材料的力学性能4.ppt

如果断裂过程为裂纹扩展所控制 ≥ － 扩展的临界应力 ； － 碳化物的表面能 ； E － 弹性模量； － 泊松系数； － 碳化物厚度 4.3 脆性断裂 RAL 4.3.2 脆性断裂的微观特征 （1）解理断裂 解理断裂是沿特定界面发生的脆性穿晶断裂，其微观特征应该是极平坦的镜面。实际的解理断裂断口是由许多大致相当于晶粒大小的解理面集合而成的，这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。在解理刻面内部只从一个解理面发生解理破坏实际上是很少的。在多数情况下，裂纹要跨越若干相互平行的而且位于不同高度的解理面，从而在同一刻面内部出现解理台阶和河流花样。 河流花样是解理台阶的一种标志。解理台阶、河流花样、舌状花样是解理断裂的基本微观特征。 4.3 脆性断裂 RAL 解理断裂 准解理 沿晶断裂 4.3 脆性断裂 RAL 4.3 脆性断裂 RAL 解理台阶的形成： 解理裂纹与螺型位错相交形成； 通过二次解理或撕裂形成。 CD为螺型位错； AB为解理裂纹； 解理裂纹AB与螺型位错交截后形成台阶。 4.3 脆性断裂 RAL 裂纹继续向前扩展，与许多螺型位错相交截，便形成为数众多的台阶。 台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合，同号台阶相互汇合长大，异号台阶汇合则相互消毁，当汇合台阶高度足够大时，便成为在电镜下可以观察到的河流花样。河流花样是判断是否为解理裂纹的重要微观依据。“河流”的流向与裂纹扩展方向一致，所以可以根据“河流”流向确定在微观范围内解理裂纹的扩展方向，而按“河流”反方向去寻找断裂源 。 4.3 脆性断裂 RAL 二次解理： 二次解理是在解理裂纹扩展的两个相互平行解理面间距较小时产生的，当若解理裂纹的上下间距远大于一个原子间距时，两解理裂纹之间的金属会产生较大塑性变形，结果借塑性撕裂而形成台阶。如此形成的台阶称为撕裂棱。 4.3 脆性断裂 RAL 舌状花样 解理断裂的另一微观特征是存在舌状花样，因其在电子显微镜下类似于人舌而得名。 由于解理裂纹沿挛晶界扩展留下的舌头状凹坑或凸台，故在匹配断口上，“舌头”为黑白对应。 （2）准解理 准解理不是一种独立的断裂机制，而是解理断裂的变异。在许多淬火回火钢中，在回火产物中有弥散细小的碳化物，它们影响裂纹形成和扩展。当裂纹在晶粒内扩展时，难于严格地沿一定晶体学平面扩展。断裂路径不再与晶粒位向有关，而主要与细小碳化物质点有关。其微观形态特征，似解理河流但又非真正解理，故称准解理。 准解理与解理的共同点是：都是穿晶断裂；也有小解理刻面；也有台阶或撕裂棱及河流花样。其不同点是：准解理小刻面不是晶体学解理面。真正解理裂纹常源于晶界（位错运动在晶界处塞积），而准解理则常源于晶内硬质点，形成从晶内某点发源的放射状河流花样。 4.3 脆性断裂 RAL （3）沿晶断裂 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，它的最基本微观特征是具有晶界刻面的冰糖状形貌。在脆性第二相引起沿晶断裂的情况下，断裂可以从第二相与基体界面上开始，也可能通过第二相解理来进行。此时，在晶界上可以见到网状脆性第二相或第二相质点。在杂质元素偏聚引起晶界破坏的情况下，晶界是光滑的，看不到特殊的花样。 4.3 脆性断裂 RAL 4.4.1 韧性断裂机理 1）纯剪切断裂 剪切断裂是材料在切应力作用下，沿滑移面分离而造成的分离断裂。高纯金属在韧性断裂过程中，试样内部不产生孔洞，无新界面产生，位错无法从金属内部放出，只能从试样表面放出，断裂靠试样横截面积减到零为止，所以产生的断口都呈尖锥状。 在这种纯的滑移过程或延伸过程中，将产生极大的塑性变形。断面收缩率几乎达到100%。工业用钢高温拉伸时，由于基体屈服强度极低，不易产生孔洞，产生接近高纯金属的高延性效果，断面收缩率可达90%以上，断口形状接近于锥尖。 4.4 韧性断裂 RAL 纯剪切断裂 微孔聚集型断裂 4.4.1 韧性断裂机理 2）微孔聚集型韧性断裂 微孔聚集型韧性断裂包括微孔形成、长大、聚合、断裂等过程。 微孔是通过第二相（或夹杂物）质点本身碎裂，或第二相（或夹杂物）与基体界面脱离而形核的，它们是金属材料在断裂前塑性变形进行到一定程度时产生的。在第二相质点处微孔形核的原因是：位错引起的应力集中；或在高应变条件下因第二相与基体塑性变形不协调而产生分离。 4.4 韧性断裂 RAL 4.4.1 韧性断裂机理 微孔形核的位错模型： （a）