断口三要素的分布及应用

1)断口三要素的分布。在通常情况下,金属材料的断口均要出现断口三要素形貌特征,所不同的仅仅是三个区域的位置、形状、大小及分布不同而已。有时在断口上只出现一种或两种断口形貌特征,即断口三要素有时并不同时出现。这是受材质、温度、受力状态等因素的影响。

断口三要素的分布有四种情况:断口上全部为剪切唇区,如纯剪切型断口或薄板拉伸断口等就属于这种情况;断口上只有纤维区和剪切唇区,而没有放射区;断口上没有纤维区,仅有放射区和剪切唇区,如低合金钢在-60℃的拉伸断口;断口三要素同时出现,这是最常见的断口宏观形貌特征。

2)断口三要素在断裂失效分析中的应用。

①裂纹源位置的确定。在通常情况下,裂纹源位于纤维区的中心部位,因此找到了纤维区的位置就可确定裂纹源的位置。另一方法是利用放射区的形貌特征,在一般条件下,放射条纹收敛处为裂纹源位置。

图4-8 人字纹反方向指向裂纹扩展方向

②裂纹扩展方向的确定。在断口三要素中,放射条纹指向裂纹扩展方向。通常,裂纹的扩展方向是由纤维区指向剪切唇区方向。如果是板材构件,断口上放射区的宏观特征为人字纹,其反方向为裂纹的扩展方向,如图4-8所示。需要指出的是,如果在板材的两侧开有缺口,则由于应力集中的影响,形成的人字纹尖顶指向与无缺口时正好相反,逆指向裂纹源。

断口上有两种或三种要素区时,剪切唇区是最后断裂区。

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