第四章+材料的断裂韧性

1、断裂是工程构件最危险的失效方式之一。其中断裂是工程构件最危险的失效方式之一。其中脆性断裂比韧性断裂更具危险性。脆性断裂比韧性断裂更具危险性。为了防止韧性断裂，在工程设计中，考虑安全系为了防止韧性断裂，在工程设计中，考虑安全系数使使用应力在许用应力以下，一般不会发生塑数使使用应力在许用应力以下，一般不会发生塑性变形或者断裂。性变形或者断裂。研研究究背背景景第四章第四章 材料的断裂韧性材料的断裂韧性据此设计的机件，原则上来讲是不会发生塑性变据此设计的机件，原则上来讲是不会发生塑性变形和断裂的，安全可靠，但是实际情况不同，对形和断裂的，安全可靠，但是实际情况不同，对高强度、超高强度钢的机件，中低强度

2、钢的大型、高强度、超高强度钢的机件，中低强度钢的大型、重型机件，如火箭壳体、大型转子、船舶、桥梁重型机件，如火箭壳体、大型转子、船舶、桥梁等经常在屈服应力以下发生低应力脆性断裂。等经常在屈服应力以下发生低应力脆性断裂。由于裂纹破坏了材料的均匀连续性，改变了材料内部由于裂纹破坏了材料的均匀连续性，改变了材料内部应力状态和应力分布，所以机件的结构性能就不再相应力状态和应力分布，所以机件的结构性能就不再相似于无裂纹的试样性能，传统的力学强度理论就不再似于无裂纹的试样性能，传统的力学强度理论就不再适用。因此，需要研究新的强度理论和材料性能评价适用。因此，需要研究新的强度理论和材料性能评价指标，以解决低

3、应力脆断问题。指标，以解决低应力脆断问题。本章从材料的角度出以，在简要介绍断裂力学基本原本章从材料的角度出以，在简要介绍断裂力学基本原理的基础上，着重讨论线弹性条件下金属断裂韧度的理的基础上，着重讨论线弹性条件下金属断裂韧度的意义、测试原理和影响因素。意义、测试原理和影响因素。断裂力学就是在这种背景下发展起来的一门新型断裂断裂力学就是在这种背景下发展起来的一门新型断裂强度科学，是在承认机件存在宏观裂纹的前提下，建强度科学，是在承认机件存在宏观裂纹的前提下，建立了裂纹扩展的各种新的力学参量，并提出了含裂纹立了裂纹扩展的各种新的力学参量，并提出了含裂纹体的断裂判据和材料断裂韧度。体的断裂判据和材料

4、断裂韧度。u1. 张开型（张开型（I型）裂纹扩展型）裂纹扩展 拉应力垂直于裂纹扩展面，裂拉应力垂直于裂纹扩展面，裂纹沿作用力方向张开，沿裂纹纹沿作用力方向张开，沿裂纹面扩展，如压力容器纵向裂纹面扩展，如压力容器纵向裂纹在内应力下的扩展。在内应力下的扩展。u2. 滑开型（滑开型（II型）裂纹扩展型）裂纹扩展切应力平行作用于裂纹面，而切应力平行作用于裂纹面，而且与裂纹线垂直，裂纹沿裂纹且与裂纹线垂直，裂纹沿裂纹面平行滑开扩展，如花键根部面平行滑开扩展，如花键根部裂纹沿切向力的扩展。裂纹沿切向力的扩展。u3. 撕开型（撕开型（III型）裂纹扩展型）裂纹扩展切应力平行作用于裂纹面，而切应力平行作用于裂

