常见的材料的脆性断裂与强度.pptxVIP

材料的脆性断裂与强度概述材料在受到外部力作用时会发生变形,当达到临界点时就会发生断裂。这种断裂方式分为韧性断裂和脆性断裂两种。了解材料的脆性断裂特性对于工程应用十分重要。AL作者：艾说捝

脆性断裂的定义和特点脆性断裂的定义脆性断裂是指材料在受到外力作用时,发生突然断裂且没有明显的塑性变形的断裂行为。这种断裂具有断面平滑、无明显塑性变形的特点。脆性断裂的特点脆性断裂通常起始于材料中的缺陷或应力集中点,裂纹快速扩展,断面呈现晶粒状或半晶粒状。断裂过程中能量消耗小,不会出现明显的塑性变形。与塑性断裂的区别与塑性断裂相比,脆性断裂是在材料受到外力作用时发生的突然断裂过程,材料无明显的塑性变形,断面平整、光滑。

常见材料的脆性断裂机理塑性变形受限脆性材料的晶体结构趋于有序,塑性变形能力较弱,在外力作用下容易发生断裂。内部缺陷发展材料内部存在孔洞、夹杂物等微观缺陷,在应力作用下这些缺陷会扩展并导致断裂。应力集中材料表面或内部的几何不连续性会导致应力集中,使局部应力超过材料的强度极限。

金属材料的脆性断裂1断裂机制金属材料在低温或高应力条件下会发生突然的脆性断裂,断面呈现结晶粒状晶壳的特点。这是由于金属原子间结合力增大,塑性变形能力降低导致的。2影响因素金属材料的成分、热处理工艺、表面状态等都会影响其脆性断裂行为。缺陷、应力集中是引发脆性断裂的主要因素。3常见问题金属结构件在冷藏、储氢等极端环境下易发生脆性断裂,给使用安全带来隐患。高强度钢也容易发生脆性断裂失效。

陶瓷材料的脆性断裂脆性本质陶瓷材料由于其微观结构,缺乏足够的塑性变形能力,因此表现出很强的脆性,在受到外力作用时容易出现断裂失效。微裂纹孕育陶瓷材料中存在各种缺陷,在外力作用下很容易孕育出微裂纹,这些微裂纹是脆性断裂的起源。应力集中裂纹尖端处应力集中严重,达到临界值时会突然断裂,使陶瓷件迅速失去承载能力。

高分子材料的脆性断裂易碎性与金属和陶瓷材料相比,高分子材料通常具有较低的强度和刚度,更容易发生脆性断裂。这是由于它们的分子链相对较长,缺乏足够的原子间键合强度。微观机理高分子材料的脆性断裂主要发生在分子链之间的相互滑移和断裂过程中。当受到外力作用时,分子链发生解链和分子间脱离,最终造成材料整体的脆性断裂。影响因素影响高分子材料脆性断裂的因素包括分子量、交联程度、结晶度、温度等。较低的分子量和交联度、较高的结晶度以及低温条件会增加材料的脆性。改善措施通过提高分子量、增加交联度、优化结晶度以及调整工艺参数等措施,可以有效提高高分子材料的抗脆性断裂性能。

复合材料的脆性断裂复合材料的特点复合材料由两种或多种不同性能的材料组合而成,能够在保留各种材料优点的同时弥补其缺点。但由于复合材料的微观结构复杂,其脆性断裂行为也更加复杂。复合材料的脆性断裂机理复合材料的脆性断裂通常由材料基体或增强相的断裂、界面脱粘或界面解bond引起。这些过程受到材料成分、制备工艺、微观结构等因素的影响。影响复合材料脆性断裂的因素温度、应力水平、缺陷、微观组织、界面结构等都会对复合材料的脆性断裂性能产生重要影响。合理的材料设计和制备工艺可以提高复合材料的抗脆性断裂性能。复合材料的断裂韧性分析复合材料的断裂韧性指标反映了其抗脆性断裂的能力,需要通过标准化的实验方法进行测试和分析。这对于复合材料的设计和应用至关重要。

影响材料脆性断裂的因素材料内部缺陷材料内部存在的微观裂纹、气孔、夹杂物等缺陷会成为应力集中点,降低材料的断裂强度和韧性。外加应力水平材料承受的应力水平越高,越容易发生脆性断裂。温度升高会降低材料的强度和断裂韧性。材料微观结构材料的晶粒大小、相结构、取向等微观组织特征对其抗脆性断裂能力有重要影响。

温度对材料脆性断裂的影响温度是影响材料脆性断裂行为的重要因素。通常来说,温度上升会降低材料的抗拉强度和硬度,同时增加其延展性和韧性,从而提高材料的抗脆性断裂性能。在低温条件下,材料内部晶格冻结,晶界、位错等缺陷活动能力降低,使材料更易发生脆性断裂。而在高温下,材料的原子热运动增强,晶格缺陷活动性提高,可以缓解应力集中,从而提高材料的断裂韧性。

应力水平对材料脆性断裂的影响材料的脆性断裂过程受到应力水平的显著影响。一般情况下,随着应力水平的增加,材料的断裂韧性会逐步降低,易发生脆性断裂。在高应力作用下,材料内部的微缺陷会快速扩展,导致突然断裂的发生。因此,在实际工程应用中,应根据材料的特性和服役环境,合理控制应力水平,以提高材料的抗脆性断裂性能。

缺陷对材料脆性断裂的影响材料中存在的各种缺陷都会对其脆性断裂性能产生重要影响。孔洞、裂纹、夹杂物等微观缺陷会应力集中,成为开裂和断裂的起点。材料表面的切口、凹槽等宏观缺陷也会严重降低材料的抗裂纹扩展能力。此外,材料内部的组织不均匀性、相界、相变等也会导致局