材料断裂课件第一章材料结构及其基本力学行为

1、第一章第一章 材料的结构及其基本力学行为材料的结构及其基本力学行为1工程材料的变形行为工程材料的变形行为应力、应变曲线类型（拉伸曲线）应力、应变曲线类型（拉伸曲线）最简单的表征材料力学特征最简单的表征材料力学特征1.1 弹性弹性第第种类型种类型 以陶瓷为代表的脆性材料，如，玻璃、岩石、陶瓷；以陶瓷为代表的脆性材料，如，玻璃、岩石、陶瓷； 一定条件下的材料，如，低温下金属、横向交联的聚合物。一定条件下的材料，如，低温下金属、横向交联的聚合物。1. Hooke定律定律拉伸时拉伸时剪切时剪切时 弹性的特性弹性的特性(1) 变形的可逆性变形的可逆性 (2) 应力与应变成正比，比例常数应力与应变成正比，

2、比例常数E 弹性的本质：外力作用下，引起原子间距发生可逆弹性的本质：外力作用下，引起原子间距发生可逆 变化的结果。变化的结果。即原子间相互作用吸力即原子间相互作用吸力斥力间一斥力间一 种平衡。种平衡。GE2弹性模量弹性模量E(1) 刚度低、过量的弹性变形刚度低、过量的弹性变形失去精度失去精度(2) E是原子间结合强度的标志。是原子间结合强度的标志。 随原子间结合键而异，不同材料随原子间结合键而异，不同材料E不同；不同； 随原子间距而变（成反比）随原子间距而变（成反比）-与温度有关。与温度有关。:100%:E物理意义 产生弹性变形应力大小.工程意义 衡量材料产生弹性变形的难易程度的指标-刚度.3

3、. 各类材料各类材料E特点特点（1）结合键）结合键金属：金属键；结合键强，无方向性。金属：金属键；结合键强，无方向性。 变形时只使键改变方向不易破坏，较高的强度和塑性。变形时只使键改变方向不易破坏，较高的强度和塑性。陶瓷：共价键和离子键，结合强、有方向性。陶瓷：共价键和离子键，结合强、有方向性。 高熔点、高硬度、塑性差。高熔点、高硬度、塑性差。 高分子：低强度、高塑性。高分子：低强度、高塑性。共价键：分子内共价键之间静电吸引分子键：分子或原子团（2）E稳定性稳定性（3）大小）大小 E陶瓷陶瓷E金属金属E聚合物聚合物感。波动，对成分、结构敏高聚物：影响超过成分和组织孔波动，取决于工艺及气不稳定，

4、在陶瓷：敏感。稳定，对成分、结构不金属：同一类材料EGPaEE1001(4) 弹性比功（回弹性）弹性比功（回弹性）金属吸收弹性变形功的能力。金属吸收弹性变形功的能力。等于应力、应变曲线下所包含的面积等于应力、应变曲线下所包含的面积弹性元件：应具有高的弹性极限和弹性比功。弹性元件：应具有高的弹性极限和弹性比功。 弹性与刚性是两个相反概念弹性与刚性是两个相反概念2122eeeeAE3比例极限和弹性极限比例极限和弹性极限比例极限：低于该应力，比例极限：低于该应力， 应力与应变成正比；应力与应变成正比；弹性极限：应变完全可逆的弹性极限：应变完全可逆的 。 可见材料具有非线性弹性，如晶须，在大的弹性应变

5、下，可见材料具有非线性弹性，如晶须，在大的弹性应变下，E是变化的，是变化的， 大多数情况下，弹性极限近似等于比例极限，弹性极限稍高。大多数情况下，弹性极限近似等于比例极限，弹性极限稍高。1.2 弹性弹性均匀塑性均匀塑性 第第II种类型种类型 具有应变硬化（大多数金属）具有应变硬化（大多数金属） 弹性区过后，一般光滑抛物线，即随应变增加（塑性）变形抵抗力增加。弹性区过后，一般光滑抛物线，即随应变增加（塑性）变形抵抗力增加。 这是晶体内位错的不可逆运动这是晶体内位错的不可逆运动或是非晶体可能变形机制引起的或是非晶体可能变形机制引起的 不可逆变形不可逆变形。 （位错或其它机制）（位错或其它机制）经验