5、纹面，而且与裂纹线平行，裂纹沿裂纹且与裂纹线平行，裂纹沿裂纹面撕开扩展，如轴的纵、横裂面撕开扩展，如轴的纵、横裂纹在扭矩作用下的扩展。纹在扭矩作用下的扩展。一、裂纹扩展的基本形式一、裂纹扩展的基本形式4-1 线弹性条件下的断裂韧性线弹性条件下的断裂韧性二、裂纹尖端的应力场及应力场强度因子二、裂纹尖端的应力场及应力场强度因子KI无限大板承受均匀拉应力，裂纹尖端的应力分布：无限大板承受均匀拉应力，裂纹尖端的应力分布：3cos(1 sinsin)22223cos(1 sinsin)2222()(0(3sincoscos2222IxIyzxyzIxyKrKrKr 平面应变)平面应力)平面应变状态应变分

6、量：平面应变状态应变分量： 23cos2cos2sin21223sin2sin212cos2123sin2sin212cos21111 rEKrEKrEKxyyx 平面应变状态位移分量：平面应变状态位移分量：2212cos1 2sin2212sin2(1)cos22IIruKErvKEu裂纹尖端区域各点的应力分量除了决定其位置外，尚裂纹尖端区域各点的应力分量除了决定其位置外，尚与强度因子与强度因子KI有关。有关。u对于某一确定的点，其应力分量由对于某一确定的点，其应力分量由KI决定，所以对于决定，所以对于确定的位置，确定的位置，KI直接影响应力场的大小，直接影响应力场的大小，KI增加，则应增加

7、，则应力场各应力分量也越大。力场各应力分量也越大。u因此，因此，KI就可以表示应力场的强弱程度，称为应力场就可以表示应力场的强弱程度，称为应力场强度因子。强度因子。对于无限大板：对于无限大板：一般表达式：一般表达式： Y为裂纹形状系数。为裂纹形状系数。K和和Y参见附表。参见附表。1KYaaK 1三、断裂韧度三、断裂韧度KIc和断裂和断裂K判据判据uKI是决定应力场强弱的一个复合力学参量，就可将它看是决定应力场强弱的一个复合力学参量，就可将它看作是推动裂纹扩展的动力，以建立裂纹失稳扩展的力学判作是推动裂纹扩展的动力，以建立裂纹失稳扩展的力学判据与断裂韧度。据与断裂韧度。u当当和和a单独或共同增大

8、时，单独或共同增大时，KI和裂纹尖端的各应力分量和裂纹尖端的各应力分量随之增大。随之增大。u当当KI增大到临界值时，也就是说裂纹尖端足够大的范围增大到临界值时，也就是说裂纹尖端足够大的范围内应力达到了材料的断裂强度，裂纹便失稳扩展而导致断内应力达到了材料的断裂强度，裂纹便失稳扩展而导致断裂。裂。u这个临界或失稳状态的这个临界或失稳状态的KI值就记作值就记作KIC或或KC，称为断裂，称为断裂韧度。韧度。 ccCcaYKK 1uKIC：平面应变下的断裂韧度，表示在平面应变条件：平面应变下的断裂韧度，表示在平面应变条件下材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。下材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。uKC：平面应力断裂韧

9、度，表示平面应力条件材料抵：平面应力断裂韧度，表示平面应力条件材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。抗裂纹失稳扩展的能力。u但但KC值与试样厚度有关，当试样厚度增加，使裂纹值与试样厚度有关，当试样厚度增加，使裂纹尖端达到平面应变状态时，断裂韧度趋于一个稳定的尖端达到平面应变状态时，断裂韧度趋于一个稳定的最低值，就是最低值，就是KIC，与试样厚度无关。，与试样厚度无关。u在临界状态下所对应的平均应力，称为断裂应力或在临界状态下所对应的平均应力，称为断裂应力或裂纹体断裂强度，记为裂纹体断裂强度，记为c，对应的裂纹尺寸称为临界裂，对应的裂纹尺寸称为临界裂纹尺寸，记作纹尺寸，记作ac。KIC和和KI的区别：的区

