:断口尺寸与原尺寸相比几乎无变化。4、断口外貌不同:韧性断裂:断口一般能寻见纤维区和剪唇区。断口尺度较大时还出现放射形及人字形山脊状花纹。
形成纤维区断口的断裂机制一般是“微孔聚合”,在电子显微镜中呈韧窝状花样。脆性断裂:断口“呈结晶状”,有金属光泽,断口与主应力垂直,也即与构件表面垂直,断口平齐。二、脆性断裂更加危险,因为脆性断裂的构件常形成碎片。
构件碎片在断裂时会飞溅,有可能会对周围人或者事物造成一定程度的破坏,而韧性断裂不会存在该问题。
韧性断裂和脆性断裂有什么区别?
脆性断裂和韧性断裂的机理如下:脆性断裂是构件未经明显的变形而发生的断裂。断裂时材料几乎没有发生过塑性变形。
如杆件脆断时没有明显的伸长或弯曲,更无缩颈,容器破裂时没有直径的增大及壁厚的减薄。
脆断的构件常形成碎片。材料的脆性是引起构件脆断的重要原因。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。韧性断裂是构件经过大量变形后发生的断裂。
主要条件是超过工作压力,主要特征是发生了明显的宏观塑性变形(不包括压缩失稳),且产生延性断裂。如杆件的过量伸长或弯曲、容器的过量鼓胀。断口的尺寸(如直径、厚度)比原始尺寸也明显变化。
韧性断裂的断口一般能寻见纤维区和剪唇区。断口呈暗灰色、纤维状,尺度较大时还出现放射形及人字形山脊状花纹。形成纤维区断口的断裂机制一般是 “微孔聚合”,在电子显微镜中呈韧窝状花样。
韧性断裂一般由超载引起,而材料的塑性与韧性又很优良。纤维区一般是断裂源区。剪切唇总是在断口的边缘,并与构件的表面约成45°夹角,是在平面应力受力条件下发生剪切撕裂而形成的断口,剪切唇表面较光滑,断裂时的名义应力高于材料的屈服强度。断口微观形貌通常有韧窝, 韧窝是材料在为微区范围内塑性变形产生的显微空洞,经形核/长大/聚集,最后相互连接而导致断裂后,在断口表面所留下的痕迹。
沿晶韧性断裂——晶界弱化,出现韧窝。
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