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铝合金的微观断裂机制与宏观断裂行为

铝合金的微观断裂机制与宏观断裂行为
从微观来看,穿晶破断、穿晶剪切和沿晶开裂时铝合金的三种基本断裂模式。这三种基本断裂模式都是基于同一种断裂机理--微孔形核、长大和聚合(又称为微孔聚合型断裂机制),而第二相质点在基础断裂机理中起着主导作用。
铝合金虽然具有良好的塑性和断裂韧度,但由于铝合金焊接接头的力学和冶金性能的非均质性,接头区存在宏观和微观断裂裂纹源,其受力状态和几何不连续性复杂,所以造成微观断裂机制不是单一的微孔聚合型断裂,更不可能是纯解理断裂,而是以接头区的微裂纹源受力扩展开裂为主,微孔聚合型断裂为辅的混合断裂行为。
事实上,在铝合金基体中,沿特定晶体学平面的解理断裂只在非常特殊的情况下才可能出现,而且常与特定的环境条件有关,环境对铝合金的断裂模式通常有很大的影响。在一般情况下穿晶断裂的铝合金有时可能发生沿晶开了。在某些情况下,环境会改变铝合金断裂微观机理,出现类似解理断裂。对于高强度铝合金而言,其实际的断裂模式通常是混合型的,以一种模式为主,还伴有其他模式。例如,2219铝合金搅拌摩擦焊机头拉伸断口研究表明,其断裂以穿晶剪切为主,但伴有一定程度的累解理型断裂。由于铝合金熔焊接头组织的不均匀型交搅拌摩擦焊接头更大,可以预测在铝合金焊接头的断裂中,仍以剪切型断裂为主,但拉伸断裂的解理所占的比例会明显上升。
就铝合金焊接结构而言,由于铝合金自身具有较高的塑性,其焊接接头的力学性能虽然下降明显,但扔保持较高的断裂韧度,所以其断裂行为宏观上仍然属于延性断裂。
铝合金焊接接头存在的许多裂纹源(如焊接热裂纹、气孔、夹渣等),都可以看做是铝合金微观组织发生穿晶破断、穿晶剪切和沿晶开裂时的“宏观”裂纹源。只不过这些“宏观”裂纹源是由焊接加工形成的。这些存在于铝合金焊接接头的宏观裂纹源,在工作应力和自身的应力集中的共同作用下,裂纹源的尖端发生应力畸变,应力集中加剧,当裂纹端的应变量达到其临界值时,将发生延性断裂;而如果裂纹尖端的应力首先达到其临界值(如裂纹尖端恰好处在接头组织内的脆性相中),则将发生局部微观的类解理断裂。

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