10、别：u应力场强度因子应力场强度因子KI增大到临界值增大到临界值KIC时，材料发生断时，材料发生断裂，这个临界值裂，这个临界值KIC称为断裂韧度。称为断裂韧度。uKI是力学参量，与载荷、试样尺寸有关，而和材料本是力学参量，与载荷、试样尺寸有关，而和材料本身无关。身无关。uKIC是力学性能指标，只与材料组织结构、成分有关，是力学性能指标，只与材料组织结构、成分有关，与试样尺寸和载荷无关。与试样尺寸和载荷无关。u根据根据KI和和KIC的相对大小，可以建立裂纹失稳扩展脆的相对大小，可以建立裂纹失稳扩展脆断的断裂断的断裂K判据，由于平面应变断裂最危险，通常以判据，由于平面应变断裂最危险，通常以KIC为标

11、准建立：为标准建立：IICKK四、裂纹尖端塑性区及四、裂纹尖端塑性区及KI的修正的修正u从理论上来讲，按从理论上来讲，按KI建立的脆性断裂判据建立的脆性断裂判据KIKIC，只，只适用于弹性状态下的断裂分析。适用于弹性状态下的断裂分析。u实际上，金属材料在裂纹扩展前，其尖端附近总要先实际上，金属材料在裂纹扩展前，其尖端附近总要先出现一个或大或小的塑性变形区，这与制品前方存在塑出现一个或大或小的塑性变形区，这与制品前方存在塑性区间相似，在塑性区内应力应变关系不是线性关系，性区间相似，在塑性区内应力应变关系不是线性关系，上述上述KI判据不再适用。判据不再适用。u试验表明：如果塑性区尺寸较裂纹尺寸试验

12、表明：如果塑性区尺寸较裂纹尺寸a和静截面尺寸和静截面尺寸很小时，小一个数量级以上，在小范围屈服下，只要对很小时，小一个数量级以上，在小范围屈服下，只要对KI进行适当修正，裂纹尖端附近的应力应变场的强弱程进行适当修正，裂纹尖端附近的应力应变场的强弱程度仍可用修正的度仍可用修正的KI来描述。来描述。 Irwin根据根据Von Mises判据计算塑性区形状和尺寸。判据计算塑性区形状和尺寸。 22132322212s 根据材料力学，通过一点的主应力根据材料力学，通过一点的主应力1、2、3和和 x 、y 、z方向的各应力分量的关系为：方向的各应力分量的关系为：221222312()22()22()xyx

13、yxyxyxyxy 裂纹尖端附近任一点裂纹尖端附近任一点P(r,)的主应力：的主应力：1233cos(1 sin)222cos(1 sin)2220(2cos(22IIIKrKrKr平面应力)平面应变)塑性区边界曲线方程：塑性区边界曲线方程：22222221() cos(1 3sin)()22213() (1 2 ) cossin)(2242IsIsKrKr 平面应力平面应变) X轴上，轴上， =0，塑性区尺寸，塑性区尺寸定义为塑性区宽度：定义为塑性区宽度：202201() (2(1 2 )() (2IsIsKrKr 平面应力)平面应变)u上述估算指的是在上述估算指的是在x轴上裂轴上裂纹尖端的

14、应力分量纹尖端的应力分量yys的的一段距离一段距离AB，而没有考虑图，而没有考虑图中影线部分面积内应力松弛中影线部分面积内应力松弛的影响。的影响。u这种应力松弛可以增大塑这种应力松弛可以增大塑性区，由性区，由r0扩大至扩大至R0。u图中图中ys是在是在y方向发生屈方向发生屈服时的应力，称为服时的应力，称为y向有效屈向有效屈服应力，在平面应力状态下，服应力，在平面应力状态下，ys=s，在平面应变状态下，在平面应变状态下， ys=2.5s。为求为求R0，从能量考虑，影线面积，从能量考虑，影线面积=矩形矩形BDEC面积，即有面积，即有0002rIysKdrRr将平面应力的将平面应力的r0值代入，且值

