脆性断裂：特征和危害解析

1.脆性断裂的基本特征

通过对脆断事故的分析和研究，发现脆性断裂一般具有如下特征：

1）断裂时没有明显的塑性变形、断口平直，一般与主应力垂直，边缘无剪切唇，断后断块能拼凑起来，两断口吻合得很好。

2）断裂过程消耗能量小，断裂速度快，具有突发性，不易预防。

3）断口的颜色光亮，呈晶粒状。断口表面平整，一般与主应力垂直。

4）断口的宏观外貌上有裂纹扩展时留下的人宇形线纹或放射性线纹，如图10-5所示。人宇形线纹顶点和放射纹源为裂纹源，线纹方向为裂纹扩展方向。

5）微观断口（电子金相分析）为解理断口、准解理断口或沿晶断口。

2.脆性断裂的危害

脆断一般都在应力不高于结构的设计许用应力和没有显著的塑性变形的情况下发生，并瞬时扩展到结构整体，具有突然破坏的性质，不易事先发现和预防，因此往往造成人员伤亡和财产的巨大损失。

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图10-5 脆性断口的线纹

a）人宇形线纹 b）放射性线纹

自从焊接结构得到广泛应用以来，许多国家都发生过一些焊接结构的脆性断裂事故。虽然发生脆断事故的焊接结构数量与安全工件的焊接结构数量相比是很少的，例如英国对原子能压力容器失效调查统计（见表10-2）表明无论在制造中或运行中，脆断事故的比例是很低的。但是，由于这种事故具有突然发生不易预防的特点，其后果往往是十分严重的，甚至是灾难性的，所以它引起了世界范围有关人员的高度重视。

表10-2 压力容器失效调查统计 （单位：%）

圆筒形储罐和球形储罐的破坏事故更为严重，如1944年10月20日美国东俄亥俄州煤气公司液化天然气储存基地，该基地装有三台内径为17.4m的球形储罐，一台直径为21.3m、高为12.8m的圆筒形储罐。事故是由圆筒形储罐开始的，首先在其1/3～1/2的高度处喷出气体和液体，接着发出雷鸣般的响声，并迅速转化为火焰，然后储罐爆炸，酿成大火，20min后，一台球罐因底脚过热而倒塌爆炸，使灾情进一步扩大。这次事故造成128人死亡，损失达680万美元。另一起事故发生在1971年西班牙马德里，一台5000m³球形煤气储罐，在水压试验时三处开裂而破坏，死伤15人。

这些不幸事件，引起了科技人员对金属结构脆性破坏的注意，推动了脆性破坏机理的研究，采用许多试验方法研究各有关因素的影响，取得了不少成果，使脆断事故大为减少。但是，由于问题复杂，有些问题尚未完全解决。

随着国防工业、石油化学工业、机械工业、炼钢工业、电力工业和交通运输业的发展，焊接结构在我国已经得到广泛应用，也曾发生多起脆断事故，因此焊接结构的脆性断裂问题仍是一个应该予以重视的问题。