Chapter金属在单向静拉伸载荷下的力学性能.ppt

图1-17 板状矩形试样拉伸断口的三个区域示意图 图1-16 光滑圆柱试样拉伸断口的三个区域示意图 图1-18 杯锥状断口的形成示意图 断口形成过程如下： 三、断裂机理及微观断口特征 (一) 解理脆性断裂机理 1、甄纳-斯特罗的位错塞积理论 (1) 解理裂纹的形成 思想：滑移时位错遇到障碍产生应力集中。 ① 激发相邻晶粒位错源开动—塑性变形。 ② 相邻晶粒不屈服，应力集中足够大，发生正断—形成解理裂纹。 图1-19 位错塞积形成裂纹 (2) 解理裂纹的长大和扩展 解理断裂过程：塑性变形形成裂纹；裂纹在同一晶粒内初期长大；裂纹越过晶界向相邻晶粒扩展。 图1-20 解理裂纹形成、长大和扩展示意图 解理裂纹扩展的临界条件： σc表示长度相当于直径d的裂纹扩展所需要的应力，或裂纹体的实际断裂强度。 屈服时产生解理断裂(动力学)条件： 图1-21 晶粒大小对低碳钢屈服应力和断裂应力的影响 解理裂纹扩展的条件：存在拉应力；表面能γs较低；裂纹长度大于临界尺寸。 图1-21 位错反应形成裂纹 2、柯垂耳位错反应理论 晶内解理和bcc晶体，可以借助位错反应形成裂纹。 解理裂纹扩展的临界条件及屈服时产生解理断裂的条件与位错塞积理论相同。 两种解理裂纹形成模型的共同之处： (1) 裂纹形核前均需塑性变形； (2) 位错运动遇界面受阻，在一定条件下形成裂纹。 (二) 脆性断裂的微观断口特征 1、解理断裂的微观断口特征 解理面：在正应力作用下沿一定晶体学平面所产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。 解理刻面：大致以晶粒大小为单位的解理面，称解理刻面。 解理断裂的基本微观特征有解理台阶、河流花样和舌状花样。 (1) 解理台阶和河流花样 解理台阶是沿两个高度不同的平行解理面上扩展的解理裂纹相交时形成的。 解理台阶汇合台阶高度足够大时就形成了河流状花样。 关于河流花样 ① 是解理断裂最典型的微观特征； ② 判断是否解理断裂的重要微观依据； ③ 顺河流反方向可找到裂纹源。 (2) 舌状花样 解理裂纹沿孪晶界扩展留下的舌状凹坑或凸台。 2、准解理的微观断口特征 准解理：由于晶体内存在弥散硬质点，解理裂纹起源于晶内硬质处点，其扩展不是严格沿着一定晶体学平面，微观形态似解理河流又非真正解理，故称准解理。 (1) 准解理与解理的相同点 都是穿晶断裂；有小解理刻面；有解理台阶或撕裂棱及河流花样。 (2) 准解理与解理的不同点 ① 准解理小刻面不是晶体学解理面； ②真正解理裂纹常源于晶界，而准解理裂纹则常源于晶内硬质点； ③ 准解理不是一种独立的断裂机理，而是解理断裂的变种。 3、沿晶断裂的微观断口特征 晶界上有脆性第二相薄膜或杂质元素偏聚均可产生沿晶脆性断裂。最典型的微观特征是具有冰糖状形貌。 图1-22 冰糖状断口 (三) 韧性断裂机理 1、微孔聚集断裂机理 微孔聚集型韧性断裂包括微孔形核、长大、聚合、断裂等过程。 微孔是通过第二相(或夹杂物)质点本身破裂、或第二相(或夹杂物)与基体界面脱离而成核的。 图1-23 裂纹在夹杂物边界上首先形成并长大的示意图 2、微孔聚集断裂的微观断口特征 圆形或椭圆形的韧窝。 注意 (1) 微孔聚集断裂一定有韧窝存在。 (2) 但微观形态上出现韧窝，其宏观上不一定就是韧性断裂。 四、断裂强度 (一) 理论断裂强度 理论断裂强度：是指在正应力作用下，将晶体的两个原子面沿垂直于外力方向拉断所需的应力。是晶体在弹性状态下的最大结合力。 图1-24 原子间作用力和原子间位移关系曲线 (1) 设：原子间的结合力随原子间的位移按正弦曲线变化，σm为理论断裂强度。 根据胡克定律： 合并两式消x： 如何消除λ呢？ 脆性断裂时消耗的功＝裂纹两个表面的表面能。 带入(Eq.1)得到理想