(3.8)--第一章 金属在单向静拉伸下的力学性能（2）.ppt

一、断裂的类型一、断裂的类型1.机件的三种主要失效形式机件的三种主要失效形式2.完全断裂完全断裂3.不完全断裂不完全断裂4.断裂过程断裂过程5.断裂分类断裂分类（1）根据断裂前塑变大小分）根据断裂前塑变大小分（2）根据裂纹扩展的途径分）根据裂纹扩展的途径分（3）根据断裂机制分）根据断裂机制分（4）根据断裂面的取向分）根据断裂面的取向分第一章第一章 金属在单向静拉伸载荷下的力学性能金属在单向静拉伸载荷下的力学性能 1-4 金属的断裂金属的断裂11-4 金属的断裂金属的断裂二、断裂类型介绍二、断裂类型介绍1.韧性断裂和脆性断裂韧性断裂和脆性断裂（1）韧性断裂）韧性断裂定义定义断口特征断口特征中低碳钢光滑圆柱试样宏观韧性断口特征中低碳钢光滑圆柱试样宏观韧性断口特征断口形成过程断口形成过程 纤维区的形成纤维区的形成 放射区的形成放射区的形成 剪切唇的形成剪切唇的形成2（2）脆性断裂）脆性断裂定义定义断口特征断口特征（3）韧断与脆断的区分）韧断与脆断的区分2.穿晶断裂和沿晶断裂穿晶断裂和沿晶断裂（1）穿晶断裂）穿晶断裂定义定义性质性质1-4 金属的断裂金属的断裂3（2）沿晶断裂）沿晶断裂定义定义性质性质（3）穿晶断裂和沿晶断裂可混合发生）穿晶断裂和沿晶断裂可混合发生3.解理断裂和剪切断裂解理断裂和剪切断裂（1）剪切断裂）剪切断裂分类分类纯剪切断裂纯剪切断裂微孔聚集型断裂微孔聚集型断裂1-4 金属的断裂金属的断裂4（2）解理断裂）解理断裂定义定义性质性质三、脆性断裂机理和微观特征三、脆性断裂机理和微观特征1.解理裂纹的形成和扩展解理裂纹的形成和扩展（1）位错塞积理论：）位错塞积理论：甄纳甄纳-斯特罗斯特罗裂纹形成裂纹形成裂纹扩展裂纹扩展该理论存在的问题该理论存在的问题1-4 金属的断裂金属的断裂5（2）位错反应理论）位错反应理论：柯垂尔：柯垂尔裂纹形成裂纹形成裂纹扩展裂纹扩展该理论存在问题该理论存在问题（3）史密斯模型）史密斯模型小结小结三种理论的共同之处三种理论的共同之处1.裂纹形核前均需有塑性变形裂纹形核前均需有塑性变形2.位错运动遇界面受阻，在一定条件下便会形成裂位错运动遇界面受阻，在一定条件下便会形成裂纹。纹。1-4 金属的断裂金属的断裂62.脆性断裂的微观特征脆性断裂的微观特征（1）解理断裂）解理断裂解理台阶解理台阶 定义定义 形成过程形成过程河流花样河流花样 是判断是否解理断裂的重要微观依据。是判断是否解理断裂的重要微观依据。舌状花样舌状花样1-4 金属的断裂金属的断裂7（2）准解理）准解理准解理与解理的共同点准解理与解理的共同点准解理与解理的不同点准解理与解理的不同点（3）沿晶断裂）沿晶断裂 冰糖状形貌冰糖状形貌1-4 金属的断裂金属的断裂8四、韧性断裂机理和微观特征四、韧性断裂机理和微观特征1.韧性断裂机理韧性断裂机理 微孔聚集型韧性断裂过程：微孔聚集型韧性断裂过程：微孔成核微孔成核长大长大聚合聚合断裂断裂（1）微孔成核）微孔成核 通过第二相（或夹杂物）质点破碎成核；通过第二相（或夹杂物）质点破碎成核；通过第二相（或夹杂物）与基体界面脱离而通过第二相（或夹杂物）与基体界面脱离而成核。