材料力学性能课件

材料力学性能1精选课件ppt教师姓名：李永华电话：办公室：CLA323

2精选课件ppt绪论材料分类与材料性能课程意义课程内容与要点晶体结构基础知识位错理论基础知识学习方法参考文献3精选课件ppt1材料分类与材料性能1.1材料的种类

类型：金属；无机非金属；高分子材料；复合材料

用途：结构材料；功能材料1.2材料的性能

力学性能:强度、塑性、韧性等

、δ、HB、KIC；

物理性能:声、光、电、磁ρ、Tm、Cp、磁导等；

化学性能:可燃性、反应性、抗氧化性等；

工艺性能:热加工(铸锻焊)、冷加工性能(车铣磨)；

生物性能:生物反应性、生物相容性等。4精选课件ppt1.3材料的力学性能

定义材料的力学行为：材料在外加载荷作用下,或在载荷、加载速率和环境因素的联合作用下表现出的行为.

材料的力学性能：材料在力作用下,所显示出的与弹性和非弹性反应相关或涉及应力应变关系的性能.5精选课件ppt影响材料力学性能的主要因素内因：晶体学特性;化学成分;显微组织;内部缺陷;残余应力等.外因：温度;周围介质；加载方式;加载速率等.不同外因(即服役工况)时,材料的力学性能将改变.6精选课件ppt2课程意义工程设计理论力学、材料力学机器零部件设计依据：许用应力[

]=

s/ns

强度校核=N/A[

]新材料研发强度、韧性、经济性、工艺性、实用性等失效分析原因分析：力学性能、组织结构、成分等7精选课件ppt“泰坦尼克”号美国国家技术监督局：遭遇冰山；救生小船不足;连接船体部分的固定铆钉,竟然用掺有矿渣的劣质金属制成.08年初南方暴雪、高铁8精选课件ppt实际尺寸各异，一般不能实验设备成本限制模拟实际工况受力状态类比试样；比例、规范、标准实验方法结果分析9精选课件ppt3课程内容与要点3.1内容材料的弹性、塑性、屈服与硬化、断裂、硬度、疲劳、蠕变等性能;各项力学性能指标的本质、物理含义、微观机理(结构与状态);材料力学性能的主要影响因素,提高性能的措施;材料力学性能的测试技术

10精选课件ppt3.2课程要点金属静力学性能.不同加载方式下的力学性能.环境对力学性能及其性能指标的影响.不同种类材料的力学性能.11精选课件ppt重视基本概念重视基本计算问题12精选课件ppt4晶体结构基础知识4.1晶体与非晶体4.1.1、晶体凡原子按一定规律排列的固态物质，称晶体.(如:金刚石、石墨和金属)1）原子在三维空间呈有规则的周期性重复排列.2）固定熔点如铁熔点1538℃.3）晶体性能随原子排列方位而改变，即单晶体具有各向异性.4.1.2、非晶体及其特性

(如:塑料、玻璃、沥青)1)内部质点无规则的堆积在一起的物质称为非晶体;2)

无固定熔点；各向同性13精选课件ppt晶体金刚石、金属

等非晶体：蜂蜡、玻璃等14精选课件ppt4.2晶格、晶胞、晶格常数晶格:假设原子刚性球,利用几何线条连接构成空间格架抽象描述

晶格中的点称结点.不同方位的原子面称晶面.晶胞:晶格的最基本几何单元.晶格常数晶胞的棱边长为a、b、c和棱边夹角α、β、γ15精选课件pptXYZabc晶格常数a，b，c

16精选课件ppt体心立方晶格bcc-Fe、W、V、Mo等4.3常见金属晶格类型晶格常数：a=b=c；

===9017精选课件ppt面心立方晶格fcc-Fe、Cu、Ni、Al、Au、Ag等晶格常数：a=b=c；

===9018精选课件ppt

密排六方晶格hcpMg、Zn等晶格常数底面边长a底面间距c侧面间角120侧面与底面夹角9019精选课件ppt5位错理论基础知识

5.1

位错的基本概念定义:晶体中某处若干列原子有规律的错排.意义:对材料的力学行为如塑性变形、强度、断裂等起决定性作用.

5.2位错的类型

根据原子滑移方向和位错线取向的几何特征不同:位错分为刃型位错、螺型位错、混合位错.20精选课件ppt5.3

刃型位错模型滑移面/半原子面/位错线（位错线┻晶体滑移方向,位错线┻位错运动方向,晶体滑移方向//位错运动方向.21精选课件ppt5.4螺型位错模型位错线//晶体滑移方向，位错线┻位错运动方向，晶体滑移方向┻位错运动方向22精选课件ppt5.5位错的运动位错运动的本质是塑性变形.主要有滑移、攀移.位错的滑移：位错在外力作用下在滑移面上的运动，导致永久形变.滑移面应是晶面间距最大的密排面，滑移方向应是原子密排方向.23精选课件ppt螺型位错的滑移24精选课件ppt位错的攀移

在热缺陷作用下,位错在垂直滑移方向的运动，刃位错除了滑移外,还可攀移运动.

实质是多余半原子面的伸长或缩短.螺位错无多余半原子面,无攀移运动.

25精选课件ppt5.6位错的观察DislocationsinNickel(TEM)26精选课件ppt6学习方法理论联系实际:

实用性强;某些力学性能指标根据理论定义,更多指标则按工程实用要求定义.重视实验:

掌握力学性能的测试原理、测试技术,了解测试设备,理解力学性能指标的物理意义与实用意义.多做练习;加深理解――巩固所学的知识.27精选课件ppt考试基本概念、基本原理、基本技能—计算分析考试70-80%实验10%平时10-20%学位课、考试课（30理论+2实验）28精选课件ppt7参考文献束德林.金属力学性能.机械工业出版社.刘瑞堂等.工程材料力学性能.哈尔滨工业大学出版社.郑修麟.材料的力学性能.西北工业大学出版社.何肇基.金属力学性能实验.冶金工业出版社.侯旭明.金属力学性能.机械工业出版社.王丛曾.材料性能学.北京工业大学出版社.29精选课件ppt第一章*

金属在单向静拉伸载荷下的力学性能1.1引言1.2应力-应变曲线1.3弹性变形1.4塑性变形1.5金属的断裂

30精选课件ppt1.1引言单向静拉伸试验特点最广泛使用的力学性能检测手段;试验应力状态、加载速率、温度、试样等严格规定(方法:GB/T228-2002;试样:GB/T6397-1986);

最基本的力学行为(弹性、塑性、断裂等);

