材料力学性能第一章3a

1第五节 断 裂断裂 固体材料在力的作用下分成几个部分的现象。断裂的危害？（与其它失效方式比较）一、断裂的类型及宏观断口特征断裂的分类有很多种：1、按照断裂前有无明显的塑性变形分为：韧性断裂 (ductile fracture) 、脆性断裂 (brittle fracture)。2 、按晶体材料断裂时裂纹扩展的途径分为： 穿晶断裂、沿晶断裂 。彻底失效2第五节 断 裂3、按照微观断裂机理分为：解理断裂、剪切断裂（纯剪切断裂、微孔聚集型断裂）。4、 按作用力的性质和断裂面的取向分为， 正断、切断 。断裂 过程包括 裂纹形成 和 裂纹扩展 。断裂的表面 断口 ，可提供断裂原因、条件、断裂机理等信息，在失效分析及材料科学研究中很重要。3第五节 断 裂正断 混合断 切断4第五节 断 裂1 韧性断裂与脆性断裂韧性断裂定义 断裂前及断裂过程中产生明显宏观塑变的断裂过程。韧性断裂特点 断裂过程较慢，消耗大量的塑性变形能。断口的特征 纤维状（众多细微裂纹不断扩展和相互连接造成）、暗灰色（纤维状断口对光的反射能力很弱） 。5第五节 断 裂韧性断裂断口6第五节 断 裂韧性断裂断口7第五节 断 裂脆性断裂定义 断裂前及断裂过程中基本上不产生明显宏观塑变的断裂过程。脆性断裂特点 没有明显预兆，裂纹的扩展速度往往很快，具有很大的危险性。断口的特征 断口一般与正应力垂直，宏观上比较齐平光亮，常呈放射状或结晶状。8第五节 断 裂容易发生 韧性断裂 的材料 塑性较好的金属材料和高分子材料。容易发生 脆性断裂 的材料 淬火钢、灰铸铁、陶瓷、玻璃 。 9第五节 断 裂2 穿晶断裂与沿晶断裂穿晶断裂与沿晶断裂示意图10第五节 断 裂穿晶断裂定义 断裂过程中 裂纹穿过晶粒内部 的断裂过程。穿晶断裂特点 可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。断口的特征 穿晶断裂的微观机理有多种，所以断口的特征也很复杂，除了典型的 韧窝 和 解理花样 外还有多种混合断口如 准解理 ， 疲劳断口 等。11第五节 断 裂沿晶断裂定义 断裂过程中裂纹 沿晶界扩展 的断裂过程。沿晶断裂特点 绝大多数为脆性断裂。断口的特征 一般呈结晶状（冰糖状）。沿晶断裂的原因大致有： 晶界存在连续分布的脆性第二相， 微量有害杂质元素在晶界上偏聚， 由于环境介质的作用损害了晶界，如氢脆、应力腐蚀、应力和高温的复合作用在晶界造成损伤。12第五节 断 裂沿晶断裂13第五节 断 裂容易发生 沿晶断裂 的材料晶界上存在断续或连续脆性第二相薄层的合金、高温下晶界结合力较弱的金属、共价键陶瓷等。容易发生 穿晶断裂 的材料大部分塑性较好的金属材料和离子键结合的陶瓷材料。14第五节 断 裂3 剪切断裂与解理断裂剪切断裂与解理断裂是两种不同的 微观断裂方式 ，是材料断裂的两种重要机理。剪切断裂：材料在切应力作用下沿滑移面分离而造成的滑移面分离断裂。可分为纯剪切断裂和微孔聚集型断裂。15第五节 断 裂纯剪切断裂断口呈锋利的楔形（单晶体材料）断口呈刀尖型（多晶体材料的完全韧性断裂）16第五节 断 裂微孔聚集型断裂 是韧性断裂的普遍方式。断裂过程包括微孔的形核（第二相碎裂与基体界面脱离）、长大（大量位错进入微孔）、聚合（相邻微孔连接部分内缩颈的断裂形成微裂纹）直至断裂（微裂纹在尖端应力集中作用下与主裂纹连通）。微孔也可产生于晶界，或孪晶带等处，只是相对地说微孔萌生较迟些。No Exist17第五节 断 裂微孔长大聚合示意图形核长大聚合18第五节 断 裂微孔聚集型断裂 断口的特征 宏观上常呈暗灰色、 纤维状，微观上则为 大量的韧窝 。韧窝大小取决与第二相的大小及间距，一般来说间距小，韧窝也小。韧窝的深度取决与材料的塑性好坏，一般来说，塑性好，韧窝较深。19第五节 断 裂典型的韧窝微观形貌断口 SEM照片20第五节 断 裂三种应力状态下的韧窝形态a)等轴韧窝 b)拉长韧窝 c)撕裂韧窝21第五节 断 裂三种应力状态动画a)等轴韧窝 c)撕裂韧窝b)拉长韧窝22第五节 断 裂解理断裂 定义 在正应力的作用下，由于原子间结合键的破坏引起的沿特定晶面发生的 脆性穿晶断裂 称为解理断裂。解理断裂的特点：1 主裂纹清晰；2 晶粒内无变形；3 裂纹多萌生于晶界；表面能最小 的晶面，且往往是 低指数的晶面。？23第五节 断 裂解理断裂的微观断口应该是极平坦的镜面，但是实际的解理断口是由许多大致相当于 晶粒大小的解理面集合而成 的。这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为 解理刻面 。断口的特征 解理台阶、河流花样和舌状花样。24第五节 断 裂解理裂纹与螺位错相交形成台阶二次解理和撕裂形成台阶 (a)次生解理 (b)撕裂25第五节 断 裂当汇合台阶足够高时，便形成 河流花样河流花样是判断 是否为解理断裂 的重要微观依据河流 ”的流向与裂纹的扩展方向一致26第五节 断 裂河流花样(a)船用钢板 (b)LiF晶体扭转晶界和大角度晶界两侧解理面方向各异27第五节 断 裂舌状花样它是由于解理裂纹沿孪晶界扩展留下的舌头状凹坑或凸台，故在匹配断口上 “舌头 ”为黑白对应的。28第五节 断 裂解理面解理方向孪晶面孪生方向解理舌形成示意图29第五节 断 裂准解理断裂 定义 是 微孔聚合与解理 断裂 两种微观断裂机理的 混合 。