6、公式：经验公式：Hollowon 真应力真应力真应变真应变 n应变硬化指数应变硬化指数n代表材料抵抗塑性变形的能力代表材料抵抗塑性变形的能力实际实际n 01nK10nn 理想弹性 理想塑性重要的性能指标：重要的性能指标：1屈服极限，是塑性变形开始时的应力值屈服极限，是塑性变形开始时的应力值 是工程上最重要的力学性能指标。是工程上最重要的力学性能指标。 在工程设计和选材上作为衡量指标。因为工程构件在服股过程中不允许有过量的塑性变形，塑性变形等于失效。在工程设计和选材上作为衡量指标。因为工程构件在服股过程中不允许有过量的塑性变形，塑性变形等于失效。提高提高 s 优点优点:0.2s或提高设计应力减少

7、构件截面积,节省材料缺点缺点:结论：对于应力集中大结论：对于应力集中大(截面形状变化大截面形状变化大)、应力状态硬、应力状态硬、 应变速应变速 率高、温度低率高、温度低应取较低应取较低 。(crack propagation)2. 塑性与塑性指标塑性与塑性指标为什么需要塑性为什么需要塑性 工程构件在服役条件下都需要有一定的塑性，当机件遇工程构件在服役条件下都需要有一定的塑性，当机件遇 到过载时，产生塑性变形，到过载时，产生塑性变形， 通过形变硬化；通过形变硬化； 塑性材料，削减应力峰值，使应力塑性材料，削减应力峰值，使应力 重新分布，防止脆性断裂。重新分布，防止脆性断裂。 塑性重要性：塑性重要

8、性：(1) 防止脆性断裂：形变硬化、防止脆性断裂：形变硬化、 削减应力集中峰值，应力重新分布；削减应力集中峰值，应力重新分布； (2) 材料成型。材料成型。s脆性断裂塑性重新分布不利于应力集中区应力屈强比）(/bss1912年4月12日是个悲惨的日子这一天，英国豪华客轮泰坦尼克号在驶往北美洲的处女航行中不幸沉没。这次沉船事件致使1 523人葬身鱼腹，是人类航海史上最大的灾难，震惊世界。(重量为6万6千吨/长度为880英尺)。这艘近275米的豪华客轮，被迎面漂来的冰山撞开了约92米长的裂缝后沉没;声波探测仪找到了船的“伤口” 有6处小“伤口”，总的损坏面积仅有3.7米4米。人们很难接受这样一个事

9、实：一艘如此精良的巨轮只撞了6个小洞就沉没了！1992年，俄罗斯科学家约瑟夫麦克尼斯博士写道：“敲击声很脆的船体钢板，或许使人感到它可以在撞击下被分解成一块块。”美国科学家对船体钢板的研究结果也证实了上面的看法，当时的钢板有许多降低钢板硬度的硫磺夹杂物，这是船体钢板非常脆的原因。普遍认为，冰山撞击可能并不是致命原因；冰山撞击来得太突然，加上轮船的速度稍快，再加上钢板较脆，是这一悲剧发生的真正原因。 3. 韧性韧性 (静力韧度静力韧度)拉伸下拉伸下静力韧度：指静拉伸应力应变曲线下所包围的面积减去断裂前吸静力韧度：指静拉伸应力应变曲线下所包围的面积减去断裂前吸 收的弹性能。收的弹性能。总的能量总的

10、能量= = 弹性比功弹性比功+静力韧度。静力韧度。韧性是抵抗断裂的能力，是个能量指标韧性是抵抗断裂的能力，是个能量指标取决于强度和韧性最佳配合。取决于强度和韧性最佳配合。说明金属广泛应用，韧性最好的。说明金属广泛应用，韧性最好的。0fd 4. 塑性失稳和缩颈塑性失稳和缩颈工程应力应变曲线的最高点对应着宏观局部塑性变形的开始工程应力应变曲线的最高点对应着宏观局部塑性变形的开始导致塑性失稳和缩颈。导致塑性失稳和缩颈。变形过程：变形过程：微观局部塑变微观局部塑变强化强化循环循环强化强化应力达到应力达到max（变形局限于缩颈区）（变形局限于缩颈区） 标距内均匀伸长标距内均匀伸长 均匀变形均匀变形 不再