可测力学性能指标：强度(

)、塑性(

、

)等.31精选课件ppt工程应用,拉伸性能是结构静强度设计的主要依据之一;预测其它力学性能参量,如疲劳、断裂性能;研究新材料,合理使用材料和改善力学性能,测定拉伸性能.拉伸性能的作用32精选课件ppt拉伸试样的形状和尺寸常用拉伸试样:为比较不同尺寸试样的塑性,要求试样几何相似,L0/A01/2要为一常数．(A0初始横截面积)光滑圆柱试样:试样标距长度L0比直径d0要大得多;通常L0=5d0或L0=10d0板状试样:试样标距长度L0应满足:L0=5.65A01/2或11.3A01/2

；33精选课件ppt34精选课件ppt1.2应力-应变曲线**

1.2.1拉伸力—伸长曲线弹性变形:e点以内的变形.塑性变形:e点以外.不均匀的屈服塑性变形:AC.均匀塑性变形:CB段.不均匀集中塑性变形:Bk段.断裂:k以下.B点塑性变形:△Lg.k点塑性变形:△Lk35精选课件ppt1.2.2几种常见材料的拉伸力-伸长曲线36精选课件ppt正火、退火碳素结构钢和低合金结构钢:

类似的拉伸力-伸长曲线退火低碳钢在低温下、灰铸铁在室温下:

只有弹性变形阶段冷拔钢:弹性变形和不均匀集中塑性变形阶段面心立方金属在低温和高应变速率下:

只有弹性变形和不均匀屈服塑性变形阶段不同材料的拉伸力-伸长曲线特点37精选课件ppt1.2.3工程应力-应变曲线****拉伸条件下力学性能:应变ε及应力

e(弹性极限)

s(屈服强度)

b(抗拉强度)

k(断裂强度).38精选课件ppt断后伸长率

=[(L-L0)/L0]

100%

断面收缩率

=[(A0-A)/A0]

100%

39精选课件ppt油压式拉伸试验机40精选课件ppt传感器式拉伸试验机41精选课件ppt高温拉伸试验机42精选课件ppt真实应力—真实应变***真实应力真实应变43精选课件ppt设L0=100，L=110，则=[(110-100)/100]100%若设L0=100,L1＝101,L2＝102,…L10=110则

1=1%,

2=0.99%,

3=0.98%,…

10=0.917%

1+

2+

3＋……＋

10<10%44精选课件ppt拉伸：L=110,L0=100=[(110-100)/100]100%=10%e=ln(110/100)=ln1.1压缩:L0=110,L=100=[(100-110)/110]100%=-9.09%e=ln(100/110)=-ln1.145精选课件ppt1.2.4真实应力-应变曲线按拉伸试样的真实断面A和真实长度L计算应力和应变.46精选课件ppt在弹-塑性变形阶段,只有真应力-真应变曲线才能描述材料的力学形为.多数金属在室温下屈服后,要使塑性变形继续进行,必须不断增大应力,所以真应力-真应变曲线表现为流变应力不断上升.称形变强化.47精选课件ppt48精选课件ppt单位应力(强度):MPa106Pa应变:无单位.49精选课件ppt1.3弹性变形1.3.1弹性变形定义

外力去除,能恢复到原来形状或尺寸的变形.特点:单调、可逆、变形量很小(0.5~1.0%)1.3.2物理本质金属原子间结合力抵抗外力的宏观表现.50精选课件ppt

1.3.1

胡克定律简单应力状态胡克定律

剪切和扭转

单向拉伸

E、G和的关系51精选课件ppt1.3.2弹性模量E＊单纯弹性变形过程中应力与应变的比值

物理意义:

材料对弹性变形的抗力.

用途:工程上称材料的刚度;计算梁等构件挠度时用到.重要的力学性能之一.

数值:

2.1105MPa或210GPa52精选课件ppt弹性模量是对组织不敏感的力学性能指标*影响小:晶体学特性;溶质原子;显微组织;合金化;温度;加载速率.单晶体:各向异性多晶体:各向同性(各晶粒统计平均值)影响弹性模量的因素53精选课件ppt弹性极限:弹性过渡到弹塑性变形时的应力(0.01%)弹性比功:或弹性比能、应变比能.物理意义:吸收弹性变形功的能力.几何意义:应力-应变曲线中弹性阶段的面积.1.3.3弹性极限、弹性比功用途:制造弹簧的材料要求弹性比功大54精选课件ppt1.4塑性变形定义:外载荷卸去后,不能恢复的变形.(永久不可逆)性质:材料受力,应力超过屈服点后,仍能继续变形而不发生断裂的性质.

断后伸长率，

断面收缩率.δ

100%:称为超塑性55精选课件ppt塑性变形的方式滑移:主要变形机制:切应力下金属沿滑移面和滑移方向运动切变过程.孪生:重要变形机制,低温或快速形变时；晶界滑动和扩散性蠕变只在高温；形变带滑移和孪生都不能进行才起作用.1.4.1塑性变形的方式及特点56精选课件ppt滑移面：原子最密排面；滑移方向：原子最密排方向.滑移系：滑移面和滑移向的组合.滑移系越多,材料的塑性越好.晶体结构的影响较大.

fcc＞bcc＞hcp滑移bccfcc57精选课件ppt孪晶:外形对称.好象两个相同晶体对接起来;内部原子排列呈镜面对称于结合面.孪晶可分为:自然孪晶和形变孪晶.孪生特点：比滑移困难;时间短;变形量小;孪晶层仅为狭窄一层.孪生与滑移交互作用,促进金属塑性变形.孪生58精选课件ppt由点阵畸变而使晶体表面出现的弯曲区域,由于该区域贯穿整个试样截面成带状,故称形变带.

相邻滑移带的交互作用.多个滑移系同时动作,正常的滑移不能进行,产生点阵弯曲,形成形变带.

三种变形机制的比较

滑移:相邻部分滑动,变形前后晶体内部原子排列不变.孪生:变形部分相对未变形部分发生取向变化.形变带:晶体点阵畸变.形变带59精选课件ppt

各晶粒变形的不同时性和不均匀性

晶粒取向有利先滑移；不利则弹性变形后增加外力继续滑移；

变形的局部性,内应力,晶粒中可能有裂纹,断裂.

变形的相互协调性

整体,不允许晶粒仅在一个滑移系中变形,否则晶界开裂.

