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平 面应 变断裂韧性 KIc的研究 ／王慧敏 等 ·11· 平面应变断裂韧性 K。c的研究 王慧敏 严红革 (湖南大学材料科学与工程学院，长沙 410082) 摘要 综述 了平面应变断裂韧性Klc的影响因素及提高断裂韧性 的一般措施 ，并对断裂韧性 Kic今后 的研究方 向进行 了论述 。 关键词 断裂韧性 平面应变 Review ofResearch on PlaneStrainFractureToughness W ANG Huimin YAN Hongge (SchoolofM aterialsScienceandEngineering，HunanUniversity，Changsha410082，P．R．China) Abstract ThefactorsthatinfluenceplanestrainfracturetoughnessKIcandthegeneralmethodstoimprove itarereviewed．FuturetrendsinKlcresearcharealsodiscussed． Keywords fracturetoughness，planestrain 0 前言 1一 内因 , (1)fL学成分 传统的材料力学认为材料是均匀连续、无缺陷的，一般使 成分对 Kc的影响主要是通过杂质元素和第二相的作用 用强度 (、o)、塑性 (8、 )和冲击韧性 (a)等指标表示材料的 来体现。钢中的杂质元素 (如 S、P、As、Sb、Bi、Sn、Pb等)是导 力学性能。但是实际材料总是不可避免地带有夹杂、裂纹和划 致韧性降低的重要因素，特别是当它们偏聚在晶界时能极大 痕等缺陷，是连续和间断的统一体。平面应变断裂韧性Kc是 地降低晶界结合能 ，导致沿晶断裂。基体中的第二相分脆性和 在断裂力学的基础上建立起来的表征实际含裂纹构件抵抗裂 韧性两种 ，脆性第二相易成为裂纹源，对断裂韧性不利；韧性 纹失稳扩展能力的韧性性能指标，其物理含义表示平面应变 第二相可增大裂纹扩展阻力，对断裂韧性有利。例如，当沉淀 临界应力强度因子，即平面应变条件下，构件在静载荷作用下 硬化不锈钢 (HP)中残余 奥氏体 (韧性相)含量从 0 升至 裂纹开始失稳扩展时的K (张开型裂纹的应力强度 因子)。 15 时，KIc可升高4倍左右 ]。 试验和分析研究表明，Klc和其他韧性性能一样，综合反 有研究还表明，提高铝合金中每一种元素的含量均会使 映了材料的强度与塑性 】『]。为了防止低应力脆断，在设计和选 断裂韧性降低 3『“]。就 7×××(A1一Zn—Mg—Cu)系铝合金而 材时根据断裂韧性可以定量计算构件允许的最大工作应力和 言，降低铝合金中杂质Fe、Si的含量，提高纯度 ，可在不明显 裂纹尺寸 ，确定构件的安全承载能力，建立相应的质量标准， 降低合金强度的同时大大提高断裂韧性。因此在强度相当时， 为构件的设计计算、制定裂纹探伤标准以及正确选材提供科 高纯铝合金 (按Fe和 Si的含量)具有较高的断裂韧性0’5]。杂 学依据 。此外，根据断裂韧性还可以评定材料在构件中的脆断 质Fe、Si影响铝合金 Kc的原因是因为Fe、si会形成不溶性 倾向，用以指导材料的强韧化工艺。因此与常规的塑性、韧性 的脆性第二相