11、有应变硬化能力不再有应变硬化能力（泊松效应）在颈缩处产生三向拉应力状态，使塑变难以发生（泊松效应）在颈缩处产生三向拉应力状态，使塑变难以发生达达 。 断裂形貌：断裂形貌： 缩颈的中心，夹杂物、硬相粒子开裂，即微孔形成缩颈的中心，夹杂物、硬相粒子开裂，即微孔形成 、生长、汇合、断裂。、生长、汇合、断裂。f1.3 弹性弹性不均匀塑变不均匀塑变 第第种类型种类型锯齿形状的应力应变曲线。锯齿形状的应力应变曲线。包括：在低温和高应变速率下面心立方金属；含碳的体心立方铁包括：在低温和高应变速率下面心立方金属；含碳的体心立方铁 合金及铝的低溶质固溶体。合金及铝的低溶质固溶体。原理：通过孪生方式产生间断的变形

12、，或空位、溶质与位错交互原理：通过孪生方式产生间断的变形，或空位、溶质与位错交互 作用。作用。(变互作用较强变互作用较强) 克服束缚、位错运动克服束缚、位错运动再束缚再束缚再克服运动。再克服运动。1.4 弹性弹性-不均匀塑变不均匀塑变-均匀塑变均匀塑变 第第IV种类型（含屈服点）种类型（含屈服点）包括：许多体心立方铁基合金和若干铝合金。包括：许多体心立方铁基合金和若干铝合金。原理：由位错与溶质原子交互作用造成原理：由位错与溶质原子交互作用造成柯氏气团。一旦克服柯氏气团。一旦克服 束缚，位错就运动下去。束缚，位错就运动下去。 与与VI类型比较前者溶质扩散快；后者扩散慢。类型比较前者溶质扩散快；后

13、者扩散慢。1.5 弹性弹性不均匀塑性不均匀塑性均匀塑性均匀塑性 第第V种类型种类型 结晶态聚合物材料结晶态聚合物材料原理：聚合物内原来结晶结构破坏，随之屈服，载荷下降；然后原理：聚合物内原来结晶结构破坏，随之屈服，载荷下降；然后 破坏的结构重新组织成新的、方向性好的、强度高的结构破坏的结构重新组织成新的、方向性好的、强度高的结构 ，出现应变硬化直到最后破断。，出现应变硬化直到最后破断。1.6 T、 对拉伸特性的影响对拉伸特性的影响规律规律：总的塑性流变曲线随总的塑性流变曲线随T、而降低。而降低。即即随随T、而而； =f(T、 、)不同材料对不同材料对T、 敏感程度不同敏感程度不同敏感度增加敏感

14、度增加面心立方金属面心立方金属体心立方金属、陶瓷体心立方金属、陶瓷聚合物聚合物1.7 工程陶瓷的组织结构及其变形工程陶瓷的组织结构及其变形1.7.1 陶瓷材料的相组成和结构陶瓷材料的相组成和结构1相组成及作用相组成及作用 陶瓷的相组成由主晶相、玻璃相和气孔（数量较多且不可避免，因此可看作一相）。陶瓷的相组成由主晶相、玻璃相和气孔（数量较多且不可避免，因此可看作一相）。(1) 晶相：主要组成相，决定着陶瓷的物理化学性能。晶相：主要组成相，决定着陶瓷的物理化学性能。(2) 玻璃相：是一种低熔点固体，起着粘结晶相、填充气孔、降玻璃相：是一种低熔点固体，起着粘结晶相、填充气孔、降 低烧结温度的作用；有

