材料科学与工程基础 教学课件 作者 顾宜 主编 第四章 第二讲.pptVIP

尚辅网 尚辅网 4-1-5 强度、断裂及断裂韧性Strength, Fracture and Fracture Toughness of Materials Strength stress(tensile,compression and shear) flexural, torsional and impact Fracture Brittle Fracture, Theoretical fracture strength Ductile Fracture with a plastic deformation Transition of Brittle and Ductilty Fracture Toughness 4-1-5 强度(strength)、断裂及断裂韧性 1、基本概念 Concept （1）强度：材料抵抗形变和断裂的能力。 材料的内部应力：拉伸、压缩、剪切 强度分为：拉伸强度、压缩强度、剪切强度 加载特征分为：弯曲、扭曲、冲击、疲劳 未到破坏强度，形变而失去承载能力（屈服、屈曲） （2）断裂和韧性( fracture and toughness) 断裂是主要破坏形式，韧性是材料抵抗断裂的能力。 断裂韧性 材料抵抗其内部裂纹扩展能力的性能指标； 冲击韧性 材料在高速冲击负荷下韧性的度量。二者间存在着某种内在联系。 实际应用中，材料的屈服、断裂 是最值得引起注意的两个问题， 3、断裂强度 (Fracture Strength) （1）抗张强度(tensile strength) 规定的温度、湿度和加载速度条件，标准试样上沿轴向施加拉伸力直到试样被拉断为止，计算断裂前试样所承受的最大载荷F max 与试样截面积之比。 量纲 MN/m2, MPa 高分子材料＜低于金属材料， 树脂基复合材料＞钢等金属材料。 （2）抗弯强度(flexural strength) 量纲 MN/m2, MPa ? t =1.5 F max l0 / (b.d2) l0，b及d分别为试样的长、宽、厚 加载方式: 三点弯曲, 四点弯曲。 特点： ①适用于 A 测定加工不方便的脆性材料，如铸铁、工具钢、硬质合金乃至陶瓷材料的断裂强度和塑性。 B 高分子材料，常用于筛选配方或控制产品质量。 ②可较灵敏地反映材料的缺陷， 抗张强度大，则抗弯强度也大 （4）抗扭强度(torsional strength) 材料抵抗扭曲的能力。 ? b =M b /W 3、断裂——构件失效(failure)的主要形式之一 （1）脆性断裂 (Brittle fracture) 宏观特征； A 断裂前无明显的塑性变形（永久变形）， 吸收的能量很少， B 裂纹的扩展速度往往很快，几近音速。 C 脆性断裂无明显的征兆可寻，断裂是突然发生的。 D 脆性断裂的宏观断口往往呈结晶状或颗粒状 ① 解理断裂 A 拉应力 B 原子间结合键遭到破坏 C 严格地沿一定的结晶学平面（即所谓“解理面”）劈开。 解理面：表面能最小的晶面，低指数晶面。 ② 准解理断裂 马氏体回火 ③ 晶间断裂 裂纹沿晶界扩展的一种脆性断裂。 （2）理论断裂强度和脆断强度理论 ① 理论断裂强度(theoretical fracture strength) 正应力作用——故称拉断 ② Griffith（格列菲斯理论） ③ 脆性断裂的位错理论 （3）延性断裂 (Ductile Fracture ) 明显的永久变形，并且经常有缩颈现象 多数金属和合金通常是延性材料， 大多数陶瓷、玻璃、云母和灰口铁，在室温下一般表现为脆性断裂 位错； 变形的不协调 ③影响延性断裂扩展的因素 第二相粒子。 第二相粒子的存在、 体积分数、 种类、 形状 基体的形变强化。 4. 断裂韧性(fracture toughness) ----既能表示强度又能表示脆性断裂的指标 （1）裂纹体的三种变形模式 尚辅网 Griffith理论基于实际晶体材料存在裂纹。 晶体原无裂纹，在应力作用下，