關(guān)于脆性金屬材料性能求助

非法用戶

設(shè)計中一個零件選用了一種鎂合金材料，強度極限約300MPa,，屈服極限約220MPa,，延伸率約1.5%,。
按工況進行了有限元仿真，應(yīng)力集中處最大應(yīng)力約200MPa,，結(jié)構(gòu)不會發(fā)生破壞。但是實際做加載試驗,，并貼應(yīng)變片進行監(jiān)測,，會發(fā)現(xiàn)當(dāng)加載到工況載荷時應(yīng)變測量值達到一個峰值后會緩慢持續(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)力集中處開始的裂紋。重復(fù)幾次試驗都是這種結(jié)果,。請教大家?guī)讉�問題：
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)該是非常快的,，基本是一旦到強度極限瞬間就應(yīng)該破壞了,。可試驗發(fā)現(xiàn)零件出現(xiàn)裂紋是個緩慢的過程,，就像掰饅頭一樣,，一點點的裂開，甚至有幾個試驗件雖然應(yīng)變測量值在下降,，但最后零件表面并沒有出現(xiàn)裂紋,。脆性材料在什么條件下會出現(xiàn)這種現(xiàn)象？
2.試驗時零件加載是通過擰緊一個螺釘施加壓力,，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,，為什么實際應(yīng)變是持續(xù)下降呢？
3.當(dāng)初選用這個材料時有人覺得延伸率太低不能用,，但設(shè)計師覺得仿真算下來強度夠了,，只要材料沒有內(nèi)部缺陷哪怕延伸率低也沒問題，這種看法是否正確,？
4.設(shè)計師選材料時只關(guān)注了強度極限,、屈服極限、延伸率這幾個指標(biāo),，但現(xiàn)在看下來應(yīng)該還有其它材料參數(shù)會影響零件使用,，請問對脆性材料，除了這幾個指標(biāo),，還應(yīng)該關(guān)注哪些參數(shù)呢,？

魍者歸來

不知道啥工況,，啥結(jié)構(gòu)，不好瞎說,。不過常見鎂合金的最優(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驗的溫度是否一致。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,。
手冊把脆性材料定為5% ，我估計也是經(jīng)過長期實驗,、研究,、使用總結(jié)的：當(dāng)達到某個范圍時，能很好通過微變形抵消或分散應(yīng)力集中,。
所以設(shè)計人員水平還有待磨練,。

大蘿卜

1,，設(shè)計時工況選擇跟實際工況有差異,；
2，安全系數(shù)不足

非法用戶

問題補充說明：
1.圖1為零件結(jié)構(gòu),，零件上開一深窄槽（長60,，寬4，深25）,，槽一邊開沉頭腰型孔,，另一邊為M6螺紋。
2.圖2為零件安裝結(jié)構(gòu),。零件通過深窄槽插入底座耳片上,，通過螺釘擰緊（力矩6N.m，計算時按5000N預(yù)緊力）,，加緊底座耳片（厚度3.85）實現(xiàn)零件固定,。圖中裂紋是將表面出現(xiàn)裂紋的試驗件人為分解后內(nèi)部裂紋走向，試驗過程中并未完全斷開,。
3.圖3為零件表面的裂紋走向,，其中紅色,、藍色裂紋為兩次試驗的裂紋結(jié)果，為方便查看,，畫在一張圖上了,。從試驗件斷口分析可知腰型槽底部圓角為裂紋起始點。
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)計余量不足，出問題的數(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測性能能達到280MPa以上，材料強度也沒問題,。大家討論下來有這么幾個問題：
1.為什么無論是零件實際安裝還是做驗證試驗,，裂紋都是很緩慢的出現(xiàn)，破壞形式和以往對脆性材料的理解不一致,。
2.在零件材料實際性能遠(yuǎn)大于仿真應(yīng)力的情況下仍有4件出現(xiàn)裂紋,，應(yīng)該是有除材料強度之外的其它因素出現(xiàn)了波動，目前尚未找到,。
3.仿真時擰緊力矩6N.m轉(zhuǎn)換為預(yù)緊力5000N,，可能與實際預(yù)緊力不一致，還要進一步驗證,。

fangyunsheng

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

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）,，是模型錯誤，還是實物也是如此,？
2. 不知道受力情況,，根據(jù)圖 ...

模型中左邊的倒角生成錯誤，實際零件是有倒角的,，沒有干涉,。
設(shè)計上槽的寬度為4（0，+0.1）,，支耳厚度4（-0.17,，-0.05），設(shè)計最大間隙0.27,，實物間隙一般在0.15左右,。
破壞過程應(yīng)該是從應(yīng)力最大處（沉孔根部圓角處）開始，然后擴展,。問題是計算上即便是圓角處的最大應(yīng)力也未達到材料要求的屈服強度,，而材料實測強度更高。還有就是為什么脆性材料這個裂紋擴展過程卻非常緩慢,，基本要10分鐘以上才會在表面看到裂紋,。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)該不會繼續(xù)擴展吧,。

cumtbm02

安全系數(shù)太低了,。對于仿真，有個不一定正確的想法,，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,，實際工況也不一定可行,。因為在仿真建模的過程中，有太多的設(shè)置和實際工況不一致

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誤，實際零件是有倒角的,，沒有干涉,。
設(shè)計上槽的寬度為4（0，+0.1）,，支耳厚度4 ...

出現(xiàn)裂紋了,，如果沒有完全消除應(yīng)力，裂紋肯定會繼續(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,，受力點距離支撐點（斷裂點）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,。
另外檢查一下那個槽底部，是不是圓弧過渡,，圖可以任意畫,，但加工出來是不是這樣的就不好說了。

丹楓911

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

說的有道理，我們以前用磨具鋼做了一個淬火件,，硬度HRC60,安裝時也是有個小間隙,，裂開好幾個，后來加了個不銹鋼墊解決的,。