金属材料的断裂和断裂韧性.pptxVIP

机件主要失效形式;生活中;生产中;重要产品;5;6;断裂类型;韧断与脆断;断口特征三要素：纤维区、放射区、剪切唇。;10;11;12;13;河流花样形成示意图;15;舌状花样：解理裂纹与孪晶相遇，沿孪晶与基体界面扩展形成，留下舌头状凹坑或凸台。;影响解理断裂的因素;首先在许多不同部位同时产生许多解理裂纹核；

然后按解理方式扩展成解理小刻面；

最后以塑性方式撕裂，相邻的解理小刻面相连，形成撕裂棱。

介于解理断裂和韧窝断裂之间一种过渡断裂形式。;19;20;韧性或脆性;典型穿晶断裂形貌;典型沿晶断裂形貌;24;沿晶断裂;宏观：纤维状

微观：大量韧窝，内含夹杂物或第二相，微孔萌生处。;27;28;正应力;陶瓷：几乎或完全不能发生滑移，无塑性。沿大间距密排结晶面发生解理破坏，断口光滑，无特征判定裂纹源。

玻璃：脆性断裂，裂纹源附近有光滑镜面区，其余为撕裂线，其汇集方向指向??纹源。;脆性：玻璃化转化温度以下的热塑性聚合物，热固性聚合物

塑性：玻璃化转变温度以上的热塑性聚合物，断前有大变形，甚至颈缩。

纤维增强复合材料：断裂过程很复杂，与基体性质、纤维性质、基体与纤维间的结合强度有关。;分类方法;微孔聚合型断口;a沿晶脆断

b穿晶/解理断裂

c准解理断

d微孔聚集;4.4断裂力学与断裂韧度;断裂-低于许用应力;零部件实际断裂过程;断裂实验-三点弯曲;奥氏体的韧性比马氏体高，所以在马氏体基体上有少量残余奥氏体，就相当于存在韧性相，使材料断裂韧性升高。

断裂韧度的影响因素

应力增大，KI逐渐增加。

KIC为KC随板厚增加而趋于的最低值，反映了最危险的平面应变断裂情况，反映了材料阻止裂纹扩展的能力。

Irwin：应力场强度因子理论

断裂力学用于构件的安全性评估或断裂控制设计，是对静强度设计的重大发展和补充。

材料有内部缺陷和加工或服役时形成裂纹

温度低、加载速度快易产生解理断裂；

回火脆性也是引起钢的断裂韧性大幅度下降的重要因素。

受载裂纹体，KI增加，当应力达到断裂强度，裂纹失稳，并开始扩展。;材料的断裂理论;格里菲斯断裂理论;KI和KIc的物理意义

微孔成核源：第二相粒子。

（a）正常的微孔聚合；

晶界存在连续分布的脆性第二相；

KIKCKIC的区别

断裂前明显塑性变形，断口呈暗灰色纤维状

准解理断裂和解理断裂的异同

Thephenomenonofruptureandflowinsolids,PhilosophicalTransactions,1920（被引6533次，年为5581）

调整贝氏体的成分和工艺，使针状铁素体细化就可使其韧性提高。

③解理位向：准解理小平面的位向与基体解理面之间无确定的对应关系，源头不清。

断裂力学之父（1893-1963）

4金属材料的断裂和断裂韧性

韧窝形状取决于应力状态；

脆断：解理断裂和沿晶/穿晶断裂。

断裂判据：

KIKIC有裂纹，但不会扩展

KI=KIC临界状态

KIKIC发生裂纹扩展，直至断裂

Irwin：应力场强度因子理论

拉应力作用下，原子间结合键破坏，沿一定结晶学平面（即所谓“解理面”）劈开。

韧窝形状取决于应力状态；

临界或失稳状态时，KI记作KIC或KC。

介于解理断裂和韧窝断裂之间一种过渡断裂形式。

金属、高分子：塑性变形功?p，Orowan修正公式：

沿大间距密排结晶面发生解理破坏，断口光滑，无特征判定裂纹源。

KCKIC的区别

微孔成核源：第二相粒子。

陶瓷：几乎或完全不能发生滑移，无塑性。

5影响断裂韧性的因素

③解理位向：准解理小平面的位向与基体解理面之间无确定的对应关系，源头不清。

uE释放速率≥?s增长速率，Δu降低，裂纹自行扩展，对应极限裂纹尺寸2ac

剪切裂纹一般沿滑移线发生.

金属至少低一个数量级，陶瓷、玻璃更低。;断裂应力和裂纹尺寸关系

?c=(2E?s/?a)1/2

断裂应力和裂纹尺寸的平方根成反比。

金属、高分子：塑性变形功?p，Orowan修正公式：

?c=(2E(?s+?p)/?a)1/2

?p大约是?s的1000倍

?c=(2E?p/?a)1/2

;裂纹尖端曲率半径ρ＞8a0/π，尖端塑性变形大，?p控制裂纹扩展，采用奥罗万修正。

ρ=8a0/π，为Griffith公式。

ρ＜8a0/π，用Griffith公式。;45;46;47;(1)裂纹尖端应力场;应力分析

在裂纹延长线上，θ=0

拉应力分量最大；切应力分量为0；

∴裂纹最易沿X轴方向扩展。;50;受载裂纹体，KI增加，当应力达到断裂强度，裂纹失稳，并开始扩展。临界或失稳状态时，KI记作KIC或