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解理弹簧断口微观形貌特征

解理弹簧断口微观形貌特征
  在实际使用的金属弹簧材料中晶体取向是无序的,解理弹簧裂缝沿不同取向解理面扩展过程中弹簧裂缝会相交成具有不同特征的花样,其中最突出最常见的特征是河流花样,另外还有舌状花样、扇形花样、鱼骨状花样、瓦纳线及二次裂纹。
  
  一、河流花样
  
  解理裂纹沿晶粒内许多个互相平行的解理面扩展时相互平行的裂纹通过二次解理;与螺位错相交;撕裂或通过基体和孪晶的界。
  
  面发生开裂而相互连接,由此产生的条纹花样类似河流称为河流花样;见图4-3解理裂纹扩展过程中为减少能量的消耗,河流花样会趋于小河流合并成大河流。根据河流的流向可以判断裂纹扩展方向及由此找出裂纹源,见图4-4。
  
  1、解理台阶产生机制
  
  ①两个不在同一个平面上的解理裂纹通过与主解理面相垂直的二次解理形成解理台阶,如图4-5,4-6,4-7所示。
  
  ②解理裂纹与螺位错相交截形成台阶。解理裂纹与螺位错相交产生一个布氏矢量大小的台阶。裂纹扩展过程中如与多个同号螺位错相交,矢量不断迭加,达到一定程度便产生一个能够观察到的台阶:.裂纹与异号螺位错相交,台阶就抵消或减少,见图4-8。
  
  ③解理裂纹之间产生较大的塑性变形,通过撕裂方式连接形成台阶,如图4-9,4-10,4-11所示。
  
  实际解理断裂中二次解理与撕裂方式可能同时存在。二次解理台阶的高度也随着裂纹扩展不断降低,也可能逐渐被撕裂代替。
  
  ④通过基体和孪晶的界面发生开裂连接形成台阶,见图4-12,4-13所示。
  
  2、河流花样的起源及在扩展中的形态变化
  
  ① 加河流花样起源于有界面存在的地方:晶界、亚晶界、孪晶界,见图4-14、4-15。
  
  ② 河流花样起源于夹杂物或析出相,见图4-16,4-17。
  
  ③ 河流花样起源于晶粒内部,这是由于解理面一与螺型位错交截所致,图4-18。
  
  河流花样在扩展过程中遇到倾斜晶界、扭转晶界和普通大角度晶界时河流形态发生变化。
  
  裂纹与小角度倾斜晶界相交时,河流连续地穿过晶界。小角度倾斜晶界是由刃型位错组成。晶界两侧晶体取向差小,两侧品体的解理面也只倾斜一个小角度。因此裂纹穿过时河流花样顺延到下一个晶粒。图4-19为示意图,图4-20为弹簧断口照片。
  
  河流花样穿过扭转晶界时将发生河流的激增。扭转晶界又称孪晶界,两侧晶体以晶界为公共界面旋转了一个角度:因此解理裂纹不能简单的穿过晶界,必须重新形核后才能沿新的解理面扩展。由此造成晶界处河流花样激增。见图4-21示意图,图4-22为弹簧断口照片。
  
  裂纹穿过普通大角度晶界时,山于品界位错密度高、位向差大、会产生大量的河流,晶界两侧河流台阶的高度差大,见图4-23。
  
  二、“舌状花样”
  
  舌状花样是在解理面上出现“舌头”状的断裂特征。并不是在所有材料的解理断裂中都能看到舌状花样‘,体心立方晶体在低温和快速加载时及密排夕‘方金属材料中由于孪生是主要形变方式,弹簧断口上经常可见到舌状花样,见图4-24。舌状花样形成机理示意见图4-25。解理主裂纹在100面上沿110方向由A扩展到B,在B处与孪晶相遇,这时它将改变方向沿孪晶与基体的界面112、111方向扩展到C,当与主裂纹之间的材料发生撕裂时沿CD扩展,然后裂纹又回到100面上继续断裂。如与主裂纹之间的材料发生二次解理则按图示CH方向扩展。
  
  舌状花样成对出现,在弹簧断口中的一个断面上是凸出的,那么在另一断面上是凹的。舌头表面一般很光滑。
  
  在钢铁材料中常见的舌状花样为100与112,它们之间夹角为35度16。另外还有112与100夹角为48度12,112与110之间的夹角为125度26。

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