金属的断裂韧度课件.PPT

4.2 断裂韧性KⅠC的测试 工学院 材料系 在正方形压痕的四角，沿辐射方向出现 裂纹。 若选用荷载适当，在压痕对角线方向的抛面接近半圆形。一般要求c≥2.5a。 根据压痕断裂力学理论，处于平衡状态的压痕裂纹尖端的残余应力强度因子在数值上等于材料的断裂韧性。 H、E、a、c分别是材料的维氏硬度、弹性模量、压痕对角线与裂纹 的长度； Ф为约束因子（ Ф ≈3）。 4.2 断裂韧性KⅠC的测试 工学院 材料系 通过压痕法求一系列的c，a值，按上式的通式 以lna和lnc为变量进行拟合，求得u、V值； 应用所得u、V值于待测的同类材料上，再测a、c值，并利用已知的H、E，可求得KIC 。 4.3 影响断裂韧性KIC的因素 工学院 材料系 一、内因（材料因素） 1）晶粒尺寸 晶粒愈细，晶界总面积愈大，裂纹顶端附近从产生一定尺寸的塑性区到裂纹扩展所消耗 的能量也愈大，因此KIC 也愈高。 2）合金化 固溶使得KIC 降低； 第二相对材料断裂韧性的作用常与具体的材料体系及其工艺因素有关： 弥散分布的第二相数量越多，其间距越小， KIC 越低； 第二相沿晶界网状分布，晶界损伤， KIC 降低； 球状第二相的KIC ＞片状 4.3 影响断裂韧性KIC的因素 工学院 材料系 * 在陶瓷材料中，常利用第二相在基体中形成吸收裂纹扩展能量的机制提高陶瓷材料的断裂韧性。 3）夹杂 夹杂物偏析于晶界，晶界弱化，增大沿晶断裂的倾向性；在晶内分布的夹杂物 起缺陷源的作用，都使材料 的KIC 值下降。 4）显微组织 （1）M组织 板条M：精细结构位错具有较高强度和塑性，裂纹扩展阻力大， KIC高 针状M：孪晶使滑移系减少4倍，并易感应裂纹硬而脆， KIC低 混合M：介于二者之间 4.3 影响断裂韧性KIC的因素 工学院 材料系 （2）M回火组织 回火马氏体：基体为过饱和F，塑性差，质点小且弥散，间距小，裂纹扩展阻力小， KIC 低 回火索氏体：基体为再结晶F，K粒子为粒状，间距大， KIC高 回火屈氏体：介于二者之间 （3）贝氏体组织 上贝氏体：F片层间分布有断续K，裂纹扩展阻力小， KIC低 下贝氏体：过饱和针状F中弥散K，裂纹扩展阻力大， KIC高 4.3 影响断裂韧性KIC的因素 工学院 材料系 （4）B与M （5）残余奥氏体： 塑性高，松弛应力、裂纹扩展阻力大，可以提高KIC 二、特殊热处理对断裂韧度的影响 1） 形变热处理 高温形变热处理细化奥氏体亚结构，细化淬火马氏体，强度、韧性提高，KIC提高。 低温形变热处理细化A亚结构，增加位错密度，促进碳化物弥散沉淀，降低A质量分数，板条M增加， KIC提高。 4.3 影响断裂韧性KIC的因素 工学院 材料系 2）亚温淬火 提高低温韧性，降低高温韧性。因为形成细小的F+A、 F-A 相界面比A大若干倍，杂质偏析浓度低，F溶解杂质多， KIC提高。 3）超高温淬火 M由孪晶变为板条 M板条束间有稳定A膜 K溶入A，减少微孔形核 三、外因（板厚和实验条件） 1）板厚 材料的断裂韧性随板材厚度或构件截面尺寸的增加而减小，最终趋于一个稳定的最低值，即平面应 变断裂韧度 工学院 材料系 辽宁工程技术大学 材料力学性能 工学院 材料系 第四章 金属的断裂韧度 线性弹性下的金属断裂韧度 1 断裂韧度KIC的测试 2 弹塑性条件下金属断裂韧度的基本概念 4 影响断裂韧度KIC的因素 3 工学院 材料系 学习目标 1 掌握KIC的测试方法、影响因素及其应用 2 了解GIC和JIC的有关概念 工学院 材料系 学习重点和难点 2 影响 KIC的因素 1 力学行为及各种力学性能指标的意义和应用。 1 KIC的含义及应用 4.1线弹性条件下的断裂韧度 工学院 材料系 0.引言 按传统力学设计，工作应力σ小于许用应力[σ]为安全。 塑性材料[σ]＝σS/n 脆性材料[σ]＝σb/n 再考虑机件的一些特点（如存在缺口）及环境温度的影响，根据材料使用经验，对塑性、韧度及缺口敏感度提出附加要求 据此设计的机件，原则上来讲是不会发生塑性变形和断裂的，安全可靠。 随着高强度材料的使用，尤其在经过焊接的大型构件中常发生断裂应力低于屈服强度的低应力脆 断意外事故，传统或经典的强度理论无法解释。 4.1线弹性条件下的断裂韧度 工学院 材料系 1965年英国的一个氨合成塔，设计压力为36MPa，水压试验压力为49MPa，材料的屈服强度为 460MPa，此容器在试压过程中加压到35.2MPa时，就突然爆炸，其中有一块重达2T的碎片竟飞出数十米远。 1954年，美国发射北极星导弹，固体燃料发动机壳体，采用了超高强度钢D6AC，σS为1400MPa，按照传统的强度设计与验