塑性变形的特点60精选课件ppt标志:拉伸时的屈服现象是开始宏观塑性变形的标志.定义:塑性变形开始阶段,外力不增加、甚至下降时,而变形继续进行的现象,称屈服.上屈服点:试样发生屈服而力首次下降前的最大应力下屈服点:不计初始瞬时效应时屈服阶段中的最小应力1.4.2屈服与屈服强度***屈服61精选课件ppt吕德斯带62精选课件ppt63精选课件ppt64精选课件ppt吕德斯带特点屈服塑性变形不均匀.低碳钢冲压件表面产生皱褶现象.影响外观质量.在1~2%压下量下预轧一次,消除屈服现象,无明显屈服点的钢板.再冲压,表面质量好.65精选课件ppt外力作用下,晶体中位错萌生、增殖和运动过程

(1)柯氏气团

位错与溶质原子交互作用,位错被钉扎.溶质原子聚集在位错线的周围,形成气团.提高外应力,位错才能运动;继续发生塑性变形所需的外应力降低.屈服机理66精选课件ppt（2）位错塞积群

n个位错同向运动受阻,形成塞积群,导致材料要继续塑性变形必须加大外力;一旦障碍被冲破,继续塑性变形所需的外力降低.

67精选课件ppt金属塑性变形的应变速率与位错密度、位错运动速率及柏氏矢量成正比.即：

位错增值ρ↑，↑

提高外应力

,↑,

↑晶体结构变化b↑,

↑（3）应变速率与位错密度、位错运动速率的关系68精选课件ppt屈服强度

s拉伸曲线有明显屈服平台,塑性变形硬化不连续,屈服平台所对应的应力即为屈服强度:

s=Ps/A0拉伸曲线无屈服平台,塑性变形硬化过程连续,屈服强度定义为产生0.2%残余伸长时应力:

s=

0.2=P0.2/A01.4.3强度***69精选课件ppt工程上从静强度角度选择韧性材料的依据.提高屈服强度,机件不易产生塑性变形,减轻重量、体积和尺寸；但过高,最大屈强比(

s/b),又不利于某些应力集中部位的应力重新分布,容易引起脆性断裂.降低

s有利于材料冷成形加工和改善焊接性能.低碳钢:冷成形性能和焊接性能好.s

选取屈服强度70精选课件ppt（一）内因

（1）金属本性及晶格类型位错运动阻力:晶格阻力(P-N力);位错交互作用产生的阻力.

P-N力:fcc位错宽度大,位错易运动.

bcc反之.

交互产生的阻力:平行位错间交互作用产生的阻力;运动位错与林位错交互作用产生的阻力.（2）溶质原子和点缺陷形成晶格畸变(间隙固溶,空位)影响屈服强度的因素71精选课件ppt（3）晶粒大小和亚结构

晶界是位错运动的障碍。

要使相邻晶粒中的位错源开动，必须加大外应力.

霍尔---派奇关系式

s=

i+Kyd-1/2***细化晶粒,可以提高材料的强度.

（4）第二相

不可变形的第二相,位错只能绕过它运动.可变形的第二相,位错可以切过.

还与其尺寸、形状、数量及分布有关.72精选课件ppt（二）外因

温度提高.位错运动容易.

s

***

应变速率提高.

s

***应力状态:切应力

，s

-20002004006008005604202801400NiMo0.1110100100010000350300250200150

b

s屈服强度与温度关系屈服强度与应变速率关系73精选课件ppt1.4.4应变硬化(形变强化、加工硬化)工程应力-应变曲线真实应力-应变曲线应力应变外力超过

s后,塑性变形并不象屈服平台连续流变下去,而需要增加外力才能继续.金属阻止继续塑性变形的能力称应变硬化性能.(位错增殖、运动受阻)塑性应变是硬化的原因硬化是塑性应变的结果74精选课件ppt意义应变硬化和塑性变形适当配合,可使金属进行均匀塑性形变.使构件具有一定的抗偶然过载能力.强化金属.提高力学性能.提高低碳钢的切削加工性能.75精选课件ppt应变硬化机理

a)易滑移阶段:单系滑移

hcp金属(Mg、Zn)不能产生多系滑易.滑移段长.

b)线性硬化阶段:多系滑移

位借交互作用,形成割阶、面角位错、胞状结构等;位错运动阻力增大.

c)抛物线硬化阶段:交滑移,双交滑移

刃型位错不能产生交滑移.

多晶体:一开动便是多系滑移.无易滑移阶段.76精选课件ppt

Hollomon关系式：S=ken(真应力与真应变关系)

n—应变硬化指数;k—硬化系数

n反映了金属材料抵抗继续塑性变形的能力.

n=1.理想弹性体;n=0材料无硬化能力.

层错能低的材料应变硬化程度大;

高Mn钢.层错能力低.n大.

通常0.1

n

0.5

应变硬化指数，常用直线作图法求得应变硬化指数77精选课件pptlgS=lgk+nlgeS=(1+

)

e=ln(1+

)-2-101lgklgSlge78精选课件ppt应变硬化指数n大,机件服役时承受偶然过载的能力大,阻止薄弱部位继续塑性变形.n对板材冷变形工艺如冲压性能有重要影响.n大,应变硬化,变形均匀,增大极限变形程度,不易开裂.不能热处理强化的金属,可用应变硬化方法强化.表面局部应变硬化,如滚压,提高强度.工程意义*79精选课件ppt（1）缩颈的现象和意义韧性金属拉伸时变形集中于局部区域;应变硬化和截面减小的共同结果.b点:最大力点;拉伸失稳点;塑性失稳点1.4.5缩颈现象80精选课件ppt（2）缩颈判据失稳的临界条件:dF=0某瞬间:F=SA.dF=Ads+SdA=0体积不变:V=ALAdL+LdA=081精选课件ppt缩颈判据Hollomon关系即82精选课件ppt应变硬化指数等于最大真实均匀塑性变量时,缩颈便产生*.颈部三向拉应力状态83精选课件ppt1.4.6抗拉强度

b

韧性金属拉断过程中对应的最大承载能力.

表征金属对最大均匀塑性变形的抗力试样断裂前所能承受的最大应力,又称强度极限.最大载荷,除以原始截面积,即抗拉强度:

b=Pmax／A0=Fb/A084精选课件ppt易于测定.重现性好.韧性材料不能作为设计参数.脆性材料可用作设计参数.

s/

b对材料成形加工极为重要.

b≈1/3HB;淬火钢

-1≈1/2

b意义85精选课件ppt1.4.7塑性***定义:金属断裂前发生塑性变形(不可逆永久变形)的能力.塑性变形:均匀塑性变形、不均匀集中塑性变形.韧性金属:前者比后者小得多.小于50%.如高强钢:均匀塑变量仅占5-10%即:拉伸缩颈后,塑性变形主要集中于试样缩颈附近.86精选课件ppt伸长率***拉伸前试样标距L0，拉断后标距为Lk=[(Lk-L0)/L0]100%断面收缩率ψ***评定材料塑性的主要指标=[(A0-Ak)/A0]100%87精选课件ppt比例试样：L0=5d0或L0=10d0

多数材料的集中塑性变形量大于均匀变形量故δ5>δ10(断后伸长率)Ψ>δ金属拉伸时产生缩颈***;反之,不产生Ψ反映了断裂前的最大塑性变形量.而δ则不能显示材料的最大塑性变形.88精选课件ppt冶金因素对

的影响更突出.