成核。微孔成核的位错模型：图微孔成核的位错模型：图1-301-4 金属的断裂金属的断裂91-4 金属的断裂金属的断裂（2）微孔的长大）微孔的长大 位错向微孔运动，使其长大。位错向微孔运动，使其长大。10（3）微孔聚合）微孔聚合（4）断裂）断裂2.韧性断裂的微观特征韧性断裂的微观特征 等轴韧窝等轴韧窝基本特征：韧窝基本特征：韧窝 拉长韧窝拉长韧窝 撕裂韧窝撕裂韧窝（1）等轴韧窝）等轴韧窝形成条件形成条件存在部位存在部位 1-4 金属的断裂金属的断裂11（2）拉长韧窝）拉长韧窝形成条件形成条件存在部位存在部位（3）撕裂韧窝）撕裂韧窝形成条件形成条件存在部位存在部位1-4 金属的断裂金属的断裂12五、断裂强度五、断裂强度（一）理论断裂强度（一）理论断裂强度1.由原子间结合力与原子间位移关系曲线由原子间结合力与原子间位移关系曲线当原子间位移很小时当原子间位移很小时 而且：而且：1-4 金属的断裂金属的断裂132.由晶体脆断消耗功等于形成两个新表面所需之由晶体脆断消耗功等于形成两个新表面所需之表面能可得表面能可得由由“1”和和“2”得得理想晶体脆性断裂理论断裂强度理想晶体脆性断裂理论断裂强度1-4 金属的断裂金属的断裂14（二）实际断裂强度二）实际断裂强度1.脆性材料脆性材料 格雷菲斯裂纹理论：为了解释玻璃等脆性材格雷菲斯裂纹理论：为了解释玻璃等脆性材料理论断裂强度与实际断裂强度的巨大差异，提料理论断裂强度与实际断裂强度的巨大差异，提出该理论。出该理论。（1）无限宽薄板：平面应力状态）无限宽薄板：平面应力状态（图（图1-34）释放弹性能：释放弹性能：形成裂纹新表面的表面功：形成裂纹新表面的表面功：1-4 金属的断裂金属的断裂15整个系统能量：整个系统能量：在平衡点处，系统总能量对裂纹半长在平衡点处，系统总能量对裂纹半长a的一阶的一阶偏导数等于偏导数等于0。即：即：裂纹失稳扩展的临界应力为裂纹失稳扩展的临界应力为1-4 金属的断裂金属的断裂161-4 金属的断裂金属的断裂裂纹失稳扩展的临界尺寸为裂纹失稳扩展的临界尺寸为（2）无限厚板：平面应变状态）无限厚板：平面应变状态Z0，Z=0172.塑性材料塑性材料 工程用金属材料，奥罗万和欧文对格雷菲斯工程用金属材料，奥罗万和欧文对格雷菲斯公式修正得：公式修正得：3.各种裂纹扩展力学条件比较：表各种裂纹扩展力学条件比较：表1-8（P35）1-4 金属的断裂金属的断裂18六、断裂理论的应用六、断裂理论的应用由位错塞积或位错反应理论断裂强度表达式由位错塞积或位错反应理论断裂强度表达式由屈服强度和晶粒大小之间存在霍尔由屈服强度和晶粒大小之间存在霍尔-派奇关系派奇关系即：即：1-4 金属的断裂金属的断裂19考虑应力状态影响，上式可写为考虑应力状态影响，上式可写为 q应力状态软性系数应力状态软性系数1.影响金属材料脆性、韧性的内因影响金属材料脆性、韧性的内因（1）G（2）s (3)d (4)i (5)ky2.影响金属材料脆性、韧性的外因：影响金属材料脆性、韧性的外因：q1-4 金属的断裂金属的断裂20本章完本章完!21