材料力学性能

解理裂纹形核临界应力fcc金属为何不发生解理？此位错反应不满足能量降低条件不能发生，不存在位错反应导致解理裂纹形核的机制。解理裂纹扩展多晶体解理裂纹扩展条件初始裂纹面

max初始裂纹尺寸较大初始裂纹相邻晶粒位向差较小S4-4沿晶断裂第四章

材料断裂行为裂纹在晶界上形成并沿晶界扩展

在多晶体变形中，晶界起协调相邻晶粒变形的作用。但当晶界受到损伤，其变形能力被削弱，不足以协调相邻晶粒的变形时，便形成晶界开裂。

裂纹扩展总是沿阻力最小的路径发展，遂表现为沿晶断裂。沿晶断裂：沿晶脆性断口形貌钼的沿晶断口ZrO2陶瓷沿晶断口沿晶断裂：沿晶韧窝断口形貌晶界上存在气孔、微裂纹等缺陷晶界上存在有脆性夹杂物晶界连续网状第二相杂质和合金元素在晶界偏析，致使晶界弱化热应力作用

环境因素：晶间腐蚀、高温蠕变晶界无析出区：沿晶微孔集聚断裂沿晶断裂原因：如钢中晶界上存在P、S、As、Sb、Sn等元素。有害元素沿晶界富集，降低了晶界处表面能，使脆性转变温度向高温推移，明显提高了材料对温度和加载速率的敏感性，在低温或动载条件下发生沿晶脆断。弱化晶界的夹杂物：弱化晶界的夹杂物：晶界上球状硫化锰铁夹杂物导致脆性沿晶断口晶界弱化与晶界脆化沿晶断裂机制：晶界脆性相变形不协调开裂沿晶断裂机制：晶界位错塞积导致弱化晶界开裂《失效准则》Galileo1638年提出原因是砖石(以后的铸铁)强度的需求最大拉应力

1是引起材料断裂的原因的强度极限

b

，就发生断裂破坏1、最大拉应力（第一强度）理论

(MaximumTensile-StressCriterion)具体说：无论材料处于什么应力状态，只要微元内的最大拉应力

1

达到了单向拉伸S4-6断裂宏观强度理论《推导》强度条件《评价》当主应力中有压应力时，只要误差较大三向压应力不适用失效方程（或极限条件）

1=

b此时断裂二向时：当

1

2>0

该理论与实验基本一致三向时：当

1

2

3>0

同上当主应力中有压应力时，只要同上

此时不断裂2、最大正应变理论

具体说：无论材料处于什么应力状态只要构件内有一点处的最大正应变达到了单向拉伸的应变极限，就发生断裂破坏1682年，Mariote提出最大伸长线应变

1是引起材料断裂的原因《失效准则》《推导》或强度条件失效方程（或极限条件）即《评价》

主应力有压应力时，当，理论接近实验但不完全符合其他情况下，不如第一强度理论注意：

(1)

eq

为相当应力equivalentstress(2)适用条件：直至断裂，一直服从虎克定律《结论》

除了

1

，还有

2，3

的参与，似乎有理，但是实验通不过——好看未必正确(1)不论是脆性或塑性材料，在三轴拉伸应力状态下，均会发生脆性断裂，宜采用最大拉应力理论（第一强度理论）。(2)脆性材料：在二轴拉伸应力状态下，应采用最大拉应力理论；在复杂应力状态的最大、最小拉应力分别为拉、压时，由于材料的许用拉、压应力不等，宜采用摩尔强度理论。(3)塑性材料（除三轴拉伸外），宜采用形状改变比能理论（第四强度理论）和最大剪应力理论（第三强度理论）。(4)三轴压缩状态下，无论是塑性和脆性材料，均采用形状改变比能理论。各种强度理论的适用范围3.联合强度理论：力学状态图联合强度理论：不同材料的力学状态图习题五：试应用联合强度理论描述不同应力状态下材料的力学行为，并简要分析其变形与断裂过程及微观机制。S5-1概述第五章

材料的脆性与脆化因素脆性：宏观脆性：本质脆性：脆化：脆化因素：S5-2缺口脆性缺口效应：应力集中缺口效应：多向应力状态缺口效应：多向应力状态的形成缺口效应：缺口处应力分布第五章

材料的脆性与脆化因素S5-2缺口脆性缺口效应：缺口顶端小范围屈服时应力分布平面应力平面应变等效屈服应力缺口效应：全面屈服时应力分布缺口拉伸试验：45

60,R＝0.1mm,10mm

d0

20mm

(NotchSensitivityRatio)缺口拉伸试验：几何强化(NSR>1)低应力脆断(NSR<1)缺口拉伸试验：材料的力学性能拉伸弯曲压缩扭转硬度冲击磨损疲劳高温力学性能静载荷动载荷高温S5-3冲击载荷下材料力学行为1.冲击载荷特点加载速度高，应变速率大；具有能量载荷性质。2.冲击变形与断裂特点对弹性变形无影响；塑性变形滞后变形抗力提高变形不均匀性增加冲击脆化变形局域化应变速率对Al(a)和Ti(b)扭转应力应变曲线的影响应变速率对软钢拉伸(a)与Cu冲压(b)变形行为的影响退火低碳钢爆炸冲击变形孪晶高锰钢爆炸硬化后的密集滑移条纹碳钢高速变形绝热剪切带(105s-1)穿甲弹坑绝热剪切带对断裂行为影响低塑性材料冲击脆化严重，正断高塑性材料切断，塑、韧性变化不大应变速率对马氏体时效钢塑性的影响3.冲击试验常温冲击低温冲击高温冲击实验温度试样的受力状态摆锤式（包括简支梁、悬臂梁）落球式高速冲击不同材料或不同用途可选择不同的冲击试验方法，由于各种试验方法中试样受力形式和冲击物的几何形状不同，不同的试验方法所测得的冲击强度结果不能相互比较。采用的能量和冲击次数大能量的一次冲击小能量的多次冲击实验单次冲击不足以破坏材料。冲击疲劳、断裂摆锤式弯曲冲击摆锤冲击试验中试样的安放方式（a）简支梁型（b）悬臂梁型原理：试样被冲断过程中吸收的能量即冲击功（Ak

）等于摆锤冲击试样前后的势能差。式中：AK——冲击功，试样断裂前吸收的能量；Fk——缺口处截面面积；G——摆锤重量；h－h1——冲断试样前后摆锤的高度差计算公式：Ak=Gh

–Gh1

=G（h–h1）ak=

Ak/Fk（KJ/m2）试样为矩形截面的长条形，分无缺口试祥和缺口试样缺口试样要求切口平整、表面光洁、无杂质及气泡等缺陷4.冲击断裂过程

AK没有明确的物理意义，不能用于定量设计。☺AK

相同，断裂抗力可能不同；

☺不同形状尺寸试样AK不同；☺不同材料AK无可比性。5.冲击韧性的意义与用途

AK是一个由强度和塑性共同决定的综合性技术指标，虽不能直接用于设计计算，但它是一个重要参考