比

对组织变化更敏感最大力下的总伸长率与原始标距的百分比δgt.实际上是金属材料拉伸时产生的最大均匀塑性变形(工程应变量)eB=ln(1+δgt)δgt对于评定冲压用板材的成型能力非常有用.89精选课件ppt

塑性的意义和影响因素

意义：

a）不直接用于构件设计,因塑性与服役无直接关系.b）安全，防止产生突然破坏；

c）缓和应力集中；

d）轧制、挤压等冷热塑性加工变形；

影响因素：

（a）细化晶粒，塑性↑；

（b）温度提高，塑性↑；（c）软的第二相塑性↑；

（d）固溶、硬的第二相等，塑性↓.90精选课件ppt塑性的综合性能指标

s/

b

(屈强比)↓.材料的塑性↑.

b/V(体积比强度)↑.减轻构件的重量.91精选课件ppt韧性:材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力J/m2.

静力韧度:静拉伸时,单位体积材料断裂所吸收的功.J/m3

UT=

b或U

T=(s+b)/2静力韧度对按屈服强度设计,可能偶然过载的机件必须考虑.

静力韧度92精选课件ppt拉伸力学行为用胡克定律描述.在弹性阶段:应力与应变成正比.即

=E·

低温下的脆性金属，拉伸断裂前只有弹性变形.而无塑性变形.脆性材料的拉伸力学行为93精选课件ppt拉伸时,试样轴向伸长、横向收缩。纵向应变

l与横(径)向应变

2之负比值称为泊松比(Poisson’sratio),

=-

2/

l,是材料弹性常数。脆性材料拉伸的力学性能：

弹性模量和脆性断裂强度。94精选课件ppt1.5金属的断裂材料破断为两个部分以上的现象,叫断裂(材料失去完整性)机件三大失效形式之一断裂出现在高应力、应变条件下，而且发生在低应力和无明显塑性变形条件下.1.5.1断裂的基本类型断裂前塑性变形大小分类:脆性断裂;韧性断裂断裂面取向分类:正断;切断裂纹扩展途径分类:穿晶断裂;沿晶断裂断裂机理分类:解理断裂;微孔聚集型断裂;纯剪切断裂

95精选课件ppt96精选课件ppt韧性断裂（宏观）

特点:断裂前产生明显宏观变形;过程缓慢;

断裂面平行于最大切应力,并与主应力成45o角.

断口特征

断口呈纤维状,灰暗色.杯—锥状.

断口特征三要素:纤维区、放射区、剪切唇

纤维区:裂纹快速扩展.撕裂时塑性变形量大,放射线粗.

剪切唇:切断.

危害:不及脆性断裂,断裂前机件已变形失效.1.5.2断裂及断口特征97精选课件ppt脆性断裂

断裂特点

断裂前基本不发生塑性变形,无明显前兆;断口与正应力垂直。

断口特征

平齐光亮,常呈放射状或结晶状;

人字纹花样的放射方向与裂纹扩展方向平行.

韧性与脆性行为会随环境条件而改变.

例如:T

、脆性

.一般变形>75%为韧性断裂.98精选课件ppt穿晶断裂与沿晶断裂（微观）特点:穿晶断裂:裂纹穿过晶界.韧性或脆性断裂;有时混合发生.沿晶断裂:裂纹沿晶扩展.穿晶断裂,多数脆性断裂.99精选课件ppt纯剪切断裂，微孔聚集型断裂，解理断裂（机理）

纯剪切断裂

沿滑移面分离而造成的分离断裂。

微孔聚集型断裂

微孔形核、长大、聚合导致材料分离。

解理断裂

以极快速率沿一定晶体学面,产生穿晶断裂。解理面一般是指低指数晶面或表面能量低的晶面。

fcc金属一般不发生解理断裂。

解理断裂总是脆性断裂100精选课件ppt解理断裂的微观断口特征电镜观察（1）河流状解理台阶，汇合台阶高度足够大形成河流状花样。

裂纹跨越若干相互平行的而且位于不同高度的解理面。

解理台阶是沿两个高度不同的平行解理面上扩展的解理裂纹相交时形成的。其方式为：解理裂纹与螺位错相交形成；通过二次解理成撕裂形成。101精选课件ppt晶界对解理断口的影响。

(a)小角度倾斜晶界裂纹能越过晶界，“河流”可延续到相邻晶粒内。

(b)扭转晶界（位向差大）

裂纹不能直接穿过晶界，必须重新形核。

裂纹将沿若干组新的相互平等的解理面扩展，形成新的“河流”。102精选课件ppt(2)舌状花样解理裂纹沿孪晶界扩展留下的舌状凹坑或凸台.

(3)准解理

由于晶体内存在弥散硬质点,解理裂纹起源于晶内硬质处点,形成从晶内某点发源的放射状河流花样.准解理不是独立的断裂机制.是解理断裂的变种.103精选课件ppt微孔聚集断裂机理和微观断口特征1、断裂机理

（1）微孔形核

点缺陷聚集；第二相质点碎裂或脱落；

位错引起的应力集中，不均匀塑性形变。

（2）微孔长大

滑移面上的位错向微孔运动，使其长大。

（3）微孔聚合

应力集中处，裂纹向前推进一定长度。104精选课件ppt

2、微观断口特征

韧窝（火山口式，圆形，椭圆形（1）韧窝形状

（a）正应力⊥微孔的平面，形成等轴韧窝；

拉伸试样中心纤维区就是等轴韧窝。

（b）拉长韧窝扭转、或双向不等应力状态；切应力，形成拉长韧窝；

（c）撕裂韧窝拉、弯应力状态；（2）影响韧窝大小因数

基体材料的塑性变形能力和应变硬化指数；

第二相质点的大小和密度。

注意：微观上出现韧窝，宏观上不一定是韧性断裂。105精选课件ppt106精选课件ppt断裂理论的意义屈服时产生解理断裂的判据霍尔---派奇关系107精选课件ppt(q应力状态系数)定性分析降低金属脆断倾向的措施提高G、

s、q

外因:

q

、T

降低i、d、ky

内因:其他左项小于右项:裂纹可形成但不能扩展左项大于右项:裂纹形成后自动扩展108精选课件pptG(切变模量):热处理、合金化、冷热变形影响小目前常用方法很难改变G.韧化金属

s由表面能和塑性变形功构成,即有效表面能.后者与有效滑移系数目及可动位错数目有关.如bcc金属滑移系多.可动位错少.易脆断.

fcc金属滑移系和可动位错多.易塑性变形.环境因素如腐蚀介质会降低表面能.变脆.109精选课件ppt本章小结低碳钢拉伸工程应力应变曲线工程应力应变、真实应力应变计算强度、塑性的影响因素断裂类型110精选课件ppt第二章

金属在其他静载荷下的力学性能

引言2.1应力状态软性系数2.2压缩2.3弯曲2.4扭转2.5硬度2.6带缺口试样静载荷试验111精选课件ppt引言力学性能

压缩、弯曲、扭转、硬度和带缺口试样力学性能。

原因机件在使用中承受不同类型外力；内部存在不同的应力状态。112精选课件ppt2.1应力状态软性系数塑性或脆性并非绝对*应力状态软性系数

:外力状态对塑性变形影响.以便选择检测方法.

