Chapter1金属在单向静拉伸载荷下的力学性能试题.ppt

解理台阶、河流花样形成示意图 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。 * 舌状花样： 解理裂纹沿孪晶界扩展留下的舌头状凹坑或凸台 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。 * 2、准解理 淬火回火钢 断裂路径主要与细小的碳化物质点有关 形成从晶内某点发源的放射状河流花样。 不独立，解理断裂的变种 (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。 * * （1）成核： 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。 原因：位错引起的应力集中，不均匀塑性形变/塑性变形不协调 (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。 （2）长大 位错遇到质点，形成位错环 位错环在质点处堆积； 界面沿滑移面分离，形成微孔 滑移面上的位错向微孔运动，使其长大 （3）聚合 相邻微孔间基体发生内缩颈 （4）断裂 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。 * 解理断裂机理 形成： 扩展： 微观断口特征： 微孔聚集断裂机理 过程： 微观断口特征： 位错塞积理论，位错反应理论 解理台阶、河流花样和舌状花样 微孔形核、长大、聚合、断裂 韧窝 断口分析 手段：肉眼、放大镜、扫描电子显微镜（SEM） 宏观、微观结合 注意：宏观断裂形态，微观断裂特征 材料断裂的实际情况复杂 目的： 了解材料断裂时裂纹萌生及扩展的起因、经历及方式 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)得到理想晶体脆性(解理)断裂理论断裂强度。 (二) 材料的实际断裂强度 即格雷菲斯裂纹理论。 1、格雷菲斯裂纹理论的出发点 (1) 材料中已存在裂纹； (2) 局部应力集中超过理论断裂强度； (3) 裂纹快速扩展； (4) 弹性能降低足以满足裂纹表面能的增加从而导致材料脆性断裂。 * 图1-25 格雷菲斯裂纹模型 (2) 格雷菲斯裂纹理论模型 单位厚度、无限宽薄板，仅施加一拉应力(平面应力)。 * ① 由于裂纹的形成，系统释放弹性能。 ② 裂纹形成产生新表面需要能量。 ③ 整个系统的总能量发生变化。 图1-26 裂纹扩展尺寸与能量变化关系 ④ 在总能量曲线的最高点处，系统总能量对裂纹半长a的一阶偏导数等于0。 此即裂纹扩展的临界应力，即格雷菲斯公式。其中σc为裂纹物体的实际断裂强度。 ① σσc，裂纹失稳扩展。 ② 外加应力σ不变，满足下式时裂纹失稳扩展。 注意 (1) 此公式适用于薄板，厚板时为平面应变 (P33式51-52)。 (2)格雷菲斯断裂公式也适用于长为a的表面半椭圆裂纹，式中的a就是裂纹长度。 (3) 格雷菲斯公式只适用于脆性固体，即裂纹尖端塑性变形可以忽略的情况。 (4) 格雷菲斯公式是必要条件，能量判据。裂纹扩展的充分条件是其尖端应力要等于或大于理论断裂强度σm。可得到充分条件，应力判据： 格雷