關(guān)于脆性金屬材料性能求助

非法用戶

設(shè)計(jì)中一個(gè)零件選用了一種鎂合金材料，強(qiáng)度極限約300MPa，屈服極限約220MPa，延伸率約1.5%。
按工況進(jìn)行了有限元仿真，應(yīng)力集中處最大應(yīng)力約200MPa，結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生破壞。但是實(shí)際做加載試驗(yàn)，并貼應(yīng)變片進(jìn)行監(jiān)測(cè)，會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)加載到工況載荷時(shí)應(yīng)變測(cè)量值達(dá)到一個(gè)峰值后會(huì)緩慢持續(xù)下降，零件本身看不出失效。約10分鐘后，在零件表面出現(xiàn)一條從應(yīng)力集中處開(kāi)始的裂紋。重復(fù)幾次試驗(yàn)都是這種結(jié)果。請(qǐng)教大家?guī)讉�(gè)問(wèn)題：
1.延伸率1.5%肯定是脆性材料了，一般認(rèn)為脆性材料的破壞應(yīng)該是非�？斓�，基本是一旦到強(qiáng)度極限瞬間就應(yīng)該破壞了�？稍囼�(yàn)發(fā)現(xiàn)零件出現(xiàn)裂紋是個(gè)緩慢的過(guò)程，就像掰饅頭一樣，一點(diǎn)點(diǎn)的裂開(kāi)，甚至有幾個(gè)試驗(yàn)件雖然應(yīng)變測(cè)量值在下降，但最后零件表面并沒(méi)有出現(xiàn)裂紋。脆性材料在什么條件下會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象？
2.試驗(yàn)時(shí)零件加載是通過(guò)擰緊一個(gè)螺釘施加壓力，理論上當(dāng)零件發(fā)生塑性變形也好、出現(xiàn)裂紋失效也好，螺釘這個(gè)預(yù)緊力應(yīng)該很快降低，應(yīng)變降到一定程度應(yīng)該不再變化吧，為什么實(shí)際應(yīng)變是持續(xù)下降呢？
3.當(dāng)初選用這個(gè)材料時(shí)有人覺(jué)得延伸率太低不能用，但設(shè)計(jì)師覺(jué)得仿真算下來(lái)強(qiáng)度夠了，只要材料沒(méi)有內(nèi)部缺陷哪怕延伸率低也沒(méi)問(wèn)題，這種看法是否正確？
4.設(shè)計(jì)師選材料時(shí)只關(guān)注了強(qiáng)度極限、屈服極限、延伸率這幾個(gè)指標(biāo)，但現(xiàn)在看下來(lái)應(yīng)該還有其它材料參數(shù)會(huì)影響零件使用，請(qǐng)問(wèn)對(duì)脆性材料，除了這幾個(gè)指標(biāo)，還應(yīng)該關(guān)注哪些參數(shù)呢？

魍者歸來(lái)

不知道啥工況，啥結(jié)構(gòu)，不好瞎說(shuō)。不過(guò)常見(jiàn)鎂合金的最優(yōu)工作環(huán)境都不是室溫。你要確認(rèn)一下零件的工況溫度和實(shí)驗(yàn)的溫度是否一致。鎂合金的晶體結(jié)構(gòu)注定了低溫下的性能不是那么nice

冷水黃金

脆性材料在高應(yīng)力情況下，只能承受壓應(yīng)力。
拉應(yīng)力很難控制應(yīng)力集中，材料質(zhì)量、加工質(zhì)量、使用質(zhì)量、環(huán)境等，應(yīng)力集中數(shù)十到上百倍小意思。
手冊(cè)把脆性材料定為5% ，我估計(jì)也是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)、研究、使用總結(jié)的：當(dāng)達(dá)到某個(gè)范圍時(shí)，能很好通過(guò)微變形抵消或分散應(yīng)力集中。
所以設(shè)計(jì)人員水平還有待磨練。

大蘿卜

1，設(shè)計(jì)時(shí)工況選擇跟實(shí)際工況有差異；
2，安全系數(shù)不足

非法用戶

問(wèn)題補(bǔ)充說(shuō)明：
1.圖1為零件結(jié)構(gòu)，零件上開(kāi)一深窄槽（長(zhǎng)60，寬4，深25），槽一邊開(kāi)沉頭腰型孔，另一邊為M6螺紋。
2.圖2為零件安裝結(jié)構(gòu)。零件通過(guò)深窄槽插入底座耳片上，通過(guò)螺釘擰緊（力矩6N.m，計(jì)算時(shí)按5000N預(yù)緊力），加緊底座耳片（厚度3.85）實(shí)現(xiàn)零件固定。圖中裂紋是將表面出現(xiàn)裂紋的試驗(yàn)件人為分解后內(nèi)部裂紋走向，試驗(yàn)過(guò)程中并未完全斷開(kāi)。
3.圖3為零件表面的裂紋走向，其中紅色、藍(lán)色裂紋為兩次試驗(yàn)的裂紋結(jié)果，為方便查看，畫(huà)在一張圖上了。從試驗(yàn)件斷口分析可知腰型槽底部圓角為裂紋起始點(diǎn)。
4.圖4為有限元仿真云圖，腰型槽底部圓角處（R0.5）應(yīng)力最大，約220MPa（所截圖不是實(shí)際載荷大小，不用看圖標(biāo)上的應(yīng)力值），破壞的話也應(yīng)該從這開(kāi)始。
5.目前該零件已經(jīng)安裝了近1000件，4件出現(xiàn)了裂紋，如果是設(shè)計(jì)余量不足，出問(wèn)題的數(shù)量應(yīng)該遠(yuǎn)不止4件。而且材料要求性能是不小于250MPa，從零件上截取試樣實(shí)測(cè)性能能達(dá)到280MPa以上，材料強(qiáng)度也沒(méi)問(wèn)題。大家討論下來(lái)有這么幾個(gè)問(wèn)題：
1.為什么無(wú)論是零件實(shí)際安裝還是做驗(yàn)證試驗(yàn)，裂紋都是很緩慢的出現(xiàn)，破壞形式和以往對(duì)脆性材料的理解不一致。
2.在零件材料實(shí)際性能遠(yuǎn)大于仿真應(yīng)力的情況下仍有4件出現(xiàn)裂紋，應(yīng)該是有除材料強(qiáng)度之外的其它因素出現(xiàn)了波動(dòng)，目前尚未找到。
3.仿真時(shí)擰緊力矩6N.m轉(zhuǎn)換為預(yù)緊力5000N，可能與實(shí)際預(yù)緊力不一致，還要進(jìn)一步驗(yàn)證。