15、代入，且ys=s，得：，得：2001()2IsKRr 可见，在平面应力、平面应变条件下，考虑了应力松可见，在平面应力、平面应变条件下，考虑了应力松弛之后，平面应力塑性区宽度弛之后，平面应力塑性区宽度R0正好是正好是r0的两倍。的两倍。同样，在平面应变状态下，可求得：同样，在平面应变状态下，可求得：201()2 2IsKR 平面应变状态是理论上的抽象，实际上，厚板件由平面应变状态是理论上的抽象，实际上，厚板件由于表面的自由收缩，表面是平面应力状态，心部是平面于表面的自由收缩，表面是平面应力状态，心部是平面应变状态，两者之间有一过渡区，塑性区是哑铃状的立应变状态，两者之间有一过渡区，塑性区是哑铃状

16、的立体形状。体形状。u由于裂纹塑性区的存在，将会由于裂纹塑性区的存在，将会降低裂纹体的刚度，相当于增加降低裂纹体的刚度，相当于增加了裂纹长度，因而影响了应力场了裂纹长度，因而影响了应力场及及KI的计算，所以要对的计算，所以要对KI进行修进行修正。正。u最简单的方法是采用虚拟有效最简单的方法是采用虚拟有效裂纹代替实际裂纹。裂纹代替实际裂纹。u如果将裂纹延长为如果将裂纹延长为a+ry，即裂，即裂纹顶点由纹顶点由O点虚移至点虚移至O，则称，则称a+ry为有效裂纹长度，则在尖端为有效裂纹长度，则在尖端O外弹性应力外弹性应力s分布为分布为GEH，基，基本上与因塑性区存在的实际应力本上与因塑性区存在的实际

17、应力曲线曲线CDEF中的弹性应力部分中的弹性应力部分EF相重合。相重合。修正的修正的KI值为：值为：2222(1 0.16(/)(1 0.056(/)IsIsYaKYYaKY 平面应力)平面应变)22(1 0.5(/)(1 0.177(/)IsIsaKaK 平面应力)平面应变)1.1Y例例1. 对于无限板的中心穿透裂纹，考虑塑性区影响时，对于无限板的中心穿透裂纹，考虑塑性区影响时，Y=1/2，所以，所以KI的修正公式为：的修正公式为：例例2. 对于大件表面半椭圆裂纹，对于大件表面半椭圆裂纹， ，所以，所以KI的修正公的修正公式为：式为：22221.1(0.608(/)(0.212(/)IsIs

18、aKaK 平面应力)平面应变)五、裂纹扩展能量释放率五、裂纹扩展能量释放率G Griffith最早研究了脆性材料裂纹体的断裂强度，认最早研究了脆性材料裂纹体的断裂强度，认为驱使裂纹扩展的动力是弹性能的释放率。为驱使裂纹扩展的动力是弹性能的释放率。 根据工程力学，系统势能等于系统的应变能减去外根据工程力学，系统势能等于系统的应变能减去外力功，或等于系统的应变能加外力势能，即有：力功，或等于系统的应变能加外力势能，即有：WUUe 通常把裂纹扩展单位面积时系统释放势能的数值称通常把裂纹扩展单位面积时系统释放势能的数值称为裂纹扩展能量释放率，简称能量释放率或能量率，用为裂纹扩展能量释放率，简称能量释放

19、率或能量率，用G表示。表示。AUGI 当裂纹长度为当裂纹长度为a，裂纹体的厚度为，裂纹体的厚度为B时时aUBGI 1令令 B=1aUGI 物理意义：物理意义：GI为裂纹扩展单位长度时系统势能的变化为裂纹扩展单位长度时系统势能的变化率。又称率。又称GI为裂纹扩展力。为裂纹扩展力。MN m-1。平面应力平面应力平面应变平面应变EaAUG 21 EaG2211 GI是应力是应力和裂纹尺寸和裂纹尺寸a的复合参量，也是力学参量。的复合参量，也是力学参量。六、断裂韧度六、断裂韧度GC和和G判据判据u随着随着和和a单独或共同增大，都会使单独或共同增大，都会使GI增大。增大。u当当GI增大到某一临界值时，增大

