向靜拉伸力學(xué)性能ppt課件-資料下載頁(yè)
2025-01-14 11:22本頁(yè)面
【正文】 造成的分離斷裂。 （ 2）微孔聚集型斷裂：微孔形核、長(zhǎng)大、聚合導(dǎo)致材料分離。 （ 3）解理斷裂：金屬材料在一定條件下，當(dāng)外加正應(yīng)力達(dá)到 一定數(shù)值后，以極快速率沿一定晶體學(xué)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(jī)理和微觀斷口特征 （一）解理裂紋的形成和擴(kuò)展 （裂紋的萌生與擴(kuò)展） 材料斷裂前總會(huì)產(chǎn)生一定的塑性變形，而塑性變形與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有關(guān)。 位錯(cuò)塞積理論 位錯(cuò)塞積頭處應(yīng)力集中，超過(guò)材料的理論斷裂強(qiáng)度而形成裂紋。 21m ax )2/)((rdif ??? ??（ 131） 位錯(cuò)塞積處的最大拉應(yīng)力： 59 柯垂耳用能量分析法導(dǎo)出裂紋擴(kuò)展的臨界條件為： σnb=2γs （ 134）（ 詳細(xì)內(nèi)容，見(jiàn)第四章 ） ∴ 晶粒細(xì)化，材料的脆性減小。 第二相質(zhì)點(diǎn)的平均自由程 λ越小，材料的強(qiáng)度 ↑ 。 位錯(cuò)反應(yīng)理論（解釋晶內(nèi)解離） 位錯(cuò)反應(yīng)，形成新的位錯(cuò)，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(tái)階的標(biāo)志。 解理臺(tái)階：不同高度的解離面。沿兩個(gè)高度不同的平行解理面上擴(kuò)展的解理裂紋相交時(shí)形成。匯合臺(tái)階高度足夠大時(shí)形成河流狀花樣。 解離臺(tái)階的方式：解理裂紋與螺 位錯(cuò)相交形成；通過(guò)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(duì)解理斷口的影響： （ a）小角度傾斜晶界 裂紋能越過(guò)晶界，“河流”可延續(xù)到相鄰晶粒內(nèi)。 （ b）扭轉(zhuǎn)晶界（位向差大） 裂紋不能直接穿過(guò)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(kuò)展，形成新的“河流”。 （ 2）舌狀花樣 解理裂紋沿孿晶界擴(kuò)展 留下的舌狀凹坑或凸臺(tái)。 62 （ 3）準(zhǔn)解理 由于晶體內(nèi)存在彌散硬 質(zhì)點(diǎn)，解理裂紋起源于晶 內(nèi)硬質(zhì)處點(diǎn)，形成從晶內(nèi) 某點(diǎn)發(fā)源的放射狀河流花 樣。 準(zhǔn)解理不是獨(dú)立的斷裂 機(jī)制。是解理斷裂的變種。 63 四、微孔聚集斷裂機(jī)理和微觀斷口特征 斷裂機(jī)理 （ 1）微孔形核 點(diǎn)缺陷聚集；第二相質(zhì)點(diǎn)碎裂或脫落； 位錯(cuò)引起的應(yīng)力集中，不均勻塑性形變。 （ 2）微孔長(zhǎng)大 滑移面上的位錯(cuò)向微孔運(yùn)動(dòng)，使其長(zhǎng)大。 （ 3）微孔聚合 應(yīng)力集中處，裂紋向前推進(jìn)一定長(zhǎng)度。 64 微觀斷口特征 韌窩：微孔形核、長(zhǎng)大和聚合在斷口上留下的痕跡。 （ 1）韌窩形狀 等軸韌窩：正應(yīng)力 ⊥ 微孔平面時(shí)形成（拉伸試樣中心纖維區(qū)） 拉長(zhǎng)韌窩：扭轉(zhuǎn)、剪切或雙向不等應(yīng)力狀態(tài)時(shí)形成 撕裂韌窩：拉、彎應(yīng)力狀態(tài)時(shí)形成 （ 2）影響韌窩大小因素 基體材料的塑性變形能力和應(yīng)變硬化指數(shù) 第二相質(zhì)點(diǎn)的大小和密度 應(yīng)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(guān)系式為： 五、斷裂強(qiáng)度 理論斷裂強(qiáng)度 理論斷裂強(qiáng)度：外加正應(yīng)力作用下，將晶體的兩個(gè)原子面沿垂直于 外力方向拉斷所需的應(yīng)力。其大小取決于原子間結(jié)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(yīng)等于表面能的 2倍，即： γ— 表面能 鐵： σm≈E/ ，實(shí)際金屬材料： σm=E/10~1000 0axEE ?? ??02 aEm ??? ?可得： 結(jié)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(diǎn) 材料中已存在裂紋；局部應(yīng)力集 中；裂紋擴(kuò)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(wú)限寬薄板，僅施 加一拉應(yīng)力（平面應(yīng)力）。 板內(nèi)有一長(zhǎng)度為 2a，并垂直于 應(yīng)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(fù)號(hào)） 彈性力學(xué)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(gè)表面） 71 由上所述， 是金屬材料屈服時(shí)產(chǎn)生解理斷裂的判據(jù)。既然是在屈服時(shí)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(guān)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(shí)產(chǎn)生解理斷裂的判據(jù) 72 如果考慮應(yīng)力狀態(tài)對(duì)斷裂的影響，則式（ 159）可寫(xiě)為： syy21i G2kkd ???????? ?? q 應(yīng)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(jiàn)單晶體金屬的應(yīng)力 應(yīng)變曲線
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