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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 材料区 » 材料工程 » 产品设计与开发 » 金属材料脆性断裂和韧性断裂问题探讨
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shily

木虫 (小有名气)

[交流] 金属材料脆性断裂和韧性断裂问题探讨

本人在某种金属材料开发的过程中发现，该合金经同一工艺热处理后，拉伸变形性能良好，延伸率超过35%，断面收缩率超过80%，断口呈明显的韧窝特征，然而柱状长条试样平放压缩时发生明显的脆性断裂，断口中的解理台阶和河流花样形貌明显。

变形方式对合金的断裂方式影响这么明显，原因是什么？从理论上如何解释这种现象？有没有从事断裂力学方面的虫子能给解释一下？谢谢！

真心请教，请不要从网上复制一堆名词解释性的内容，谢谢！
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1楼 2013-07-09 14:37:52
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duweilq

新虫 (初入文坛)
★ ★ ★ ★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
shily(314977903代发): 金币+3, 感谢详尽的解答！ 2014-10-17 08:28:08
出现这种原因与材料本身的关系不大，主要是因为材料的变形方式发生变化，材料中的应力应变场发生改变造成的。在拉伸实验时，试样截面可以自由的塑性变形；而当进行压缩时，压缩的面无法自由塑变；长度方向较大，两个端面的自由变形贡献较小，最终导致材料的脆断。 这种现象在我们的研究中接触过。因此对材料性能的试验，要按照标准规定方法和试样尺寸进行试验。
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35楼2014-10-16 17:35:24
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billiards

至尊木虫 (著名写手)
★ ★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
shily: 金币+1, 谢谢参与 2013-07-10 07:57:02
这样的情况似乎很特殊，至少不是典型的材料特性。
我觉得可能在材料中存在杂质或成分偏析，造成材料在不同方向上存在不同力学特性。
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2楼2013-07-09 22:43:04
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lchenghe

金虫 (正式写手)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
对于金属材料，拉伸破坏材料比压缩破坏材料更为明显。我想原因可能是因为拉伸时材料所受正应力为拉应力，会促进材料塑性变形失效，压缩的时候正应力为压应力，压应力在压缩材料的同时增加了材料剪切变形失效阻力，当压应力足够大足以冲破剪切阻力的时候，材料发生脆性瞬断。
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14楼2013-10-26 11:21:37
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普通回帖

shily

木虫 (小有名气)
引用回帖:
2楼: Originally posted by billiards at 2013-07-09 22:43:04
这样的情况似乎很特殊，至少不是典型的材料特性。
我觉得可能在材料中存在杂质或成分偏析，造成材料在不同方向上存在不同力学特性。

这种情况的确令人费解。但如果是因为存在杂质或成分偏析导致的，变形方式的影响不应该这么大，而是统一表现为韧性断裂或者脆性断裂吧？
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3楼2013-07-10 07:59:07
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billiards

至尊木虫 (著名写手)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
3楼: Originally posted by shily at 2013-07-10 07:59:07
这种情况的确令人费解。但如果是因为存在杂质或成分偏析导致的，变形方式的影响不应该这么大，而是统一表现为韧性断裂或者脆性断裂吧？...

这当然只是我的猜想而已。 但如果是这样的问题的话，受力方向的变化会极大影响材料的断裂性能。比较大厚度的结构钢板使用前要做Z向拉伸试验就是这个原因。如果出现前面提到的问题，在厚度方向上材料的塑性会变差的， 就会表现为脆性断裂。
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4楼2013-07-10 09:52:22
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rainisflying

木虫 (小有名气)
★ ★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
shily: 金币+1, 谢谢参与 2013-07-11 08:07:05
这个应该也很正常的，可能你的材料是有色金属类的，一般拉伸时延展性很好，但由于材料可能存在织构等，就会造成拉伸压缩时差别很大
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5楼2013-07-10 11:26:33
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shily

木虫 (小有名气)
引用回帖:
4楼: Originally posted by billiards at 2013-07-10 09:52:22
这当然只是我的猜想而已。 但如果是这样的问题的话，受力方向的变化会极大影响材料的断裂性能。比较大厚度的结构钢板使用前要做Z向拉伸试验就是这个原因。如果出现前面提到的问题，在厚度方向上材料的塑性会变差的 ...