20、到某一临界值时， GI能克服裂纹失稳扩展的能克服裂纹失稳扩展的阻力，则裂纹失稳扩展断裂。阻力，则裂纹失稳扩展断裂。u将将GI的临界值记为的临界值记为GIC，也称为断裂韧度或平面断裂韧，也称为断裂韧度或平面断裂韧度，表示材料阻止裂纹失稳扩展时单位面积所消耗的能度，表示材料阻止裂纹失稳扩展时单位面积所消耗的能量，单位与量，单位与GI相同。相同。uGIC对应的平均应力为断裂应力对应的平均应力为断裂应力c，对应的裂纹尺寸为，对应的裂纹尺寸为临界裂纹尺寸临界裂纹尺寸ac。uG判据：判据：cGG11 21211ccKEG 七、断裂韧度的测量七、断裂韧度的测量WafBWSFKQQ23三点弯曲：三点弯曲：)(

21、21aWBUJc判定标准：判定标准：QIcqsQKKFFKB 10. 15 . 2max2 断裂韧性试样断口断裂韧性试样断口4-2 弹塑性条件下的断裂韧性弹塑性条件下的断裂韧性弹塑性断裂力学主要解决两方面的问题：弹塑性断裂力学主要解决两方面的问题：u广泛使用的中、低强度钢广泛使用的中、低强度钢s低，低，KIC高，其中对于小型高，其中对于小型机件而言，裂纹尖端塑性区尺寸较大，接近甚至超过裂机件而言，裂纹尖端塑性区尺寸较大，接近甚至超过裂纹尺寸，已属于大范围屈服条件，有时塑性区尺寸甚至纹尺寸，已属于大范围屈服条件，有时塑性区尺寸甚至布满整个韧带，裂纹扩展前已整体屈服，如焊接件拐角布满整个韧带，裂纹

22、扩展前已整体屈服，如焊接件拐角处，这些由于应力集中和残余应力较高而屈服的高应变处，这些由于应力集中和残余应力较高而屈服的高应变区，就属这种情况。对于这类弹塑性裂纹的断裂，用应区，就属这种情况。对于这类弹塑性裂纹的断裂，用应力强度因子修正已经无效，而要借助弹塑性断裂力学来力强度因子修正已经无效，而要借助弹塑性断裂力学来解决。解决。u如何实测中、低强度钢的平面应变断裂韧度如何实测中、低强度钢的平面应变断裂韧度KIC一、一、J积分的概念积分的概念赖斯（赖斯（J. R. Rice, 1968）提出了）提出了J积分的概念积分的概念J积分的定义积分的定义来源来源 由裂纹扩展能量释放率由裂纹扩展能量释放率G

23、I延伸延伸出来。出来。推导过程推导过程 （1）有一单位厚度（）有一单位厚度（B=1）的）的I型裂纹体；型裂纹体； （2）逆时针取一回路）逆时针取一回路，上任上任一点的作用力为一点的作用力为T； （3）包围体积内的应变能密度）包围体积内的应变能密度为为aUGI （4）弹性状态下，）弹性状态下，所包围体积的系统势能，所包围体积的系统势能， U=Ue-W（弹性应变能（弹性应变能Ue 和外力功和外力功W之差）之差）（5）裂纹尖端的）裂纹尖端的（6）回路内的总应变能为：回路内的总应变能为： dV=BdA=dxdy dUe=dV=dxdy)(WUaGeIwdxdydUUee （7）回路外面对里面部分在任一

24、点的作用应力为回路外面对里面部分在任一点的作用应力为T 外侧面积上作用力为外侧面积上作用力为 P=TdS (S为周界弧长为周界弧长) 设边界设边界上各点的位移为上各点的位移为u 外力在该点上所做的功外力在该点上所做的功 dw=u.TdS 外围边界上外力作功为外围边界上外力作功为 （8）合并）合并 （9）定义（）定义（J.R. 赖斯）赖斯） J型裂纹的能量线积分。型裂纹的能量线积分。WdWu TdseUUWwdxdyu Tdsds)Txu-(wdyJ “J”“J”积分的特性积分的特性 （a a）守恒性）守恒性 能量线积分，与路径无关；能量线积分，与路径无关； （b b）通用性和奇异性）通用性和奇

