复旦大学精品课程《材料分析》,材料断裂失效形式及机理复习精品材料.pdfVIP

第二章 材料断裂的失效形式与机理 主 讲 人： 杨振国 单 位： 材料科学系 办 公 室： 先进材料楼 407室 联系方式： zgyang@fudan.edu.cn （O） 复旦大学材料科学系 2015.2 第二章 材料断裂的失效形式与机理 2.1 材料的失效形式 2.2 外力的作用形式 2.3 安全设计准则 2.4 断口分析 2.5 硬度 2.6 冲击韧性 2.7 疲劳应力 2.8 蠕变应力 2.9 断裂韧性 2.10 金属的失效模式与失效机理的关系 第二章 材料的断裂失效形式与机理 2.1 材料的失效形式 材料的失效形式（模式）与其微观结构及其材料 组成密切相关。当材料受外力作用时，若应力超过其 临界值，如屈服强度或抗拉强度，就会因塑性变形而 发生损坏，最终断裂。 尽管材料失效类型多样，但按失效模式，大致 可以分为五种： 断裂(fracture)、腐蚀(corrosion)、磨损(wear)、 畸变(distortion) 和衰减(attenuation) 。 ● 确定材料的失效模式和起因，就必须区分断裂行为、 畸变变形行为、腐蚀行为、磨损行为和衰减行为。 2.1 材料的失效形式 ● 断裂模式下几个重大的失效案例 ： 图2- 1 大型运输船脆性断裂 （1952年 12月） ● 原因：船体对接焊缝因水流波动作用而发生疲劳开 裂，随后因裂纹扩展而断裂。 2.1 材料的失效形式 （a）地面升空时刻 （b）升空中爆炸 图2-2 “挑战者”号升空时爆炸（1986年1月28 日） ● 原因: “挑战者”号的助推器橡胶密封圈O型环因 气温低而失去弹性，导致燃料泄漏而爆炸。 2.1 材料的失效形式 （a）地面升空时刻 （b）机翼上的裂纹 （c）返回时解体爆炸 图2-3“哥伦比亚”号返回时爆炸 （2003年2月 1日） ● 原因：“哥伦比亚”号升空时，坠落的保温层泡沫塑 料碎片撞击了左机翼生成两条裂纹，返回地 球进入大气层时，因摩擦产生高温，导致机翼 熔化而断裂。 第二章 材料的断裂失效形式与机理 2.2 外力的作用形式 材料的变形行为是与外力(F) 作用的方式有关。 构件上的外力共有五种作用形式： 拉伸、压缩、弯曲、剪切和扭转。 图2-4 外力的作用形式 第二章 材料的断裂失效形式与机理 2.2.1 力学性能 力学性能是材料在外力作用下抵抗变形和断裂的 能力，力学性能指标主要有： 图2-5 材料的力学性能指标 第二章 材料的断裂失效形式与机理 2.2.2 材料的拉伸变形 在拉伸应力应变图中，横坐标和纵坐标分别表示 材料的应变ε (strain)应力和σ (stress) 。 （a）应力应变曲线 （b）拉伸试验装臵 图2-6 碳钢材料的拉伸应力-应变曲线 第二章 材料的断裂失效形式与机理 ● 材料在外力作用下发生形状和尺寸的变化叫变形。 外力去处后能够恢复的变形称为弹性变形。 外力去处后不能恢复的变形称为塑性变形。 ● 拉伸-位移曲线上的特征点与特征线 。 OeA线: 弹性