材料物理性能(第二章 材料的脆性.pdf

时间过了若干年之后，我才慢慢发现： 原来，我们一同走进教室， 听了一节《无机材料物理性能》课， 是个美丽的回忆！ 第二章 材料的脆性断裂与强度 第一节 脆性断裂现象 第二节 理论结合强度 第三节 Griffith微裂纹理论 第四节 应力场强度因子和平面应变断裂韧性 第五节 裂纹的起源与快速扩展 第六节 材料中裂纹的亚临界生长 第七节 显微结构对材料脆性断裂的影响 第八节 提高无机材料强度改进材料韧性的途径 第一节 脆性断裂现象 一． 弹、粘、塑性形变 弹性形变：剪应力下弹性畸变―――可以恢复的形变 塑性形变：晶粒内部的位错滑移―――不可恢复的 永久形变 粘性形变：―――不可恢复永久形变 蠕 变：―――随时间而发生变形 二．脆性断裂行为 在外力作用下，在高度应力集中点（内部和表面 的缺陷和裂纹）附近单元。所受拉应力为平均应力的 数倍。如果超过材料的临界拉应力值时，将会产生裂 纹或缺陷的扩展，导致脆性断裂。 因此，断裂源往往出现在材料中应力集中度很高 的地方，并选择这种地方的某一缺陷（或裂纹、伤痕） 而开裂。 三．突发性断裂与裂纹缓慢生长 裂纹的存在及其扩展行为决定了材料抵抗断裂的 能力。 在临界状态下，断裂源处裂纹尖端的横向拉应力＝ 结合强度→裂纹扩展→引起周围应力再分配→裂纹 的加速扩展→突发性断裂。 当裂纹尖端处的横向拉应力尚不足以引起扩展，但在 长期受力情况下，会出现裂纹的缓慢生长。 第二节 理论结合强度 要推导材料的理论强度，应从原子间的结合力入 手，只有克服了原子间的结合力，材料才能断裂。 Orowan提出了以正弦曲线来近似原子间约束力随 原子间的距离X 的变化曲线（见图2.1 ）。 2πχ 得出： σ σ th × sin λ 式中，σ th 为理论结合强度， 为正弦曲线的波长。 λ 设分开单位面积原子平面所作的功为 ，则 V λ 2πx 2 V σ × sin dx ∫0 th λ λ λσ th ⎡ 2πx ⎤ 2 2π ⎢ − cos λ ⎥ ⎣ ⎦ 0 λσ th π γ 设材料形成新表面的表面能为 （这里是断裂表面 能，不是自由表面能），则 V 2γ ， 即 λσ th