25、异性 积分路线可以在裂纹附近的整个弹性区域内，也可以积分路线可以在裂纹附近的整个弹性区域内，也可以在接近裂纹的顶端附近。在接近裂纹的顶端附近。 （c c）J J积分值反映了裂纹尖端区的应变能，即应力积分值反映了裂纹尖端区的应变能，即应力应变的集中程度。应变的集中程度。二、二、J J积分的能量率表达式积分的能量率表达式 能量率表达式能量率表达式 这是测定这是测定J JI I的理论基础的理论基础)(1aUBGJ几何意义几何意义 设有两个外形尺寸相同，但裂纹长度不同（设有两个外形尺寸相同，但裂纹长度不同（a，a+a），分别在作用力（），分别在作用力（F，F+F）作用下，发生相）作用下，发生相同的位移

26、同的位移 。 将两条将两条P曲线重在一个图上曲线重在一个图上个图上个图上U1=OAC，U2=OBC两者之差两者之差U= U1- U2=OAB则则 物理意义为：物理意义为：J积分的形变功差率积分的形变功差率)(1)(10aUBaUBJLima 注意事项：注意事项： 塑性变形是不逆的。塑性变形是不逆的。 测测J JI I时，只能单调加载。时，只能单调加载。 J J 积分应理解为裂纹相差单位长度的两个试样加载达积分应理解为裂纹相差单位长度的两个试样加载达到相同位移时的形变功差率。到相同位移时的形变功差率。 其临界值对应点只是开裂点，而不一定是最后失稳其临界值对应点只是开裂点，而不一定是最后失稳断裂点

27、。断裂点。三、断裂韧度三、断裂韧度JIC及断裂及断裂J判据判据 JIC的单位与的单位与GIC的单位相同，的单位相同，MPam或或MJm-2。 JIJIC 裂纹会开裂。裂纹会开裂。 实际生产中很少用实际生产中很少用J积分来计算裂纹体的承载能力。积分来计算裂纹体的承载能力。 一般是用小试样测一般是用小试样测JIC，再用，再用KIC去解决实际断裂问题。去解决实际断裂问题。JIC和和KIC、GIC的关系的关系 在平面应变线弹性条件下：在平面应变线弹性条件下： 上述关系式，在弹塑性条件下，还不能完全用理论上述关系式，在弹塑性条件下，还不能完全用理论证明它的成立。证明它的成立。 但在一定条件下，大致可延伸

28、到弹塑性范围。但在一定条件下，大致可延伸到弹塑性范围。22)1 (CCCKEGJ四、裂纹尖端张开位移（四、裂纹尖端张开位移（CODCOD）的概念）的概念 裂纹尖端附近应力集中，必定产生应变；裂纹尖端附近应力集中，必定产生应变； 材料发生断裂，即：应变量大到一定程度；但是这些材料发生断裂，即：应变量大到一定程度；但是这些应变量很难测量。应变量很难测量。 英国人首先提出用裂纹向前扩展时，同时向垂直方向英国人首先提出用裂纹向前扩展时，同时向垂直方向的位移（张开位移），来间接表示应变量的大小；用临的位移（张开位移），来间接表示应变量的大小；用临界张开位移来表示材料的断裂韧度。界张开位移来表示材料的断裂

29、韧度。 在平均应力在平均应力作用下，裂作用下，裂纹尖端发生塑性变形，出现纹尖端发生塑性变形，出现塑性区。在不增加裂纹长度塑性区。在不增加裂纹长度（2a）的情况下，裂纹将沿）的情况下，裂纹将沿方向产生张开位移方向产生张开位移，称为，称为COD（Crack Opening Displacement)在平面应变条件下：在平面应变条件下：242sKvE 断裂韧度断裂韧度c及断裂及断裂判据判据 c c越大，说明裂纹尖端区域的塑性储备越大。越大，说明裂纹尖端区域的塑性储备越大。 、c是长度是长度 量纲为量纲为mm，可用精密仪器测量。，可用精密仪器测量。 一般钢材的一般钢材的c大约为大约为0.几到几几到几m

