《无机物理性能》第2讲素材.ppt

断裂行为 理论结合强度 断裂理论 断裂现象分类: 金属类：先是弹性形变，然后塑性变， 直至断裂。 高分子类：先是弹性形变（很大），然 后塑性形变，直至断裂。 无机材料：先是弹性形变（较小），然 后不发生塑性形变（或很小） 而直接脆性断裂。 脆性断裂的特点 断裂前无明显的预兆 断裂处往往存在一定的断裂源 由于断裂源的存在，实际断裂强度 远远小于理论强度 脆性断裂的微观过程 突发性裂纹扩展 裂纹的缓慢生长 固体的强度——固体材料抵抗破坏的能力 按破坏形式分：屈服强度 断裂强度 按讨论方式分：理论强度 实际强度 根据Orowan 模型，经过推导出： Inglis断裂理论 Griffith脆断理论 Irwin - Orowan 理论 贡献：看到了缺陷、解释了实际强度远低于 理论强度的事实。 缺点：沿用了传统的强度理论，引用了现成 的弹性力学应力集中理论，并将缺陷 视为椭园孔，未能讨论裂纹型的缺陷。 重要意义： 首次确定了载荷、形状、裂纹长度和材料裂纹抵抗力之间的关系，为断裂力学的创立奠定了理论基础。 对有塑性性能的金属材料: 裂纹的起源 晶体微观缺陷发展成裂纹 材料表面的机械强度损伤与化学腐蚀 形成成的表面裂纹──最危险的的裂纹 (裂纹的扩展由表面裂纹开始) 热应力引起裂纹 气体逸出形成的裂纹 晶体生长或无定形向晶形转变形成裂纹 裂纹的快速扩张（失稳扩展） 裂纹扩展的动力： 裂纹扩展的阻力： Gc = 2? 超过临界状态后，多余的能量的去向 裂纹的加速扩展 裂纹的繁殖 最后形成复杂的断面 使用应力不超过σc 在材料中设置吸收能量的装置 人为地在材料中造成大量极微 细的小于临界尺寸的裂纹。 在临界应力之下，裂纹随时间的推移而发生的缓慢扩展的现象称为亚临界生长，或称为静态疲劳 。 材料在循环应力或渐增应力作用下的延时破坏叫做动态疲劳。 K值随亚临界裂纹增长的变化 开裂阻力：Gc=dWs/dc=2? 开裂动力：G =πσ2c/E 无机材料强度波动原因的分析 材料的临界应力只决定于材料中的最大裂纹长度 裂纹的长度c在材料内的分布是随机的体积越大，存在最大裂纹长度的概率也越大。而材料中，只要有一条最大长度的初始裂纹，材料就要失效 影响材料强度的因素 提高材料的强度是指提高其抵抗弹性、塑性及断裂形变的能力，这几项主要决定的指标是E或G、?及裂纹长度。 弹性模量表示原子间的结合力，它是一种结构不敏感性能常数，?则与微观结构有关(但单相材料的微观结构对其影响不大)。 关键的因素是裂纹长度。 微晶，高密度与高纯度 提高抗裂能力与预加应力 化学强化 相变增韧 弥散增韧 复合增韧 硬度 材料抵抗表面局部塑性变形的能力。 布氏硬度HB 压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表示，适用于布氏硬度值在450以下的材料。 压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，适用于布氏硬度在650以下的材料。 布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。 适于测量:退火、正火、调质钢, 铸铁及有色金属的硬度。 材料的?b与HB之间的经验关系： 对于低碳钢: ?b(MPa)≈3.6HB 对于高碳钢：?b(MPa)≈3.4HB 对于铸铁： ?b(MPa)≈1HB或 ?b(MPa)≈ 0.6(HB-40) 洛氏硬度 洛氏硬度用符号HR表示，HR=k-(h1-h0)/0.002 根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的标尺为A、B、C。 符号HR前面的数字为硬度值，后面为使用的标尺。 维氏硬度 维氏硬度用符号HV表示，符号前的数字为硬度值，后面的数字按顺序分别表示载荷值及载荷保持时间。 根据载荷范围不同，规定了三种测定方法—维氏硬度试验 、小负荷维氏硬度试验、显微维氏硬度试验。 维氏硬度保留了布氏硬度和 洛氏硬度的优点。 物性作业二 一、（资料P106-2） 二、（资料P106-4） 三、（资料P107-6） 裂纹尖端应力场分析 掰开型 2 a r x y σ σ 裂纹尖端应力场分析 掰开型 KI称为应力场强度因子 裂纹尖端应力场分析 掰开型 裂纹尖端处的一点： 裂纹扩展的主要动力?y即是前述的?A 所以： 应力场强度因子 大而薄的板，中心穿透裂纹 大而薄的板，边缘穿透裂纹 单边直通切口三点弯曲梁试样 ? 线性