【正文】 造成的分離斷裂。 （ 2）微孔聚集型斷裂：微孔形核、長大、聚合導致材料分離。 （ 3）解理斷裂：金屬材料在一定條件下，當外加正應力達到 一定數(shù)值后，以極快速率沿一定晶體學平面 產(chǎn)生的穿晶斷裂。解理面一般是指低指數(shù)晶面 或表面能量低的晶面。（表 16， P24） fcc金屬一般不發(fā)生解理斷裂。 解理斷裂總是脆性斷裂。 58 三、解理斷裂機理和微觀斷口特征 （一）解理裂紋的形成和擴展 （裂紋的萌生與擴展） 材料斷裂前總會產(chǎn)生一定的塑性變形，而塑性變形與位錯運動有關。 位錯塞積理論 位錯塞積頭處應力集中，超過材料的理論斷裂強度而形成裂紋。 21m ax )2/)((rdif ??? ??（ 131） 位錯塞積處的最大拉應力： 59 柯垂耳用能量分析法導出裂紋擴展的臨界條件為： σnb=2γs （ 134）（ 詳細內(nèi)容，見第四章 ） ∴ 晶粒細化，材料的脆性減小。 第二相質(zhì)點的平均自由程 λ越小，材料的強度 ↑ 。 位錯反應理論（解釋晶內(nèi)解離） 位錯反應，形成新的位錯，能量降低，故有利于裂紋形核。 60 （二）解理斷裂的微觀斷口特征電鏡觀察 （ 1）河流狀（圖 125）：解離臺階的標志。 解理臺階：不同高度的解離面。沿兩個高度不同的平行解理面上擴展的解理裂紋相交時形成。匯合臺階高度足夠大時形成河流狀花樣。 解離臺階的方式：解理裂紋與螺 位錯相交形成；通過二次解理 成撕裂形成。 解理斷裂：沿特定界面發(fā)生的脆性穿晶斷裂。 61 晶界對解理斷口的影響： （ a）小角度傾斜晶界 裂紋能越過晶界，“河流”可延續(xù)到相鄰晶粒內(nèi)。 （ b）扭轉晶界（位向差大） 裂紋不能直接穿過晶界，必須重新形核。 裂紋將沿若干組新的相互平等的解理面擴展，形成新的“河流”。 （ 2）舌狀花樣 解理裂紋沿孿晶界擴展 留下的舌狀凹坑或凸臺。 62 （ 3）準解理 由于晶體內(nèi)存在彌散硬 質(zhì)點，解理裂紋起源于晶 內(nèi)硬質(zhì)處點，形成從晶內(nèi) 某點發(fā)源的放射狀河流花 樣。 準解理不是獨立的斷裂 機制。是解理斷裂的變種。 63 四、微孔聚集斷裂機理和微觀斷口特征 斷裂機理 （ 1）微孔形核 點缺陷聚集；第二相質(zhì)點碎裂或脫落； 位錯引起的應力集中，不均勻塑性形變。 （ 2）微孔長大 滑移面上的位錯向微孔運動，使其長大。 （ 3）微孔聚合 應力集中處，裂紋向前推進一定長度。 64 微觀斷口特征 韌窩：微孔形核、長大和聚合在斷口上留下的痕跡。 （ 1）韌窩形狀 等軸韌窩：正應力 ⊥ 微孔平面時形成（拉伸試樣中心纖維區(qū)） 拉長韌窩：扭轉、剪切或雙向不等應力狀態(tài)時形成 撕裂韌窩：拉、彎應力狀態(tài)時形成 （ 2）影響韌窩大小因素 基體材料的塑性變形能力和應變硬化指數(shù) 第二相質(zhì)點的大小和密度 應力大小和狀態(tài) 微觀上出現(xiàn)韌窩，宏觀上不一定是韌性斷裂。 65 66 完整晶體，原子間作用力與原子間位移關系式為： 五、斷裂強度 理論斷裂強度 理論斷裂強度：外加正應力作用下，將晶體的兩個原子面沿垂直于 外力方向拉斷所需的應力。其大小取決于原子間結合力。 ???? xS i nm2????? xxS i n 22 ?∵ 位移很小 , ∴ 67 a0— 原子間平衡距離， ?????? mNm dxxS i nU ?? ? 2200形成單位裂紋表面的功為： 此功應等于表面能的 2倍，即： γ— 表面能 鐵： σm≈E/ ，實際金屬材料： σm=E/10~1000 0axEE ?? ??02 aEm ??? ?可得： 結合虎克定律： 210)( aEm ?? ?所以： ???? ms ?268 格雷菲斯裂紋理論（ 1921年） （ 1）出發(fā)點 材料中已存在裂紋；局部應力集 中；裂紋擴展（增加新的表面）， 系統(tǒng)的彈性 （ 2）格雷菲斯模型 a）單位厚度、無限寬薄板，僅施 加一拉應力（平面應力）。 板內(nèi)有一長度為 2a，并垂直于 應力的裂紋。 69 B）拉緊平板，已存在裂紋的平板，將釋放彈性能 （釋放的能量，前面加負號） 彈性力學中： EaUe22????物理方程幾何方程 ??????????)()()()(????????GFffii70 釋放的彈性能 c）裂紋形成產(chǎn)生新表面所需要的能量 dx dyFU ae )(2022 ????21)2( aE sc ? ?? ? （ 149） d）能量守恒 （ 3）格雷菲斯公式 ??? aE aWUe 422???? saW ?4?saW ?4?（ ∵ 是兩個表面） 71 由上所述， 是金屬材料屈服時產(chǎn)生解理斷裂的判據(jù)。既然是在屈服時產(chǎn)生的解理斷裂，則 ，而 和晶粒大小之間又存在霍爾 派奇關系 ，因此可得： （ 158） 或 （ 159） dkGysc?? 2?21??? dkyis ??2121 2)(dkGdkysyi?? ???syy21i G2kkd ???????? ??sc ?? ?s?六、斷裂理論的意義 屈服時產(chǎn)生解理斷裂的判據(jù) 72 如果考慮應力狀態(tài)對斷裂的影響，則式（ 159）可寫為： syy21i G2kkd ???????? ?? q 應力狀態(tài)系數(shù) 提高 G、 γs 和 q，降低 σi 、 d和 ky可降低金屬的脆斷傾向 77 返回 三種常見單晶體金屬的應力 應變曲線