材料的力學(xué)性能(7)(完整版)
【正文】 式之一 。 正斷和切斷 ， 是指引發(fā)斷裂的緣因和斷裂面的取向； ? 正斷是由正應(yīng)力引起的，斷裂面與最大主應(yīng)力方向垂直； ? 切斷是由切應(yīng)力引起的，斷裂面在最大切應(yīng)力作用面內(nèi)，而與最大主應(yīng)力方向呈 450。 ? 解理斷口的宏觀形貌是較為平坦的 、 發(fā)亮的結(jié)晶狀斷面 。 ? 準(zhǔn)解理斷裂 ? 準(zhǔn)解理斷裂多在馬氏體回火鋼中出現(xiàn) 。 所以 ， 常將準(zhǔn)解理斷裂歸入脆性斷裂 。 原子間作用力與位移的關(guān)系如圖 。 γ 值代入式 (56)計(jì)算，例如鐵， E=2 105 MPa,a0= 1010 m， γ=2 J/m2, 則 σm ＝4 104 MPa≈E/5 。根據(jù)彈性理論計(jì)算 ， 釋放出來的彈性能為 Ue=πσ 2a2/E (57) ? 形成新表面所需的表面能為 W=4aγ (5 8) ? 整個(gè)系統(tǒng)的能量變化為 Ue+W=4aγ πσ 2a2/E （ 59） ? 系統(tǒng)能量隨裂紋半長 a的變化 ,如圖 ? 當(dāng)裂紋增長到 2ac后 ， 若再增長 ， 則系統(tǒng)的總能量下降 。 在研究裂紋擴(kuò)展的動力和阻力時(shí) ， 基本概念都是基于能量的消長與變化 。 ? 用位錯(cuò)運(yùn)動 、 塞積和相互作用來解釋裂紋的成核和擴(kuò)展 。 ? 一般情況下 ， 宏觀斷裂是韌性的 ， 斷口的宏觀形貌大多呈纖維狀 。 另一種聚合模式是裂紋尖端與微孔 、 或微孔與微孔之間產(chǎn)生了局部滑移 ， 由于這種局部的應(yīng)變量大 ， 產(chǎn)生了快速剪切裂開 。 ? （ 2） 第二相粒子 , 鋼的塑性下降；硫化物比碳化物的影響要明顯得多 。 ? α 值愈小 ， 則相反 ， 愈易傾向脆性斷裂 。 ? 材料的微觀結(jié)構(gòu)的影響 ? 影響韌性 脆性轉(zhuǎn)變的組織因素很多 ， 也比較復(fù)雜 ， 主要有： ? (1)晶格類型的影響 ? 面心立方晶格金屬塑性 、 韌性好 ， 體心立方和密排六方金屬的塑性 、 韌性較差 。 ? (3)晶粒大小的影響 ? 晶粒細(xì) ， 滑移距離短 ， 在障礙物前塞積的位錯(cuò)數(shù)目較少 ， 相應(yīng)的應(yīng)力集中較小 ， 而且由于相鄰晶粒取向不同 ， 裂紋越過晶界有轉(zhuǎn)折 ， 需要消耗更多的能量； ? 晶界對裂紋擴(kuò)展有阻礙作用 ， 裂紋能否越過晶界 ，往往是產(chǎn)不產(chǎn)生失穩(wěn)擴(kuò)展的關(guān)鍵 。 ? 晶粒細(xì)化既提高了材料的強(qiáng)度 ， 又提高了它的塑性和韌性 。 ? 體心立方晶格的金屬 ， 如鐵 、 鉻 、 鎢和普通鋼材 ，韌脆轉(zhuǎn)變受溫度及加載速率的影響很大 ， 因?yàn)樵诘蜏睾透呒虞d速率下 ， 它們易發(fā)生孿晶 ， 也容易激發(fā)解理斷裂 。 ? 溫度對表面能 γ 和彈性模量 E的影響不大 ， 所以對斷裂強(qiáng)度影響不大 。 脆性 —韌性轉(zhuǎn)變 ? 工程上總是希望構(gòu)件在韌性狀態(tài)下工作，避免危險(xiǎn)的脆性斷裂。 ?目前 , 快速剪切裂開的認(rèn)識還不夠深入 ， 但知道應(yīng)變強(qiáng)化指數(shù)低的材料容易產(chǎn)生剪切裂開 。 ? 在正應(yīng)力作用下，韌窩是等軸形的； ? 在扭轉(zhuǎn)載荷作用下，韌窩被拉長為橢圓形。 ? 當(dāng)拉伸載荷達(dá)到最大值時(shí) ， 試樣發(fā)生頸縮 。 ? 倘若由于應(yīng)力集中的作用而使裂紋尖端的應(yīng)力超過材料的理論強(qiáng)度值 ， 則裂紋擴(kuò)展 ， 引起斷裂 。 臨界狀態(tài)為 : ?（ Ue+W） / ? a =4γ 2πσ 2a/E =0
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