《无机材料物理性能》第7讲幻灯片.ppt

* 无机材料物理性能 3.6 静态疲劳 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。 裂纹亚临界生长机制 1.应力腐蚀理论 要点：在一定的环境条件和应力场强 度因子作用下，材料中关键裂纹尖端处，裂纹扩展的动力与裂纹阻力的相对大小，构成裂纹生长或不生长的必要充分条件。 起因：材料长期暴露在腐蚀性环境介 质中，断裂强度降低。 应力腐蚀理论 K值随亚临界裂纹增长的变化 裂纹亚临界生长机制 应力腐蚀理论 裂纹 尖端 吸附介质表面 能 下 降 新裂纹 尖 端 动力阻力 动力阻力 动力阻力 腐蚀介质 裂纹停止生长 裂纹生长 裂纹快速生长 断裂 裂纹亚临界生长机制 应力腐蚀理论 开裂阻力：Gc=dWs/dc=2? 开裂动力：G =πσ2c/E 开裂阻力的减小，使得动力大于阻力 裂纹亚临界生长机制 高温下裂纹尖端的应力腔作用 裂纹尖端附近空腔的形成 裂纹亚临界生长机制 高温下裂纹尖端的应力腔作用 多晶多相陶瓷在高温下长期受力作用，晶界玻璃相的结构粘度下降，发生蠕变或粘性流动，形变发生在气孔、夹杂、晶界层，甚至结构缺陷中。使这些缺陷逐惭长大，形成空腔。它们进一步沿晶界方向长大，联通形成次裂纹，与主裂纹汇合就形成裂纹的缓慢扩展。 裂纹亚临界生长机制 亚临界裂纹及生长速率与 应力强度因子的关系 亚临界裂纹扩展 的三个阶段 裂纹亚临界生长机制 或表示成: 亚临界裂纹及生长速率与 应力强度因子的关系 大量试验表明： 裂纹缓慢扩展速度用 波尔兹曼因子表示为： 1、如何用应力腐蚀理论解释裂 纹的亚临界生长？ 2、裂纹的快速扩展和亚临界生 长有什么区别和联系？ 思考题 根据亚临界裂纹扩展预测材料寿命 无机材料n很大， 根据亚临界裂纹扩展预测材料寿命 无损探伤法 保证试验法 求得制品的预计寿命两种方法 无损探伤法 不同c1下t－σa关系图 保证试验法 瓷器的保证 试验图 保证试验法 另一种保证试验 3.8显微结构对材料脆性断裂的影响 晶粒尺寸 实验证明：断裂强度与晶粒直径的平方根成反比 起始裂纹受晶粒限制，其尺度与晶粒相当，则脆性断裂与晶粒粒度的关系为 由于晶界比晶粒内部弱，所以多晶材料破坏多是沿晶界断裂。 显微结构对材料脆性断裂的影响 断裂强度与粒径的关系 显微结构对材料脆性断裂的影响 气孔的影响 气孔的存在降低了无机材料的实际承载面积，并引发应力集中，从而导致强度显著下降。实验发现多孔材料的强度随气孔率的增加呈近似指数规律下降。 断裂强度与气孔率的关系可表示为 为没有气孔时的强度。 透明氧化铝陶瓷断裂强度与气孔率有关系 显微结构对材料脆性断裂的影响 温度对材料脆性断裂的影响 断裂应力与温度的关系 3.9无机材料强度的统计特性 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 提高强度改进韧性的途径 影响材料强度的因素 提高材料的强度是指提高其抗弹性、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。 提高强度改进韧性的途径 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 思考题 1、如何用应力腐蚀理论解释裂 纹的亚临界生长？ 2、裂纹的快速扩展和亚临界生 长有什么区别和联系？ 3、为什么细晶材料强度高？ Thank you!