如果是钢板的话，还好理解一些。但我用的试样是直径约15mm的棒材
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6楼2013-07-11 08:06:41
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shily

木虫 (小有名气)
引用回帖:
5楼: Originally posted by rainisflying at 2013-07-10 11:26:33
这个应该也很正常的，可能你的材料是有色金属类的，一般拉伸时延展性很好，但由于材料可能存在织构等，就会造成拉伸压缩时差别很大

您有没有织构对金属材料塑性影响相关的资料信息可以提供的？谢谢！
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7楼2013-07-11 08:10:11
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rainisflying

木虫 (小有名气)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
7楼: Originally posted by shily at 2013-07-11 08:10:11
您有没有织构对金属材料塑性影响相关的资料信息可以提供的？谢谢！...

我没有研究过这方面，你可以查文献的，文献上应该有不少的，找找吧
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8楼2013-07-11 08:24:46
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chaodaiyi

银虫 (小有名气)
★ ★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
shily: 金币+1, 给个红包，谢谢回帖 2013-07-12 08:01:45
你尝试在切割试样的时候做一下横向(如果前提你做的是纵向的话)的试样拉伸性能，然后切片做一下金相组织看看，是不是组织取向对于材料的力学性能有影响。其实如果你的组织中夹杂或者第二相比较多的话 按理你的拉伸性能不会太好，不会有那么高的延伸率。因为是你开发的新材料所以建议先从不同取向的力学性能去探讨，然后再分析组织关系。
只是一点点建议...
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9楼2013-07-11 21:43:35
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shily

木虫 (小有名气)
引用回帖:
9楼: Originally posted by chaodaiyi at 2013-07-11 21:43:35
你尝试在切割试样的时候做一下横向(如果前提你做的是纵向的话)的试样拉伸性能，然后切片做一下金相组织看看，是不是组织取向对于材料的力学性能有影响。其实如果你的组织中夹杂或者第二相比较多的话 按理你的拉伸性 ...

我们的产品是直径15mm的棒材，所以没办法从垂直长度方向取拉伸样品。但是我取过垂直、平行长度方向的金相样品，这两个方向上的晶粒尺寸并没有明显的差别，组织上除了夹杂物外也没有除基体之外的第二相存在。
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10楼2013-07-12 08:05:22
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hitbyg

铜虫 (正式写手)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
是不是轧制成型的啊，感觉像是各向异性，存在纤维组织！
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11楼2013-10-24 10:48:00
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pwj525

木虫 (正式写手)
成分偏析造成的！
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12楼2013-10-26 00:32:44
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dongshiyuan

木虫 (著名写手)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
这个你可以参考具体的文献的《材料力学性能》、《腐蚀与防护》、《摩擦磨损》
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13楼2013-10-26 09:25:50
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laoliufight

新虫 (小有名气)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
你这个是什么材料，有牌号吗？
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15楼2013-10-27 22:51:54
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799331577

金虫 (正式写手)
★ ★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
314977903: 金币+1 2014-01-17 16:28:30
根据你说的 拉伸和压缩的方向是垂直的关系吧  是不是与晶体的各向异性原因，柱状晶沿纤维拉伸的时候应该是塑性断裂，，垂直纤维压力的时候就不一样了吧
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16楼2013-12-01 17:38:22
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peterflyer

木虫之王 (文学泰斗)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
这种现象可能要归结于材料经过加工后，其性能具有严重的方向性。
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17楼2013-12-01 22:37:58
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674509968

木虫 (正式写手)
★ ★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
314977903: 金币+1 2014-01-17 16:28:41
相比于其他纤维材料可能存在方向性的力的变化，对于金属，方向性应该是没有影响的，可以从力学上分析，是否由于钢棒的尺寸问题长度过长的，存在偏心受压，而造成影响
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18楼2013-12-02 18:28:53
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hitbyg

铜虫 (正式写手)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
你用的材料存在各向异性吧
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19楼2013-12-12 16:57:09
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风云无敌gk

铜虫 (小有名气)
★ ★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
314977903: 金币+1 2014-01-17 16:29:09
你们这种棒材应该形成了带状组织，以至于材料各向异性
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20楼2013-12-13 23:27:53
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我是李凯

木虫 (著名写手)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
你们这种棒材应该形成了带状组织，以至于材料各向异性
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21楼2014-01-16 13:58:33
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shily

木虫 (小有名气)
引用回帖:
11楼: Originally posted by hitbyg at 2013-10-24 10:48:00
是不是轧制成型的啊，感觉像是各向异性，存在纤维组织！

对棒材的径向和轴向都取样进行了金相分析，晶粒尺寸基本一样，而且都是等轴晶粒，不存在纤维组织。
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22楼2014-01-18 19:44:14
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shily

木虫 (小有名气)
引用回帖:
13楼: Originally posted by dongshiyuan at 2013-10-26 09:25:50
这个你可以参考具体的文献的《材料力学性能》、《腐蚀与防护》、《摩擦磨损》