例如：铸铁压→韧;拉→脆113精选课件ppt

应力状态软性系数α定义为：

max按最大切应力理论计算,

max=(

1-

3)/2

1,

3分别为最大和最小主应力最大正应力

max按最大正应力理论计算，即,

ν——泊松系数应力状态软性系数

114精选课件ppt单向拉伸

=1/2

扭转

=1/(1+

)≈0.8

单向压缩

=1/(2

)≈2

应力状态软性系数

：材料塑性变形的难易。

越大：该应力状态下切应力分量越大,越易塑性变形.

值较大：软应力状态,

值较小：硬应力状态.115精选课件ppt单向拉伸、三向不等拉伸:塑性材料弯曲、扭转:脆性材料116精选课件ppt

为什么？试验对象是什么？特点是什么？怎么试验？结果分析性能指标117精选课件ppt2.2压缩原因实际工况为压缩状态

材料内部为压缩应力状态拉伸时无塑性.直接拉断.无法反映其特点118精选课件ppt试验对象脆性金属：铸铁、某些铸造合金等.119精选课件ppt

试验方法圆形或正方形试样：L=2.5~3.5d120精选课件ppt压缩特点

应力状态系数

=2

即应力状态软易塑性变形

软钢

易压缩成腰鼓状、扁饼状

铸铁

拉伸时断口为正断；压缩时沿45o方向切断

塑性变形小的材料或工况为压缩的材料：压缩实验121精选课件ppt

σ～ε曲线与拉伸曲线形式相同

力学性能指标：σbc，E，ψbc等压缩实验122精选课件ppt抗压强度**

bc=Fbc/A0压缩屈服强度

sc123精选课件ppt2.3弯曲原因弯曲工况工件内部弯曲应力状态拉伸或压缩不能完全反映实际状况试验对象*铸铁、工具钢等脆性与低塑性材料韧性材料一般不作弯曲强度检测.

124精选课件ppt弯曲试验的特点**

主要为正应力.分布不均.方向变化.

弯曲力学行为与单纯拉伸或压缩行为不同.设计或选材依据:承受弯曲载荷时弯曲试验.试样形状简单、操作方便.挠度表示塑性.试样表面应力最大.灵敏反映表面缺陷.鉴别表面热处理试样的质量和性能.

125精选课件ppt弯曲试验（1）抗弯强度

或σpc0.01、σpc0.2

试样：矩形截面h

b(55)L=16h126精选课件ppt三点弯曲

弯矩

M=PL/4四点弯曲

M=PL/2挠度：试样断裂之前被压下的最大距离

记录弯曲力F和试样挠度f间关系，求断裂时抗弯强度和最大挠度，表示强度和塑性

韧性材料一般不作弯曲强度检测127精选课件ppt

弯曲曲线挠度试样断裂之前被压下的最大距离记录弯曲力F和试样挠度f.

fbbFbb0b弯曲力---挠度曲线128精选课件ppt抗弯强度**：

bb=M/W=3FbbL/2bh2

弯曲模量塑性**：fbb129精选课件ppt2.4扭转原因弯曲工况工件内部弯曲应力状态拉伸、压缩、弯曲不能完全反映实际状况为热加工工艺如轧制、锻造等提供依据130精选课件ppt试验对象：塑性较低的金属扭转特点检测在拉伸时呈脆性的材料的塑性性能

=0.8

长度方向的塑性变形均匀.无缩颈.

能敏感反映材料表面缺陷及性能.

断口的特征最明显131精选课件ppt切断、正断、木纹状断口132精选课件ppt试验方法试样d0=10.L0=50或100mm扭矩T.相对转动扭角

133精选课件ppt

切变模量**

G=

/

扭转屈服点**

s

=Ts/W

扭转强度**

b

=Tb

/W性能指标

Tb

扭矩—扭角曲线134精选课件ppt2.5缺口试样静载荷试验试验原因内部存在裂纹或体积大的缺陷.零件：螺纹、键槽、退刀槽，焊缝等沟槽.缺口应力集中

三向拉应力状态,使材料脆化.应变集中.缺口附近的应变速率增高.135精选课件ppt缺口试样静拉伸试验对象高强度钢钢和钛的氢脆高温合金的缺口敏感性缺口试样静拉伸试验136精选课件ppt缺口试样137精选课件ppt试验方法轴向拉伸偏斜拉伸拉伸和弯曲复合作用138精选课件ppt结果分析缺口试样的抗拉强度**

bn缺口敏感性**NSR=bn/b(安全性指标)NSR越大.敏感性越小.塑性越好缺口抗拉强度（偏斜）139精选课件ppt

缺口试样静弯曲试验试验方法101055缺口：2mmU或V型

140精选课件ppt试验对象评定或比较结构钢的缺口敏感度和裂纹敏感度141精选课件ppt结果分析

记录试验力F—挠度f关系曲线142精选课件ppt曲线包围的面积:试样从变形到断裂的总功.

(1)只发生弹性变形的弹性功I;

(2)发生塑性变形的变形功以面积II表示；

(3)在达到最大载荷Pmax时试样即出现裂纹.迅速扩展，直至试样完全破断以面积Ⅲ表示.叫作撕裂功.

可用断裂功,或Fmax/F1来表示材料的缺口敏感度.

F1—试样发生断裂所对应的作用力.Fmax/F1=1时，缺口敏感度最大.143精选课件ppt小结应力状态软性系数（软硬）各种试验的性能指标***压缩、弯曲、扭转、缺口试样静拉伸试、缺口试样静弯曲试验144精选课件ppt2.6硬度破坏性检验：拉伸、压缩、弯曲、扭转、缺口拉伸、缺口弯曲无(少)损检验：硬度145精选课件ppt表征材料软硬程度的一种性能2.6.1硬度定义与分类

压入法:布氏、洛氏、维氏、努氏.