fangyunsheng

1. 從圖3看，左下角出現(xiàn)干涉（底座圓角處），是模型錯(cuò)誤，還是實(shí)物也是如此？
2. 不知道受力情況，根據(jù)圖片，M6螺釘擰緊過(guò)程中，零件長(zhǎng)槽腔被底座支撐著（或者間隙很大），這時(shí)候零件只是受局部壓力，看你說(shuō)的裂紋，好像零件長(zhǎng)槽內(nèi)是空的，被壓潰一樣；
3. 是不是真像圖3那樣有干涉，導(dǎo)致螺釘夾緊過(guò)程中產(chǎn)生了彎曲應(yīng)力？從名字看，下面的件叫底座，用來(lái)支撐的？怎么個(gè)受力情況？

非法用戶

fangyunsheng 發(fā)表于 2022-4-18 13:31
1. 從圖3看，左下角出現(xiàn)干涉（底座圓角處），是模型錯(cuò)誤，還是實(shí)物也是如此？
2. 不知道受力情況，根據(jù)圖 ...

模型中左邊的倒角生成錯(cuò)誤，實(shí)際零件是有倒角的，沒(méi)有干涉。
設(shè)計(jì)上槽的寬度為4（0，+0.1），支耳厚度4（-0.17，-0.05），設(shè)計(jì)最大間隙0.27，實(shí)物間隙一般在0.15左右。
破壞過(guò)程應(yīng)該是從應(yīng)力最大處（沉孔根部圓角處）開(kāi)始，然后擴(kuò)展。問(wèn)題是計(jì)算上即便是圓角處的最大應(yīng)力也未達(dá)到材料要求的屈服強(qiáng)度，而材料實(shí)測(cè)強(qiáng)度更高。還有就是為什么脆性材料這個(gè)裂紋擴(kuò)展過(guò)程卻非常緩慢，基本要10分鐘以上才會(huì)在表面看到裂紋。此外，破壞受力部位是由于螺釘預(yù)緊力，可是如果發(fā)生塑性變形或者出現(xiàn)裂紋有了位移，預(yù)緊力應(yīng)該馬上降低，裂紋應(yīng)該不會(huì)繼續(xù)擴(kuò)展吧。

cumtbm02

安全系數(shù)太低了。對(duì)于仿真，有個(gè)不一定正確的想法，如果仿真結(jié)果不行，那就一定不能做，如果仿真結(jié)果可行，實(shí)際工況也不一定可行。因?yàn)樵诜抡娼�模的過(guò)程中，有太多的設(shè)置和實(shí)際工況不一致

fangyunsheng

非法用戶 發(fā)表于 2022-4-18 15:24
模型中左邊的倒角生成錯(cuò)誤，實(shí)際零件是有倒角的，沒(méi)有干涉。
設(shè)計(jì)上槽的寬度為4（0，+0.1），支耳厚度4 ...

出現(xiàn)裂紋了，如果沒(méi)有完全消除應(yīng)力，裂紋肯定會(huì)繼續(xù)增大，直到應(yīng)力完全消失以后，尤其是脆性材料。
0.15mm的間隙看著好像不大，但是要看比例啊，受力點(diǎn)距離支撐點(diǎn)（斷裂點(diǎn)）的距離看圖應(yīng)該不遠(yuǎn)，按變形比例就應(yīng)該不小了。如果有可能，中間塞片不銹鋼片或者銅皮試試，消除一些間隙。
另外檢查一下那個(gè)槽底部，是不是圓弧過(guò)渡，圖可以任意畫(huà)，但加工出來(lái)是不是這樣的就不好說(shuō)了。

丹楓911

fangyunsheng 發(fā)表于 2022-4-19 08:13
出現(xiàn)裂紋了，如果沒(méi)有完全消除應(yīng)力，裂紋肯定會(huì)繼續(xù)增大，直到應(yīng)力完全消失以后，尤其是脆性材料。
0.15 ...

說(shuō)的有道理，我們以前用磨具鋼做了一個(gè)淬火件，硬度HRC60,安裝時(shí)也是有個(gè)小間隙，裂開(kāi)好幾個(gè)，后來(lái)加了個(gè)不銹鋼墊解決的。