Duktil fraktur, även känd somplastfrakturellerdragöverbelastningsbrott, hänvisar till en typ av brott som uppstår när belastningen som appliceras på ett metalliskt material överstiger dess sträckgräns, vilket resulterar i betydande makroskopisk plastisk deformation före brott. Därför kallas det ocksåduktil överbelastningsfraktur.
Ett typiskt exempel är brottet på ett jämnt dragprov under enaxlig statisk belastning, som visas i figuren nedan. Brottytan uppvisar en klarhångelfenomen nära rasten. Makroskopiskt har brottytan enkopp-och-konform: det centrala området visasfibrösochmörkgråi färg, allmänt orienteradvinkelrättill dragspänningsriktningen, medan den yttre regionen harklippa läpparsom bildar vid ungefär a45 graders vinkeltill dragaxeln.
I praktiska tillämpningar kan formen på komponenter och krafterna de upplever vara ganska komplexa, så de makroskopiska sprickmorfologiska egenskaperna kanske inte är uppenbara. Men den primära grunden för att skilja mellanduktil frakturochspröd frakturär närvaron eller frånvaron av betydande makroskopisk plastisk deformation nära frakturen.
Ur brottmekanismens perspektiv i metalliska material finns det två huvudtyper:glidsepareringochduktil gropar fraktur.
Slipseparationhänvisar till fenomenet där atomerna inom materialets kristallstruktur under yttre kraft upplever att de glider i förhållande till specifika kristallplan och riktningar på grund av skjuvspänning, vilket är känt somglida. När denna glidning sker diskontinuerligt eller ojämnt, eller när den hindras vid korngränser, fasgränser eller andra gränssnitt, bildas små luckor eller sprickor på dessa platser, vilket leder tillglidseparering. Ren glidseparationsbrott är relativt sällsynt i metalliska material.
Duktil gropar frakturär den vanligaste typen. Mekanismen för sprickbildning och fortplantning i detta läge är följande: metalliska material innehåller olika diskontinuiteter såsom hålrum, inneslutningar, andra-faspartiklar, korngränser och fasgränser. När de utsätts för överbelastningsspänningar (som överstiger sträckgränsen), utvecklas spänningskoncentrationer i dessa lokala regioner, vilket orsakar plastisk deformation. När deformationen fortskrider bildas mikrohålrum vid dessa diskontinuiteter eller gränssnitt. När spänningen fortsätter att öka växer mikrohålrummen och sammansmälta, för att så småningom ansluta till mikrosprickor. Under fortsatt stress expanderar dessa mikrosprickor långsamt tills de når en kritisk storlek, vilket leder till brott. Dessa mikrohålrum kallasformbara gropar(ellerplastgropar). Den typiska morfologin för duktila fördjupningar som observeras under SEM visas i figuren nedan, där andra-faspartiklar eller inneslutningar också kan ses längst ner på fördjupningarna.
Under olika stresstillstånd, morfologin avformbara groparpå en duktil fraktur varierar också. Generellt kan de delas in i tre typer:likaxliga gropar(under dragspänning),tårgropar(under rivstress, läge I), ochklippa gropar(under skjuvspänning, Mode II och Mode III).
I praktisk frakturmorfologianalys observeras det ofta att alla tre typerna avduktil fördjupningmorfologier kan dyka upp. Detta beror i allmänhet på det komplexa spänningstillstånd som materialet upplever, eller, under enkla spänningsförhållanden, när sprickan fortplantar sig, inträffar lokala spänningsförändringar, vilket resulterar i skillnader i gropars morfologi.
Dessutom kan vi inte bara fastställa att en fraktur ärformbarbaserat på förekomsten av många gropar i det lokala sprickområdet. Duktila gropar är inte en nödvändig och tillräcklig förutsättning förduktil fraktur, eftersom i verkliga situationer, mångablandade frakturerkan förekomma, som t.exkvasi-klyvningsfrakturer. Därför är det fortfarande nödvändigt att kombinera både makroskopisk och mikroskopisk analys för att bestämma spricktypen, förstå felmekanismen, identifiera grundorsaken till sprickfelet och föreslå förslag för att förbättra materialet, komponentdesign, tillverkningsprocesser och användningsmiljöer.
Under vilka förhållanden är det mer sannolikt att duktil fraktur uppstår? Vilken faktor som helst som ökarduktilitet(minskarsprödhet) kommer att främja uppkomsten av duktila frakturer. Följande punkter sammanfattar nyckelfaktorerna:
Överlägsen mikrostruktur:Olika mikrostrukturer kan leda till olika frakturer under samma förhållanden. Till exempel har härdad martensit bättre duktilitet, medan perlit + ferrit har relativt lägre duktilitet. Den förra är mer benägna att uppleva duktila frakturer.
Fin-struktur:Generellt gäller att ju finare korn desto bättre formbarhet. Dessutom är defekterna i finkorniga-strukturer ofta mindre, så högre spänning krävs för brott.
Tuffa inneslutningar eller andra-faspartiklar:Tuffa inneslutningar eller andra-faspartiklar minskar i allmänhet inte materialets duktilitet. Ibland kan en andra fas av plast till och med förbättra materialets duktilitet. Som visas i diagrammet nedan ärformbara groparinnehåller en betydande mängd sulfidinneslutningar av typ A, men materialet uppvisar fortfarandeduktil överbelastningsfraktur.
Rena råvaror:Förbättra materialets renhet, såsom att uppmärksamma införandet av externa föroreningselement under ståltillverkning, minska skadliga föroreningar i materialet och minimera möjligheten attintergranulär sprödhetochandra-fas spröda inneslutningar.
Bra strukturell design:Undvika spänningskoncentrationer, såsom att minska skarpa hörn, skåror etc. och utforma en struktur som säkerställer en jämn lastfördelning.
Bra driftsmiljö (temperatur, medium förhållanden, etc.):Minimera exponeringen för frätande media och miljöer med låg-temperatur. Om sådana förhållanden krävs bör miljökänsligheten beaktas vid utformningen av materialet.
Förduktil fraktur, i praktiska tillämpningar tillåter det betydande deformation utan plötslig fraktur. Därför ur detta perspektiv, jämfört medspröd fraktur, duktil fraktur är ett mer acceptabelt fraktursätt. Men om materialdesign, produktion och användningsprocesser kontrolleras ordentligt i varje steg, kan onödiga brottincidenter undvikas, vilket minskar egendomsförluster för både företag och nationer.