15、时多达低烧结温度的作用；有时多达20-60%。(3) 气相或气孔：是陶瓷生产不可避免的，体积为气相或气孔：是陶瓷生产不可避免的，体积为5-10%或更多。或更多。 2相结构相结构生产工艺，粉末按比例混合生产工艺，粉末按比例混合成型成型烧结烧结陶瓷相组成、相结构、数量、形状分布都受到工艺的强烈影响。陶瓷相组成、相结构、数量、形状分布都受到工艺的强烈影响。(1) 晶相：晶相： 晶体结构比金属复杂晶体结构比金属复杂。 离子键为主晶体离子键为主晶体MgO、Al2O3等。等。 共价健为主晶体共价健为主晶体BN、NiC、Si4N3等。等。 （金属结构：（金属结构：-简单结构：面简单结构：面 心、密心、密 排

16、、体排、体 心，密度心，密度100%，），）两类主要结构两类主要结构 1氧化物结构氧化物结构负氧等离子密排结构，金属离子空隙。负氧等离子密排结构，金属离子空隙。 NaCl型结构：型结构：CaO,SrO,MnO,FeO,CoO,NaCl,KCl,LiF- 面心，八面体中心面心，八面体中心 闪锌矿型结构（闪锌矿型结构（ZnS）：）：BeO, SiC- 密排，四面体中心密排，四面体中心 萤石型结构：萤石型结构：ThO2, CeO2,PrO2,ZrO2- 金属离子面心立方，金属离子面心立方，O-2，四面体中心四面体中心 逆萤石型结构：逆萤石型结构：LiO2,Na2O,K2O- O-2，面心立方；金属离

17、子四面体中心，面心立方；金属离子四面体中心， 刚玉结构：刚玉结构：Al2O3,Fe2O3, Cr2O3,Ti2O3,V2O3等。等。 密排，八面体中心。密排，八面体中心。2硅酸盐结构硅酸盐结构由硅氧四面体（由硅氧四面体（SiO4）4- 四个顶点上氧离子能与周围其它阳离子或另一个硅氧四面体联结（有不同连结方式）四个顶点上氧离子能与周围其它阳离子或另一个硅氧四面体联结（有不同连结方式） 岛状结构岛状结构 （SiO4）4-不发生联结，镁橄榄石，不发生联结，镁橄榄石，Mg2SiO4， 锆石英锆石英ZrSiO4 组群状结构、链状结构、层状结构、架状结构组群状结构、链状结构、层状结构、架状结构(2) 玻璃

18、相，长程无序，各向同性，常分布于主晶相的晶界。玻璃相，长程无序，各向同性，常分布于主晶相的晶界。(3) 气相，气相，5-10%，呈不规则形状（非球状）。，呈不规则形状（非球状）。 1.7.2 陶瓷的变形陶瓷的变形1弹性变形弹性变形 变形特点：变形特点： (1) 弹性模量大（强的离子键、共价键）弹性模量大（强的离子键、共价键） (2) E受气孔影响大受气孔影响大 E=E0(1- K1 P+ K2 P2)E0无气孔时弹性模量无气孔时弹性模量P气孔率气孔率K1 ，K2取决于气孔形状与取向的常数取决于气孔形状与取向的常数 (3) E压压E拉拉（不同于金属）（不同于金属）2塑性变形塑性变形 一般陶瓷材料

19、晶体结构复杂，室温下无塑性。一般陶瓷材料晶体结构复杂，室温下无塑性。 陶瓷在室温静拉伸（或弯曲）载荷下，均不出现塑性变形，弹性变形后即发生断裂。陶瓷在室温静拉伸（或弯曲）载荷下，均不出现塑性变形，弹性变形后即发生断裂。 原因：原因： （1）滑移系少。）滑移系少。 几何条件晶体结构复杂。静电条件，离子键、共价键有方向性，运动阻力大，形成位错困难几何条件晶体结构复杂。静电条件，离子键、共价键有方向性，运动阻力大，形成位错困难 （2） 位错不易传播：位错不易传播： 多晶，由于晶体取向或晶界结构性质的差异（气孔、玻璃相，微裂纹）。多晶，由于晶体取向或晶界结构性质的差异（气孔、玻璃相，微裂纹）。 例外情