表征材料的塑性变形抗力及应变硬化能力应力状态软性系数最大(α>2)几乎所有的材料都能产生塑性变形.

划痕法:莫氏硬度.表征材料对切断的抗力.

回跳法:肖氏硬度.表征金属弹性变形功的大小.146精选课件ppt2.6.2布氏硬度试验原理：钢球或硬质合金球为压头,试验力F压入试样表面,经规定保持时间,卸载.试样表面留下压痕.力F除以压痕球形表面积A的商.147精选课件ppt保持时间:黑色金属10秒;有色金属30秒;HB＜35的材料60秒.F/D2=常数d=0.24~0.6D148精选课件pptd—压痕直径单位NKgf压痕直径越大,布氏硬度值越低,即变形抗力越小;

反之,布氏硬度值越高.149精选课件ppt布氏硬度种类试验用压头直径D有10，5，2.5，1mm四种150精选课件ppt布氏硬度的特点优点：大范围反映材料平均性能.数据稳定,重复性好,应用广泛.

缺点：属轻微有损检测;不能连续检测.

为数据可靠，需根据材料种类和试样厚薄更换压头.d=0.24~0.6D151精选课件ppt布氏硬度表示方法***①硬度值;②符号HBW或HBS;HBW为硬质合金；HBS为钢球③球直径;④试验力;⑤试验力保持时间(10-15s不标注)后三项用斜线隔开350HBW5/750表示用直径5mm的硬质合金球在7.355KN试验力保持10-15S测得的布氏硬度值为350600HBW1/30/20表示用直径1mm的硬质合金球在294.2N试验力保持20S测得的布氏硬度值为600152精选课件ppt淬火钢球作压头.测定HB＜450的材料硬度.硬质合金球作压头.测定硬度可达650HB．153精选课件ppt

抗拉强度与硬度的关系

b1/3HBW低碳钢b=0.360HBW高碳钢b=0.340HBW调质合金钢b=0.325HBW灰铸铁b

=0.100HBWQ23500.20.40.60.81.0300200100C%HB

154精选课件ppt155精选课件ppt原理压头留下的压痕深度表示硬度值.

压痕深度h越大硬度值越低.压头

=120o的圆锥或四面锥.

直径

=1.588mm(1/16英寸)的钢球或硬质合金球.洛氏硬度156精选课件ppt为符合思维习惯，即数值越大越硬.规定：不同压头,k值不同；金刚石k=0.2；钢球k=0.26

157精选课件ppt试验方法先加预压力,再加主压力.不同压头和不同总压力,组成不同的洛氏硬度标尺.A、B、C、D、E、F、G、H、K共9种A、B、C标尺常用158精选课件pptHRC用金刚石压头加10kgf预载,压入表面深度h0,表盘指针指向零点再加主载荷，压入深度为h1，指针逆时针转卸主载荷,弹性部分回复,压头回升一段距离,即(h1-h),表盘指针回转试件表面留下残余压痕深度为h.159精选课件ppt洛氏硬度试验示意图160精选课件ppt洛氏硬度表示方法硬度值;符号HR;标尺字母60HRC：C标尺测得洛氏硬度值为60B标尺有两种压头:HRBS(钢球)和HRBW(硬质合金).161精选课件ppt洛氏硬度应用

标尺符号应用AHRA硬质合金、硬化、薄钢板、表面薄层硬化钢BHRB低碳钢、铁素体可锻铸铁、铜合金CHRC淬火钢、高硬度铸件、珠光体可锻铸铁162精选课件ppt表面洛氏硬度普通洛氏硬度的压力大,不宜于极薄工件和表面硬化层.表面洛氏硬度HR15N，HR30N，HR45N，HR15T，HR30T，HR45T163精选课件ppt表面洛氏硬度主要特点预载荷为3kgf(29.42N).总载荷较小,分别为15kgf,30kgf和45kgf(441.3N)取h＝0.1mm时的洛氏硬度为零.深度每增大0.001mm,表面洛氏硬度降低一个单位.164精选课件ppt表面洛氏硬度表示方法①硬度值;②符号HR;③总试验力;④标尺70HR30N表示用总试验力为294.2N的30N标尺测得的表面洛氏硬度值为70.165精选课件ppt洛氏硬度的优缺点优点硬度值可表盘直接读出,简便迅速,工效高;试件表面损伤较小,可用于成品质检;预载荷可消除表面轻微不平度对试验结果的影响.166精选课件ppt缺点不同标尺的洛氏硬度值无法相互比较.由于压痕小.洛氏硬度对材料组织不均匀性敏感,测试结果分散,重复性差.167精选课件ppt168精选课件ppt维氏硬度原理与布氏硬度相同.根据压痕单位面积承受的试验力计算硬度值.不同:压头为=136o的金刚石四棱锥体.载荷小.169精选课件ppt压头压入试件表面,保持一定时间卸载,表面留下压痕.载荷F.测得压痕两对角线长度后取平均值d.计算维氏硬度值，单位kgf/mm2(不标注)HV=0.102F/A=0.204Fsin(136o/2)/d2

170精选课件ppt171精选课件ppt普通维氏硬度的载荷为5、10、20、30、50、100kgf等6种小负荷维氏硬度的载荷为0.2、0.3、0.5、1、2、3Kgf等6种172精选课件ppt硬度值;符号;球直径;试验力;试验力保持时间(与布氏硬度相同)640HV30／20:试验力294.2N下保持20S测得维氏硬度值为640.维氏硬度表示方法**173精选课件ppt显微维氏硬度**实质:小载荷维氏硬度试验.原理相同.仍用HV表示.试验力为0.01、0.015、0.02、0.025、0.05、0.1Kgf174精选课件ppt显微维氏硬度表示方法***340HV0.1表示试验力0.9807N下保持10~15S测得显微维氏硬度为340.340HV0.05表示用试验力0.49N保持10~15S测得的显微维氏硬度为340.175精选课件ppt维氏硬度特点四棱锥体压头.压痕几何相似.载荷任选.所得硬度值均相同.不受布氏法载荷P和压头D的规定条件的约束.测量范围宽:软硬材料都可.压痕为轮廓清晰的正方形.对角线长度易于精确测量.故精度高.硬度小于450HV时.维氏硬度与布氏硬度值大致相同.176精选课件ppt177精选课件ppt采用四棱锥,对面角分别为172o30’和130o.

力F除以压痕投影面积之商.

测量值精确。

努氏硬度（显微硬度）178精选课件ppt动载荷试验法

原理：金刚石或钢球冲头从高度h0自由下落到试样表面，弹性变形回跳到高度h，用高度比值计算肖氏硬度:

HS=Kh/h0

K为系数

肖氏硬度(回跳硬度)179精选课件ppt特点:屈服强度越高,弹性变形功越大,则金属越硬.优点:方便;可在现场测大型工件的硬度.