30、m c是裂纹开始扩展的判据；不是裂纹失稳扩展的断是裂纹开始扩展的判据；不是裂纹失稳扩展的断裂判据。裂判据。五、弹塑性条件下的五、弹塑性条件下的COD表达式表达式 达格代尔（达格代尔（Dugdale）建立了带状屈服模型，）建立了带状屈服模型，D-M模模型（基本思路：将塑性区看成等效裂纹）型（基本思路：将塑性区看成等效裂纹） 裂纹长度裂纹长度2a2c；割面上、下方的；割面上、下方的阻力为阻力为s。 裂纹张开位移裂纹张开位移 级数展开级数展开 /s1 ，高次方项可忽略，高次方项可忽略 临界条件下临界条件下ssaE2secln8scccEa2c与其他断裂韧度间的关系与其他断裂韧度间的关系 断裂应力断裂

31、应力0.5s时时 平面应力平面应力 平面应变（三向应力，尖端材料的硬化作用）平面应变（三向应力，尖端材料的硬化作用） n为关系因子，为关系因子，1n1.52.0 （平面应力，（平面应力，n=1；平面应变；平面应变n=2）sICsICsICscccJGEKEa22sICsICICscnJnGKnE22)1(4-3 影响材料断裂韧度的因素影响材料断裂韧度的因素一、化学成分、组织结构对断裂韧度的影响一、化学成分、组织结构对断裂韧度的影响u化学成分化学成分金属材料：细化晶粒的合金元素提高强度和塑性，金属材料：细化晶粒的合金元素提高强度和塑性，可提高断裂韧度；强烈固溶强化的合金元素因大大降可提高断裂韧度

32、；强烈固溶强化的合金元素因大大降低塑性而使断裂韧度降低，随合金元素的浓度的提高，低塑性而使断裂韧度降低，随合金元素的浓度的提高，降低作用更加明显；形成金属间化合物并呈第二相析降低作用更加明显；形成金属间化合物并呈第二相析出的合金元素，因降低塑性有利于裂纹扩展二降低断出的合金元素，因降低塑性有利于裂纹扩展二降低断裂韧度。裂韧度。陶瓷材料：提高材料强度的组元，都将提高断裂韧陶瓷材料：提高材料强度的组元，都将提高断裂韧度。度。高分子材料：增强结合键的元素都将提高断裂韧度。高分子材料：增强结合键的元素都将提高断裂韧度。u基体相结构和晶粒尺寸基体相结构和晶粒尺寸基体相具有容易发生塑性变形的结构，断裂韧度

33、高。基体相具有容易发生塑性变形的结构，断裂韧度高。细化晶粒尺寸可以提高断裂韧度。细化晶粒尺寸可以提高断裂韧度。u夹杂和第二相夹杂和第二相金属材料：非金属夹杂物降低断裂韧度，脆性第二相金属材料：非金属夹杂物降低断裂韧度，脆性第二相降低断裂韧度，韧性第二相当形态和数量适当时，可降低断裂韧度，韧性第二相当形态和数量适当时，可以提高断裂韧度。以提高断裂韧度。陶瓷和复合材料：可以通过第二相改善断裂韧度。陶瓷和复合材料：可以通过第二相改善断裂韧度。u显微组织显微组织低碳钢：回火马氏体高于贝氏体。低碳钢：回火马氏体高于贝氏体。高碳钢：回火马氏体高于上贝氏体，低于下贝氏体。高碳钢：回火马氏体高于上贝氏体，低于下贝氏体。二、特殊处理对断裂韧度的影响二、特殊处理对断裂韧度的影响u亚温淬火亚温淬火适当的预处理和淬火温度，