20、况：少数具有简单晶体结构陶瓷材料例外情况：少数具有简单晶体结构陶瓷材料MgO、KCl（NaCl型结构）室温下具有塑性，型结构）室温下具有塑性，1.8 聚合物的结构和变形聚合物的结构和变形1.8.1 聚合物的基本概念及分类聚合物的基本概念及分类高分子化合物与聚合物高分子化合物与聚合物：高聚物高聚物(一般所谓聚合物为高聚合物一般所谓聚合物为高聚合物) -低聚物。低聚物。由大量的原子组成大分子由大量的原子组成大分子,分子量分子量100005000。由简单的重复单元连接而成由简单的重复单元连接而成聚合物，仅仅分子量高聚合物，仅仅分子量高不是聚合物。无严格界限，通常混用。不是聚合物。无严格界限，通常混用

21、。高高分子材料分子材料高分子量原子化合物；（大分子量物质或低聚物），低分子量原子高聚物。高分子量原子化合物；（大分子量物质或低聚物），低分子量原子高聚物。1. 分类：分类：(1) 热塑性塑料热塑性塑料线型或支链型长链聚合物。线型或支链型长链聚合物。晶体晶体线型分子排列整齐线型分子排列整齐非晶体非晶体线型分子排列不整齐。线型分子排列不整齐。受热时能够熔融，可反复成型。受热时能够熔融，可反复成型。(2)橡胶橡胶 轻度交联的网状聚合物。轻度交联的网状聚合物。 变形时，分子相对运动受分子间交联的约束，呈高弹性，变形时，分子相对运动受分子间交联的约束，呈高弹性， 不能熔融只降解。不能熔融只降解。(3)热

22、固性塑料热固性塑料 高度交联三维空间网状大分子。高度交联三维空间网状大分子。 坚硬、难于加工，加热时与橡胶一样，不能熔融，只能降解。坚硬、难于加工，加热时与橡胶一样，不能熔融，只能降解。(4)纤维纤维 由线性大分子排列、堆砌配合而成长度是直径由线性大分子排列、堆砌配合而成长度是直径1000倍以上的纤倍以上的纤 细物质。细物质。1.8. 聚合物的结构聚合物的结构1. 聚合物的结构参数聚合物的结构参数(1) 聚合度聚合度 聚合物中重复的结构单元的数量。聚合物中重复的结构单元的数量。 影响强度、熔点、分子量大小，甚至状态。影响强度、熔点、分子量大小，甚至状态。 举例：随着聚合度的提高，聚乙稀由气体、

23、液体、软蜡状态、脆性固体、最后达到分子量举例：随着聚合度的提高，聚乙稀由气体、液体、软蜡状态、脆性固体、最后达到分子量1000坚硬塑料坚硬塑料。(2) 结构单元：结构单元： 碳链高分子碳链高分子:主链单独由碳原子组成主链单独由碳原子组成,如聚乙稀、聚丙稀；如聚乙稀、聚丙稀； 杂链高分子杂链高分子:主链除主链除C外，还有外，还有S.O.N等，如聚酸胺、聚脂；等，如聚酸胺、聚脂； 元素有机高分子元素有机高分子:主链中无主链中无C，而由而由Si.O.N.Al.B.Ti.等元素组成，等元素组成， 侧基为有机基团，如硅橡胶。侧基为有机基团，如硅橡胶。(3) 键能：分子内部键能：分子内部 共价健共价健(键

24、能大键能大) 分子之间或同一分子折叠部分分子之间或同一分子折叠部分(键能小键能小) 聚合物的强度、熔点和粘性与内部共价健以及分子之间或同一分子的分子键有密切关系。聚合度大聚合物的强度、熔点和粘性与内部共价健以及分子之间或同一分子的分子键有密切关系。聚合度大 分子键分子键共价键，共价键破坏；聚合度小共价键，共价键破坏；聚合度小 分子分子 键总和键总和共价键共价键 ,分子健发生滑脱分子健发生滑脱大部分情况。大部分情况。(4) 聚集态结构聚集态结构分子之间排列。分子之间排列。高分子材料结构二部分组成：高分子材料结构二部分组成：分子链本身结构：单元体、数量（聚合度）、连接方式、链几何分子链本身结构：单

