6-1 金属的断裂 Fracture of Metals.pptVIP

Chaptor 6 Fracture of Metals 金属的断裂 货船 cargo ship 二十世纪初，材料的脆性断裂问题已经引起人们的注意。Griffith提出了著名的断裂理论，为断裂的研究奠定了基础。Griffith所使用的能量分析方法在后来得到了进一步的发展和应用。 上世纪五十年代末，对均匀拉伸时无限宽板中裂纹附近的应力、应变和位移的分布进行了数学力学解析，获得了精确解，为断裂力学奠定了基础。 扫描电镜在断口分析中的应用以及位错概念的引入，使得人们对断裂机理有了更为深入的认识。 related subjects Brittle 脆性 Bond rupture Diamond, silicates, alumina, mica, boron, carbides and nitrides 6.2 脆性断裂 brittle fracture 材料塑性变形能力很低，裂纹尖端的应力集中不能因塑性变形而松弛。 6.2.1理论断裂强度 theoretical fracture strength 完整晶体在正应力作用下沿某一晶面拉断的强度。 Under the tensile force, two adjacent atomic planes overcome interatomic bonding force, and separate into two atomic planes. 两相邻原子面在拉力σ作用下，克服原子间键合力作用 ，使原子面分开的应力。 基点: 材料中已存在裂纹crack 能量平衡： 裂纹的形成 → 弹性能↓ 表面能↑ elastic energy/ surface energy 释放的弹性能 弹性能密度 × 裂纹体积 裂纹的临界尺寸 修正modification :伴随一定的塑性变形,裂纹的形核和传播与局部塑性变密切相关. 知识扩展 Griffith裂纹理论 - Orowan修正 金属材料的强度设计：以屈服强度为基础 安全系数-许用应力 脆断事故在屈服应力以下发生：只考虑屈服强度不能保证使用的安全→塑性/韧性 延伸率/ 断面减缩率/ 冲击韧性 /缺口敏感性 冲击韧性指标的局限性： 不能反映尺寸因素和缺口尖锐程度对材料韧性的影响； 数值不像强度可直接用于具体设计； 在某些情况下不能保证使用的安全。 失效与材料表面/内部缺陷相关：划痕/擦伤/夹杂物/气孔/焊接缺陷 断裂力学：建立于连续介质力学基础上，认为材料中有一定尺寸的类似于裂纹的缺陷存在。 断裂韧性KⅠc /裂纹扩展的能量释放率G / 韧性较高：J积分 细颈中心承受三向拉应力, 显微空洞首先在此形成, 随后长大聚合成 裂纹, 最终在细颈边缘处,沿与拉伸轴45。方向被剪断, 形成“杯锥”断口 。 cavity/ cup and cone fracture surface 微观形态:韧窝dimple 原因：起源于空洞cavity。 第二相粒子 second phase particles 裂纹尖端的应力集中可通过塑性变形松弛-减缓/终止裂纹的扩展. 塑性变形:裂纹的扩展/疗复-相反过程-是否发生断裂取决于两者的速度. 疗复:回复/再结晶/固态相变/强静水压力 6.4 裂纹的形核 原始材料－无大裂纹 裂纹由塑性变形产生 塑性变形－应力集中－裂纹 Mobile dislocations meet some obstacles, then stress concentration ocurrs .When the stress becomes greater than interatomic bonding force , cracks nucleate, propagate, finally lead to fracture . 运动的位错遇到了某种障碍, 就产生了应力集中,应力大到可以破坏原子间的键合力时，裂纹开始形核，裂纹长大导致断裂。 解理断裂 cleavage 穿晶脆性断裂：在一定条件下（低温高速及应力集中），当应力达到一定值，快速沿一定的结晶面（解理面）而发生的断裂。 例：低碳钢发生解理断裂时，常沿铁素体『100』晶面发生。 密排六方 『0001』 解理断裂趋势－韧性/脆性断裂 ？ The tendency for a cleavage fracture increases with an increase in the strain rate or a