金属断口上的韧窝是如何形成的?

文摘   科技   2024-10-24 00:00   湖北  

金属材料的断裂分为脆性断裂和韧性断裂。

脆性断裂的断口微观特征常常是解理或者沿晶,而韧性断裂的断口一般是韧窝特征,如图1。

那么断口上的韧窝是如何形成的呢?

韧性断裂的材料一般塑性较好,在受到外力时会发生塑性变形,如受到拉应力,则会发生颈缩,然后被拉断。

而金属的塑性变形有两种方式:滑移和孪生。对于体心立方的材料,如铁素体类钢,变形方式主要是滑移。面心立方的材料,如奥氏体类钢,变形方式还有孪生。

一般金属或者合金的塑性变形,滑移是主要的。

韧窝的形成,也是位错滑移的结果。

理论上说,一个韧窝中,一般都有至少一个夹杂物或者析出相,韧窝以此为质点形核。韧窝中夹杂物如图2。

当金属受到一定程度的拉应力时,金属中的夹杂物或者第二相会慢慢与基体脱离开来,因为这些界面部位的结合力较弱。夹杂物与基体脱离后,就形成了一个个的微孔。

继续加载,由于存在应力集中,微孔会随着剧烈的滑移而不断扩大。较大的孔洞相遇就形成了微裂纹,微裂纹在外力作用下不断扩展,最终导致金属被完全拉断。

韧性断裂是正应力与切应力共同作用的结果。

一般来说,以夹杂物为核心的韧窝体积较大,以析出物为核心的韧窝体积较小。

韧窝的形状取决于受力状态,而与夹杂物形状无关。

单向拉伸断裂时,形成的韧窝是等轴的,若断裂形式为滑开或者撕开,韧窝形状则呈椭球形状。示意图如图3所示。

金属塑性变形时,滑移面是原子密排面,滑移方向也是原子密排方向,这样滑移阻力最小。一个滑移面加上其滑移方向,就是滑移系。

如果金属中固溶较多其它原子,或者较多析出相等,这些会阻碍滑移的进行。当这些阻碍足够大,会导致金属沿一定的晶面分离也不发生滑移,这就变成解理断裂了。解理面常常是间距比较大的面,这样的面发生解理阻力最小。

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