25、元体、数量（聚合度）、连接方式、链几何 形状、链构型形状、链构型共价键；共价键；链间结构链间结构(聚集态结构聚集态结构)：晶态、非晶态、取向结构：晶态、非晶态、取向结构分子键。分子键。 晶体结构：分子链有规则地来回折叠，以薄片形式构成晶体。晶体结构：分子链有规则地来回折叠，以薄片形式构成晶体。非晶体结构：分子链排列短程有序，即分子链一段是有序排列。非晶体结构：分子链排列短程有序，即分子链一段是有序排列。特点：特点：(a). 结晶聚合物都是部分结晶，分为结晶区结晶聚合物都是部分结晶，分为结晶区+非结晶区。非结晶区。 (大分子链全部规则排列困难大分子链全部规则排列困难) (b). 晶区内分子排列紧

26、密，分子间作用力强，聚合物强度、晶区内分子排列紧密，分子间作用力强，聚合物强度、 硬度、硬度、 刚度等性能提高。弹性、延伸率下降。刚度等性能提高。弹性、延伸率下降。 但与链运动有关的性能为但与链运动有关的性能为取向结构：在外力作用下分子呈规则排列。取向结构：在外力作用下分子呈规则排列。 (延力方向延力方向)沿一个沿一个 方向拉伸。方向拉伸。1.8.3. 聚合物的力学状态聚合物的力学状态 (转变温度低转变温度低) 聚合物结构一定后其性能还依赖于聚合物结构一定后其性能还依赖于T、t。 随随T 变化其物理性质发生改变现象变化其物理性质发生改变现象转变。转变。 随随t 变化其物理性质发生改变现象变化其

27、物理性质发生改变现象松驰，具有粘弹性特征。松驰，具有粘弹性特征。 (T.t)=E(T.t) 在结构不变时，在结构不变时，T.t变化，内部分子运动从一种状态转变为另一种状态。变化，内部分子运动从一种状态转变为另一种状态。1. 非晶态聚合物非晶态聚合物 E(t)T曲线曲线 有三种力学状态：玻璃态、高弹态有三种力学状态：玻璃态、高弹态(橡胶态橡胶态)、粘流态。、粘流态。1) 玻璃态：保持一定几何形状，有一定承载能力。玻璃态：保持一定几何形状，有一定承载能力。 整链、链段冻结不能运动，仅是健角、键长变化。整链、链段冻结不能运动，仅是健角、键长变化。2) 橡胶态：高弹性，受力伸长率可达橡胶态：高弹性，受

28、力伸长率可达100%1000%。 (卸载后恢复卸载后恢复皮筋皮筋)发生链内旋、链段运动。发生链内旋、链段运动。(短程短程)3）粘流态：聚合物加工成形。）粘流态：聚合物加工成形。(整个链运动整个链运动)2.晶态聚合物晶态聚合物结晶部分：固定结晶部分：固定Tm，Tg 有玻璃态转变和橡胶态。有玻璃态转变和橡胶态。 整体：整体：Tg，由于晶区对非晶区产生约束，较小弹性变形。由于晶区对非晶区产生约束，较小弹性变形。 呈现硬橡胶态特殊形式呈现硬橡胶态特殊形式皮革态。皮革态。分子量低时，分子量低时，TfTm ， 达到达到Tf（Tm， Tf 粘流态粘流态T进一步进一步 提高提高 （非晶（非晶+结晶共同作用）：