缺点:精度和准确度较差;在弹性模量相同时才可进行比较.180精选课件ppt硬度表示法工程实际：HBW450HRC50181精选课件ppt肖氏硬度计182精选课件ppt里氏硬度动载荷试验法碳化物冲头在弹力作用下以某速度冲击试样表面,冲头的会谈速度为硬度值.HL手提式里氏硬度计,方便,现场测量大型工件硬度.183精选课件ppt小结

布氏、洛氏、维氏硬度各自原理表示方法的含义***显微硬度***各种硬度的特点184精选课件ppt测验请说明下列符号的含义500HBW1/30/2055HRBW65HR30N280HV0.1185精选课件ppt第三章金属在冲击载荷下的力学性能3.1引言3.2冲击载荷下金属变形和断裂的特点3.3冲击弯曲和冲击韧性3.4低温脆性及韧脆转变温度3.5影响冲击韧性和韧脆转变温度的因素186精选课件ppt3.1引言

冲击载荷作用.如飞机起降:飞机起落架压力加工:模锻(模具、锻件、压机)

金属具有承受冲击载荷的能力金属在冲击载荷下的力学行为187精选课件ppt冲击载荷:加载速率大.载荷施加于工件速率形变速率提高.用形变速率间接表示加载速率.相对形变速率.应变速率.

静拉伸试验应变速率10-5~10-2S-1冲击应变速率102~104S-1.力学性能变化显著.3.2冲击载荷下金属变形和断裂的特点188精选课件ppt应变速率增大.脆性增加温度降低.脆性增加189精选课件ppt不均匀的塑性变形导致屈服强度和抗拉强度提高.40080012001600010203040冲击静载荷190精选课件ppt冲击时间短,应力测不准确假定冲击能全部转化成弹性能,再按能量守恒法计算.(能量)为反映加载速率和缺口效应对金属韧性的影响.需要缺口试样冲击弯曲试验.可测定金属的冲击韧性3.3冲击弯曲和冲击韧性191精选课件ppt缺口试样冲击弯曲试验原理**试样弹性变形、塑性变形、裂纹、扩展、断裂192精选课件ppt缺口试样冲击弯曲试验原理**摆锤式冲击试验机将试样放在试验机支座上.缺口位于冲击背向方向.将质量为m的摆锤举到一定高度H1.位能为mgH1.释放摆锤冲断试样.剩余能量mgH2.摆锤冲断试样损失的能量mg(H1-H2).

即试样变形和断裂消耗功.称冲击吸收功Ak

(J)193精选课件ppt冲击试样夏比U型缺口夏比V型缺口55×10×10mm，试样跨距45mm110×20×20mm，跨距70mm脆性材料试样无缺口194精选课件ppt195精选课件ppt冲击韧性冲击韧性:材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力.可用冲击吸收功AKU和AKV表示(J).冲击韧度(aKU):AKU除以冲击试样缺口底部截面积的商.工程实际中应用较多(J/m2).AK(aK)>27J20#71J45#31J196精选课件ppt误差:10~30%原因:摆锤轴线与缺口中心线不一致时,机身振动、空气阻力等消耗功.因此应注明试验条件.数据比较.

197精选课件ppt脆性材料:冲击弯曲试验的试样不开缺口缺口试样的冲击值太低,难以比较差异.

198精选课件ppt冲击弯曲试验用途AK对组织变化敏感；试验简便；应用广泛冶金质量和热加工的产品质量的控制指标.测定AK和断口分析可分析夹杂、气泡、偏析等冶金缺陷;检查过热、过烧、回火脆性等缺陷测定韧脆转变温度.用于抗脆断设计.199精选课件ppt冲击弯曲试验:

大能量一次冲击破坏.实际工况:

小能量多次重复冲击而破坏.材料选择:

小能量多次重复冲击,主要取决于强度,不要求过高的冲击韧性,寿命长.例如:球墨铸铁的冲击韧性较低.

只要强度足够,可制造柴油机曲轴.200精选课件ppt3.4低温脆性及韧脆转变温度

低温脆性现象***:

bcc或hcp结构金属.中低强度结构钢.低于温度tk时,会由韧性状态转变为脆性状态,冲击吸收功明显下降,断口由纤维状变为结晶状.~

韧脆转变温度:转变温度tk201精选课件ppt低温脆性的影响低温脆性对压力容器、桥梁、船舶、低温下服役的机件影响显著.低温脆性:材料屈服强度随温度降低而急剧增加的结果.T>Tk先屈服后断裂

韧性断裂T<Tk

脆性断裂

c

s

ttk0202精选课件ppt韧脆转变温度**温度降低.屈服强度(

s或0.2)急剧增大,而塑性(、)和冲击吸收功(AK)急剧减小.韧脆转变温度:屈服强度急剧升高,或伸长率、断面收缩率、冲击功急剧减小的温度.~静拉伸试验、冲击弯曲试验可显示低温脆性倾向,测定韧性转变温度.

203精选课件ppt韧脆转变温度的测定低温下进行系列缺口试样冲击弯曲试验测定试样断裂消耗的功,或断后塑性变形量,或断口形貌随温度变化的曲线,确定tk.定义tk的方法:能量法和断口形貌.204精选课件ppt能量法T<tk时,金属吸收的冲击能量基本不随温度变化,“平台”称“低阶能”.将低阶能开始上升的温度为tk.记为NDT(无塑性转变温度)T>tk时,吸收能量基本不变,“平台”,称“高阶能”.对应的温度为tk记为FTP.低阶能和高阶能的平均值对应的温度为tk(FTE)205精选课件ppt断口形貌法冲击断口形貌:纤维区、放射区、剪切唇.

206精选课件ppt各区相对面积:温度下降,纤维区面积突然减少;结晶区面积突然增大,材料由韧变脆.FATT50或t50:随温度降低,结晶区面积百分比增大,材料变脆.结晶状断口面积50％时的温度:韧脆转化温度tk.

207精选课件ppt208精选课件ppt韧性指标:

AKtk(FTE、FATT50、NDT等)安全性指标:tk是选材的韧性依据之一.抗脆断设计.不直接用于零件的结构设计.209精选课件ppt最低工作温度应高于韧-脆转化温度.这是韧性的温度储备.大小取决于机件的重要程度.低温下服役的工件,根据tk确定最低使用温度.韧性温度储备:=t0-tk=40-60

oC.冲击载荷作用=60oC;不受冲击=20oC210精选课件ppt3.5影响冲击韧性和韧脆转变温度的因素

晶体结构体心立方金属如普通中、低强度钢存在低温脆性.