谢谢
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23楼2014-01-18 19:44:32
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shily

木虫 (小有名气)
引用回帖:
15楼: Originally posted by laoliufight at 2013-10-27 22:51:54
你这个是什么材料，有牌号吗？

非典型牌号，我们自己研发的一种材料。
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24楼2014-01-18 19:44:57
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shily

木虫 (小有名气)
引用回帖:
16楼: Originally posted by 799331577 at 2013-12-01 17:38:22
根据你说的 拉伸和压缩的方向是垂直的关系吧  是不是与晶体的各向异性原因，柱状晶沿纤维拉伸的时候应该是塑性断裂，，垂直纤维压力的时候就不一样了吧

对棒材的径向和轴向都取样进行了金相分析，晶粒尺寸基本一样，而且都是等轴晶粒，不存在纤维组织。
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25楼2014-01-18 19:45:06
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shily

木虫 (小有名气)
引用回帖:
17楼: Originally posted by peterflyer at 2013-12-01 22:37:58
这种现象可能要归结于材料经过加工后，其性能具有严重的方向性。

对棒材的径向和轴向都取样进行了金相分析，晶粒尺寸基本一样，而且都是等轴晶粒，不存在纤维组织。
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26楼2014-01-18 19:45:15
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shily

木虫 (小有名气)
引用回帖:
18楼: Originally posted by 674509968 at 2013-12-02 18:28:53
相比于其他纤维材料可能存在方向性的力的变化，对于金属，方向性应该是没有影响的，可以从力学上分析，是否由于钢棒的尺寸问题长度过长的，存在偏心受压，而造成影响

能否说得再详细点？或者有没有具体的例子可供参考？谢谢！
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27楼2014-01-18 19:46:08
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shily

木虫 (小有名气)
引用回帖:
20楼: Originally posted by 风云无敌gk at 2013-12-13 23:27:53
你们这种棒材应该形成了带状组织，以至于材料各向异性

对棒材的径向和轴向都取样进行了金相分析，晶粒尺寸基本一样，而且都是等轴晶粒，不存在纤维组织。
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28楼2014-01-18 19:46:20
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shily

木虫 (小有名气)
引用回帖:
21楼: Originally posted by 我是李凯 at 2014-01-16 13:58:33
你们这种棒材应该形成了带状组织，以至于材料各向异性

对棒材的径向和轴向都取样进行了金相分析，晶粒尺寸基本一样，而且都是等轴晶粒，不存在纤维组织。
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29楼2014-01-18 19:46:27
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shily

木虫 (小有名气)
引用回帖:
19楼: Originally posted by hitbyg at 2013-12-12 16:57:09
你用的材料存在各向异性吧

对棒材的径向和轴向都取样进行了金相分析，晶粒尺寸基本一样，而且都是等轴晶粒，不存在纤维组织。您说的各向异性是指这个吗？
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30楼2014-01-18 19:47:16
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hitbyg

铜虫 (正式写手)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
30楼: Originally posted by shily at 2014-01-18 19:47:16
对棒材的径向和轴向都取样进行了金相分析，晶粒尺寸基本一样，而且都是等轴晶粒，不存在纤维组织。您说的各向异性是指这个吗？...

是的，那这个就不好解释了
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31楼2014-01-20 13:04:55
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tanjuncn

铁杆木虫 (著名写手)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
重复你的实验！这是第一步~
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32楼2014-01-30 18:32:47
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seebrightplan

木虫 (著名写手)
★
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只能解释为织构或成分偏析等
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33楼2014-02-03 14:47:42
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qmgyc

铁杆木虫 (正式写手)
★
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建议重复实验。如果还是这样的结果，建议考虑材料成分分布和界面状态。
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34楼2014-02-03 18:31:12
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独立主格

新虫 (初入文坛)
★
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压缩的时候脆断的力是剪应力，沿横截面45度方向上的剪力断开，拉伸的时候是轴向力，先把这两个实验的断裂的力的类型认识清楚，应该还是晶粒取向的问题
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36楼2015-02-01 14:35:49
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justmse

新虫 (初入文坛)
★
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保障取样方位与受力方向的一致性，解决了吗？
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37楼2015-02-07 16:09:02
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xing_mse

银虫 (初入文坛)
★
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加载方式确实会对材料的断裂行为产生影响，一般来讲压缩试验应力状态较软，你这种情况似乎与这种解释不符。。。可能是材料本身的问题
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38楼2015-02-09 11:24:23
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