29、结晶共同作用）：3. 聚合物使用温度聚合物使用温度 非结晶聚合物用作塑料，非结晶聚合物用作塑料， 上限温度上限温度Tg 结晶聚合物用作塑料结晶聚合物用作塑料 Tm附近附近 非结晶聚合物用作橡胶非结晶聚合物用作橡胶 Tf-Tg 聚合物加工温度聚合物加工温度 Tf1.8.4. 聚合物的变形聚合物的变形四种应力四种应力应变曲线类型应变曲线类型1. 硬玻璃态硬玻璃态 (TT脆化温度脆化温度) 断裂伸长率很低，无明显屈服。断裂伸长率很低，无明显屈服。 如聚苯乙稀，硬、脆材料如聚苯乙稀，硬、脆材料 高模量、高强度高模量、高强度2. 软玻璃态软玻璃态 (TTTg) 非晶非晶 三部分三部分:可恢复弹性变形、强

30、迫高弹变形、永久变形。可恢复弹性变形、强迫高弹变形、永久变形。 聚三氯乙稀。聚三氯乙稀。3. 橡胶态下的变形橡胶态下的变形4. 粘流态下的变形粘流态下的变形 非晶态和晶态聚合物拉伸曲线外形相似，但机理不同。非晶态和晶态聚合物拉伸曲线外形相似，但机理不同。 非晶态非晶态（拉伸）取向变化（拉伸）取向变化提高提高 晶态晶态（拉伸）结晶破坏（拉伸）结晶破坏 取向取向再结晶再结晶提高。提高。 1.9. 三类材料结构差异及变形、断裂特点三类材料结构差异及变形、断裂特点1. 结构异同点：结构异同点：共同点：都有晶体结构共同点：都有晶体结构(晶体缺陷晶体缺陷)、 非晶体结构。非晶体结构。不同点：不同点：（1）

31、化学键类型不同。化学键类型不同。 金属金属 陶瓷陶瓷 聚合物聚合物 金属键金属键 共价健共价健 离子键离子键 共价键共价键 分子键分子键 键能键能 100340 60740 6301050 60740 40（ KJ/ mol ） （2） 晶体结构不同。晶体结构不同。 金属、简单金属、简单金属离子。金属离子。 聚集态结晶、聚集态结晶、 非晶非晶 陶瓷较复杂陶瓷较复杂正、负离子正、负离子. 晶体晶体+非晶非晶 高分子更复杂高分子更复杂(分子内、分子间分子内、分子间) 晶体晶体+非晶体、非晶非晶体、非晶2. 变形与断裂特点变形与断裂特点金属：弹性变形、塑性变形、断裂金属：弹性变形、塑性变形、断裂(多

32、为韧性断裂多为韧性断裂)。陶瓷：只有弹性变形，以脆性断裂为主陶瓷：只有弹性变形，以脆性断裂为主(有超塑性有超塑性) 。高分子：有弹、塑性变形、粘性流动、粘弹性等多种力高分子：有弹、塑性变形、粘性流动、粘弹性等多种力 学状态。除玻璃态为脆性断裂，其余为韧断学状态。除玻璃态为脆性断裂，其余为韧断 。1.9.工程材料的强韧性配合工程材料的强韧性配合 零件与构件的设计零件与构件的设计强度设计的依据强度设计的依据 许用应力许用应力 = s/n 材料强度愈高，承载能力越大，许用应力愈高：材料强度愈高，承载能力越大，许用应力愈高： 减轻重量、节约材料；行走机械节省动力能源。减轻重量、节约材料；行走机械节省动

33、力能源。 发展趋势：提高材料强度、采用高比强、高比模材料。发展趋势：提高材料强度、采用高比强、高比模材料。2.塑性、韧性塑性、韧性防止脆性断裂防止脆性断裂 经验性：把经验性：把k、NDT(无塑性温度无塑性温度)、FATT(断口形貌转变温度断口形貌转变温度 )等指标列入设计要求。等指标列入设计要求。 不能直接应用于设计计算、不能保证万无一失的防止脆性断裂不能直接应用于设计计算、不能保证万无一失的防止脆性断裂)试验条件与工况之间差别。试验条件与工况之间差别。 3. 断裂力学：断裂力学：KIC、JIC、COD 进行设计计算，建立最低韧性要求进行设计计算，建立最低韧性要求，裂纹尺寸与许用应力之间的关系。，裂纹尺寸与许用