化学成分基体中的间隙溶质原子阻碍位错运动.提高

s.提高韧脆转变温度.Ni和Mn提高低温韧性,降低韧脆转变温度.

杂质元素S、P、As、Sn、Sb降低韧性.偏聚于晶界并产生沿晶断裂.211精选课件ppt显微组织***

细化晶粒使材料韧性增加,降低韧脆转变温度

类似于霍尔—派奇关系800-40tkd1/2212精选课件ppt金相组织韧性:马氏体高温回火>贝氏体回火>片状珠光体

(球化处理)韧性:下贝氏体>上贝氏体韧性:贝氏体和马氏体混合组织好于单一组织213精选课件ppt

e.温度***温度下降韧性降低

f.加载速率***

加载速率↑,脆性↑,韧脆转变温度tk↑g.试样形状带缺口、无缺口214精选课件ppt00.20.40.60.81.01.21.4c%

HB

bak215精选课件ppt小结概念:

冲击韧性;冲击韧度;低温脆性;韧脆转变温度原理:缺口试样冲击弯曲试验.***韧脆转变温度:确定方法韧脆转变温度的影响因素***韧性:Aktk(FTE、FATT50、NDT)216精选课件ppt测验说明以下力学性能指标的含义

s

0.2

bc

bb

bnNSRHBs

bAKUFATT50

217精选课件ppt第四章金属的断裂韧度4.1引言4.2裂纹扩展的基本形式4.3金属断裂韧度4.4断裂韧度KIC的测试4.5影响KIC的因素4.6断裂韧度的应用218精选课件ppt金属的失效形式:

断裂、磨损、腐蚀断裂:脆性断裂最危险.特点:（a）突然性或不可预见性；（b）低于屈服强度发生断裂；（c）宏观裂纹扩展引起.4.1引言219精选课件ppt机械设计:强度校核、刚度校核附加:塑性、韧度、缺口敏感度实际:高强度、中等强度钢的构件发生低应力脆性断裂.原因:宏观裂纹改变应力状态和分布,扩展220精选课件ppt工程上:常加大安全系数;浪费材料.

过于加大材料体积，不能防止断裂

传统力学

断裂力学断裂力学:裂纹尖端的应力和应变分析;建立新的断裂判据;断裂力学参量的计算与实验测定,断裂机制和提高材料断裂韧性的途径等.221精选课件ppt线弹性断裂力学分析裂纹的方法应力应变分析方法:裂纹尖端的应力场强度,得到断裂K判据*.能量分析方法:裂纹扩展时系统能量变化,转化平衡,得到断裂G判据.222精选课件ppt4.2裂纹扩展的基本形式张开型(I)**y

xz拉应力垂直于裂纹扩展面裂纹尖端三向拉应力.

最小.硬.最危险如轴的横向裂纹在轴向拉力作用下的扩展容器纵向裂纹在内压力下的扩展223精选课件ppt滑开型(II)切应力平行于裂纹面，与裂纹垂直如花键根部裂纹沿切向力的扩展

zxy224精选课件ppt撕开型(III)切应力平行于裂纹面,与裂纹线平行如轴的纵、横裂纹在扭矩作用下的扩展y

xz225精选课件ppt裂纹尖端附近应力场无限大板

I型裂纹线弹性体226精选课件ppt平面应力

z=0平面应变

z=

(

x+

y)227精选课件ppt裂纹尖端应力场、应力分析在裂纹延长线上

拉应力分量最大；切应力分量为0；裂纹最易沿X轴方向扩展.228精选课件ppt应力场强度因子KI***裂纹尖端附近的应力场与强度因子KI有关.KI各应力分量表示应力场的强弱程度,称应力场强度因子.Y裂纹形状系数,无量纲.1~2KI是决定于和a的复合力学参量或a.KI

229精选课件pptKI的单位:或230精选课件ppt4.3

金属断裂韧度KICKI决定应力场强弱的复合力学参量,推动裂纹扩展的动力,建立裂纹失稳扩展的力学判据和断裂韧度.KI增大到临界值时,裂纹尖端的应力达到了材料的断裂强度,裂纹便失稳扩展而导致断裂.

该临界或失稳状态的KI称KIC231精选课件ppt在临界状态下对应的平均应力,称断裂应力或断裂强度,

c对应的裂纹尺寸称临界裂纹尺寸,ac如果KIC则c或ac难以断裂KIC为材料抵抗断裂的能力232精选课件pptKI和

KIC的关系当应力增大到临界值

s时,材料发生屈服现象,s为屈服点.当应力场强度因子KI增大到临界值KIC时,材料断裂,KIC为断裂韧度.KI和对应,都是力学参量,只和载荷与试样尺寸有关,而和材料无关.KIC和s对应,都是力学性能指标,只和材料成分、组织结构有关,而和载荷与试样尺寸无关.233精选课件ppt断裂K判据***裂纹失稳扩展脆断的断裂K判据

KI<KIC有裂纹，但不会扩展KI=KIC临界状态KI>KIC发生裂纹扩展，直至断裂234精选课件pptII、III型裂纹的应力场强度因子235精选课件ppt有效裂纹及KI的修正

裂纹尖端塑性区存在,相当于增加裂纹长度,采用虚拟有效裂纹代替实际裂纹.当/s0.7时,KI变化明显,需要进行修正236精选课件ppt大件表面半椭圆裂纹平面应力平面应变KI的修正值公式237精选课件ppt裂纹扩展能量释放率G及断裂韧度GIC从能量转化角度讨论断裂能量判据、断裂韧度(a)裂扩展时能量转换关系238精选课件ppt(b)裂纹扩展能量释放率GI物理意义:GI为裂纹扩展单位长度时系统势能的变化率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.239精选课件ppt断裂韧度GIC和断裂GI判据失稳扩展而断裂,对应的平均应力σc;对应的裂纹尺寸acGI

GIC裂纹失稳扩展条件EaGICcc2sp=平面应力平面应变240精选课件pptGIC与KIC的关系241精选课件ppt4.4断裂韧度KIC的测试(1)试样(标准严格):三点弯曲、紧凑拉伸、C型拉伸、圆形紧凑拉伸试样242精选课件ppt裂纹尖端:平面应变和小范围屈服状态243精选课件ppt缺口：线切割预制裂纹：高频疲劳试验机l0.025W0.45a/W0.55244精选课件ppt(2)方法:弯曲、拉伸；传感器测量，绘出有关曲线.

(3)结果处理245精选课件ppt断裂韧度与常规力学性能指标的关系断裂韧度KIC与强度的关系规律:KIC随着强度的升高而降低.

断裂韧度与冲击韧性的关系

规律：KIC