材料力學(xué)性能第一章-資料下載頁
2025-04-29 12:03本頁面
【正文】 裂紋亞穩(wěn)擴(kuò)展 （ 1）解理斷口 ? 在拉應(yīng)力作用下，脆性穿晶斷裂； ?沿著一定結(jié)晶面分離 ——解理面； ?解理面一般都是低指數(shù)面（表面能低）； ?單晶體解理斷口 ——無特征的理想平面 多晶體解理斷口 ——很多取向略有差別的光滑小刻面（小刻面是一個晶粒） ?一組平行的解理面組成小刻面； ?兩個平行解理面間相差一定高度 ——臺階。 ?臺階匯合 ——“河流花樣” ——是臺階存在標(biāo)志（ 解理斷裂最重要特征 ） ? “ 舌狀花樣 ” ——（ 解理斷裂另一斷口學(xué)特征 ） 解理臺階形成機(jī)理： （ 1）解理裂紋與螺位錯交截形成臺階。（高度為 b的解理臺階）。 （ 2）處于不同高度而兩個相互平行的解理裂紋，通過二次解理或撕裂相互 連接而形成臺階。 ?河流上游（支流發(fā)源處） ——裂紋發(fā)源處 ?河流下游 ——裂紋擴(kuò)展方向 ?形狀象躺在解理面上的“舌頭”； ?“舌狀花樣”的形成： 解理裂紋與孿晶相遇時，沿著孿晶面發(fā)生局部二次解理， 發(fā)展到一定程度后，二次解理面與主解理面間連接部分破斷； ?低溫、高速變形時易發(fā)生孿生變形，解理裂紋沿孿晶界擴(kuò)展，留 下舌頭狀凹坑（或凸臺） ——“舌狀花樣” 隨變形增大塞積數(shù)增多 位錯受兩力 （一）位錯源驅(qū)使位錯推向粒子（二）第二相粒子的阻塞，粒子 排斥領(lǐng)先位錯 外加應(yīng)力 不太大 兩力平衡 b)位錯源停止放出位錯 外加應(yīng)力 足夠大 或粒子周圍有應(yīng)力集中 c)將領(lǐng)先位錯推向基體與第二相粒子界面上，界面沿 AB面分開成 微孔 d、 e)微孔形成使原來斥力減小，位錯源重新激活，位錯又推向微孔，微孔 擴(kuò)大 f)位錯可沿不同滑移面開往粒子邊界，微孔可由幾個滑移面上開來的位錯共同形成 g)或其它滑移面的位錯向該微孔運(yùn)動而使其長大 微孔聚集斷裂 a)塑性變形時夾雜物第二相粒子周圍塞積著位錯環(huán)。 韌性斷裂的特征：發(fā)生明顯的宏觀塑性變形 韌性斷裂的實(shí)質(zhì)：顯微空洞形成、長大、連結(jié)并最終導(dǎo)致斷裂。 至今沒有完善的理論 不如脆斷危險，沒足夠重視； 韌斷時塑變區(qū)應(yīng)力 應(yīng)變分布復(fù)雜，數(shù)學(xué)處理困難 斷口的微觀形貌 韌性斷裂兩種類型： （ 1）純剪切型斷裂 （ 2）微孔聚集型斷裂 SEM觀察 大量微坑（韌窩）覆蓋斷面 拋物型 剪切韌窩 撕裂韌窩 等軸韌窩 微孔聚集斷裂 斷口具有韌窩形貌的構(gòu)件其宏觀斷裂是韌性的。 韌性斷裂方式示意圖： (a) 一般拉伸時出現(xiàn)頸縮后產(chǎn)生的杯錐狀斷口 (b) 拉伸時同樣出現(xiàn)頸縮，但最后產(chǎn)生雙杯錐狀斷口。僅室溫純金屬中出現(xiàn)。 (c) 平面型斷口，但其本質(zhì)是韌性的。在室溫下高碳鋼中常見。 (d) 單晶體金屬剪切斷口，出現(xiàn)在六方金屬中。 (e) 塑性較好的面心立方金屬出現(xiàn)的錐形斷口。 人們曾經(jīng)根據(jù)原子間結(jié)合力 推導(dǎo)出晶體在切應(yīng)力作用下，兩 原子面作相對剛性滑移時所需的 理論切應(yīng)力，即理論切變強(qiáng)度。 結(jié)果表明，理論切變強(qiáng)度與切變 模量差一定數(shù)量級。 同樣的辦法我們也可以推導(dǎo) 出在外加正應(yīng)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(yīng)力，即理論斷裂強(qiáng) 度，粗略計算表明，理論斷裂強(qiáng) 度與楊氏模量也差一定數(shù)量級。 斷裂強(qiáng)度 1. 理論斷裂強(qiáng)度 2. 斷裂強(qiáng)度的裂紋理論（格雷菲斯裂紋理論） 為了解釋玻璃、陶瓷等脆性材料斷裂 強(qiáng)度的理論值和實(shí)際值的巨大差異，格雷 菲斯 (A． )在 1921年提出此理論。 他根據(jù)能量平衡原理計算出裂紋自動 擴(kuò)展時的應(yīng)力值，即計算了裂紋體的強(qiáng)度。 如圖（ 1－ 34）。 斷裂強(qiáng)度 光滑圓柱試樣的靜拉伸斷口 韌性斷口 三個區(qū)域 纖維區(qū) 放射區(qū) 剪切唇 裂紋起源 裂紋緩慢擴(kuò)展 裂紋達(dá)到一定尺寸 裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展 形成 有效截面從心部開始減小，到達(dá)表面 試樣表面：裂紋前端應(yīng)力狀態(tài)由三向應(yīng)力變?yōu)槠矫鎽?yīng)力 1. 纖維區(qū)：位于斷口的中央，呈粗糙的纖維狀圓環(huán)形花樣。 拉伸載荷超過強(qiáng)度極限載荷 縮頸 應(yīng)力集中 出現(xiàn)三向應(yīng)力 中心軸向應(yīng)力不斷增大 裂紋形成 夾雜物、缺陷等 最小截面處 微孔 夾雜物斷裂 或與基體脫離 裂紋長大連接 微孔連接 纖維區(qū) 在切應(yīng)力作用 塑性變形 鋸齒（每個小斜面與外力成 45?) 塑變大 斷面粗糙 對光線散射呈暗灰色 2. 放射區(qū) ? 有放射花樣特征，當(dāng)裂紋由緩慢擴(kuò)展向快速擴(kuò)展轉(zhuǎn)化時， ?就由纖維區(qū)進(jìn)入到了 ~。 ? 放射線平行于裂紋擴(kuò)展方向而垂直于裂紋前端的輪廓線， ?并逆指向裂紋源。 ?撕裂時塑性變形量越大，放射線越粗； 幾乎不產(chǎn)生塑變的極脆斷口，放射線消失。 ? 溫度降低或強(qiáng)度增加，塑性降低，放射線由 粗變細(xì)直至消失。 3. 剪切唇 ?在拉伸斷裂的最后階段形成杯錐狀剪切唇。 ?剪切唇表面光滑，與拉伸軸呈 45?。 ?屬于韌性斷裂區(qū)。 韌性斷裂的斷口同時有三區(qū)，而脆性斷口纖維區(qū)很小，剪切唇幾乎沒有。 材料強(qiáng)度提高，塑性降低，放射區(qū)比例增大。 試樣尺寸加大，放射區(qū)增大明顯，纖維區(qū)變化不大。
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