第一章5 断裂.ppt

§1.5 断 裂 §1.5 断 裂 一、断裂的类型及断口特征 (3)断口 ①定义：材料的断裂表面。 ②断口分析法： 对断口进行宏观及微观分析， 可以了解断裂的原因、条件、机理以及与断裂有关的各种信息。 (1)韧性断裂： ①明显宏观塑性变形； ②裂纹扩展过程较慢； ③断口常呈暗灰色、 纤维状。 ④塑性较好的金属材料及高分子材料易发生韧断。 (2)脆性断裂： ①无明显宏观塑性变形； ②突然发生，快速断裂； ③断口宏观上比较齐平光亮， 常呈放射状或结晶状。 ④淬火钢、灰铸铁、玻璃等易发生脆断。 (1)穿晶断裂： ①裂纹穿过晶内； ②韧性断裂或脆性断裂； (2)沿晶断裂 ： ①裂纹沿晶界扩展； ②多数为脆性断裂； 断口一般呈结晶状 。 3．剪切断裂与解理断裂 一、断裂的类型及断口特征 4、高分子材料的断裂 (1)分为脆性和韧性断裂。 (2)玻璃态聚合物及聚合物单晶体： Tg以下为脆性断裂 玻璃态聚合物及半晶态聚合物： Tg以上为韧性断裂。 一、断裂的类型及断口特征 5、断口分析 (1)断口特征(中、低碳钢为例)： 韧性断裂； 断口一般呈杯锥状； 一、断裂的类型及断口特征 (2)韧性断裂过程: 拉伸力最大→缩颈→单向正应力变为三向应力(a) →中心夹杂物或硬质点破裂或与基体脱离 →形成微孔(b) →形成显微裂纹(c)、端部产生更大的塑性变形 →新的微孔形成→裂纹向前扩展(d) →形成纤维区(e) →纤维区裂纹达到临界尺寸 →更大的应力集中→裂纹快速扩展 →形成放射区 →更大的应力 →形成剪切唇。(切应力τ导致韧性断裂) 一、断裂的类型及断口特征 (3)脆性断口： ①纤维区很小，剪切唇几乎没有。 ②强度高、塑性低→放射区大； 试样尺寸加大→放射区增大，而纤维区变化不大。 (正应力σ导致脆性断裂) 一、断裂的类型及断口特征 (4)脆性与韧性断裂的判定： 无明显的界限。 规定光滑拉伸试样的断面收缩率， 小于5％者为脆性断裂； 大于5％者为韧性断裂。 三、断裂强度： 1、理论断裂强度(理想晶体脆性断裂)： σm=(Eγs/a0)1/2 四、真实断裂强度与静力韧度 1、真实断裂强度Sk： Sk= Fk/Ak 2、脆性断裂(无缩颈，Ak=A0)： Sk=σb =σc 3、韧性断裂(缩颈) ： Sk反映材料抵抗切断的能力。 四、真实断裂强度与静力韧度 四、真实断裂强度与静力韧度 在力的作用下，分成若干部分。 一、断裂的类型及断口特征 二、裂纹形核的位错模型（推荐自学） 三、断裂强度（已学） 四、真实断裂强度与静力韧度 0、断裂的过程、分类及断口： (1)过程： 大都包括裂纹的形成及扩展两个阶段。 (2)分类： ①脆性与韧性断裂：按宏观塑性变形的程度； ②穿晶和沿晶断裂：按裂纹扩展的途径； ③解理和剪切断裂：按微观断裂机理； ④正断和切断：按作用力的性质。 1．韧性断裂与脆性断裂 2．穿晶断裂与沿晶断裂 (2)解理断裂： ①正应力下，原子间结合键破坏， 沿特定晶面， 脆性穿晶断裂。 ②微观特征： 解理台阶、河流花样和舌状花样。 ③裂纹源于晶界。 (3)准解理断裂： ①属脆性断裂。 ②微观持征： 似解理河流但又非真正解理。 ③裂纹源于晶内硬质点。 (1)剪切断裂： ①切应力下，沿滑移面滑移分离而造成的断裂。 ②分为纯剪切断裂 和微孔聚集型断裂。 ③纯剪切断裂： 断口呈锋利的楔形。 ④微孔聚集型断裂： 宏观上呈暗灰色、纤维状; 微观上分布大量“韧窝”。 (3)无定型聚合物材料断裂机理： 应力→弱结构或缺陷处产生银纹 →银纹长大 →形成微孔 →微孔扩大和连接 →形成裂纹。 断裂是银纹产生和发展的过程。 由纤维区F、 放射区R、 剪切唇S组成； 断口特征三要素。 2、断裂强度的裂纹理论(格里菲斯裂纹理论)： (实际断裂强度) σc=(2Eγs/πa)1/2≈(Eγs/a)1/2 3、二者比较：