材料的力學(xué)性能(7)-在線瀏覽
2024-12-05 16:22本頁(yè)面
【正文】 間有明顯的撕裂棱 。 撕裂棱的形成過程可用圖 58示意地說明 ，它是由一些單獨(dú)形核的裂紋相互連接而形成的 。 ? 準(zhǔn)解理斷裂的主要機(jī)制仍是解理 ， 其宏觀表現(xiàn)是脆性的 。 沿晶斷裂 ? 沿晶斷裂是裂紋沿晶界擴(kuò)展的一種脆性斷裂 。一般情況下 ， 晶界不會(huì)開裂 。 ?沿晶斷裂的原因大致有： ① 晶界存在連續(xù)分布的脆性第二相 ， ② 微量有害雜質(zhì)元素在晶界上偏聚 ， ③ 由于環(huán)境介質(zhì)的作用損害了晶界 ， 如氫脆 、 應(yīng)力腐蝕 、 應(yīng)力和高溫的復(fù)合作用在晶界造成損傷 。 圖 59 沿晶斷裂的斷口形貌 理論斷裂強(qiáng)度和脆斷強(qiáng)度理論 理論斷裂強(qiáng)度 ? 晶體的理論強(qiáng)度應(yīng)由原子間結(jié)合力決定 ， 現(xiàn)估算如下：一完整晶體在拉應(yīng)力作用下 ， 會(huì)產(chǎn)生位移 。 ? 曲線上的最高點(diǎn)代表晶體的最大結(jié)合力 ， 即理論斷裂強(qiáng)度 。 ? 如位移很小 ， 則 sin(2πx/d)=( 2πx/d) ， 于是 ? σ=σ m(2πx/d) （ 52） ? 根據(jù)虎克定律 ， 在彈性狀態(tài)下 ， ? σ=Eε=Ex/a 0 (53) ? 式中 E為彈性模量； ε 為彈性應(yīng)變； a。 合并式 （ 52） 和 （ 53） ， 消去 x， 得 ? σ m=λE/ 2πa 0 (54) ? 另一方面 ， 晶體脆性斷裂時(shí) ， 形成兩個(gè)新的表面 ， 需要表面形成功 2γ ， 其值應(yīng)等于釋放出的彈性應(yīng)變能 ， 可用圖 510中曲線下所包圍的面積來計(jì)算得 : ? σ m=（ Eγ/a 0） 1/2 (5—6) ? 這就是理想晶體解理斷裂的理論斷裂強(qiáng)度 。 ?如用實(shí)際晶體的 E， a。 ?高強(qiáng)度鋼，其強(qiáng)度只相當(dāng)于 E/100，相差20倍。 Griffith理論 ? Griffith在 1921年提出了裂紋理論 。 ? 設(shè)想有一單位厚度的無限寬形板 ， 對(duì)其施加一拉應(yīng)力后 ， 與外界隔絕能源 （ 圖 511)。 長(zhǎng)度為 2a的裂紋 ， 則原來彈性拉緊的平板就要釋放彈性能 。 從能量觀點(diǎn)來看 ， 裂紋長(zhǎng)度的繼續(xù)增長(zhǎng)將是自發(fā)過程 。 ? σ c是含裂紋板材的實(shí)際斷裂強(qiáng)度 ， 它與裂紋半長(zhǎng)的平方根成反比 。 承受拉伸應(yīng)力 σ 時(shí) ， 板材中半裂紋長(zhǎng)度也有一個(gè)臨界值 ac， 當(dāng) a ac時(shí) ， 就會(huì)自動(dòng)擴(kuò)展 。 ? Griffith公式和理論斷裂強(qiáng)度公式比較 σ m=（ Eγ/a 0） 1/2 σ c=(2Eγ/πa) 1/2 ? 在形式上兩者是相同的 。 ? Griffith認(rèn)為 ， 裂紋尖端局部區(qū)域的材料強(qiáng)度可達(dá)其理論強(qiáng)度值 。 ? 根據(jù)彈性應(yīng)力集中系數(shù)的計(jì)算 ,可以得到相似公式 ? Griffith公式適用于陶瓷 、 玻璃這類脆性材料 。 因而 ， 需要修正為 : σ c=[E（ 2γ+Wp ） /πa] 1/2 (517) ?這就是 GriffithOrowanIrwin公式 。 脆性斷裂的位錯(cuò)理論 * ? 如果晶體原來并無裂紋 ， 在應(yīng)力作用下 ，能否形成裂紋 ， 裂紋形成和擴(kuò)展的機(jī)制 ，正應(yīng)力和切應(yīng)力在裂紋形成及擴(kuò)展過程中的作用 ， 以及斷裂前是否會(huì)產(chǎn)生局部的塑性變形等問題 ， 需要研究解決 。
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