9-材料力学性能121217

复习:材料的断裂断裂：裂纹的形成与扩展脆性断裂与韧性断裂断口形貌不同，机理不同。脆性：裂纹沿晶或穿晶扩展，消耗能量少，快速断裂。韧性：韧窝。有位错运动。堆积→微孔→裂纹源→扩展。耗能大。影响韧性断裂的因素基体第二相韧-脆转变机理是什么？影响因素有哪些？（外因？内因？）冲击韧性ak（缺口冲击试验）材料韧性、脆性的简单试验方法；材料缺陷判断；Tc测定表

几种材料的强度、塑性和冲击韧性指标材料屈服强度(MPa)≥抗拉强度(MPa)≥伸长率(%)≥断面收缩率(%)≥aK(J/cm2)≥Ag3512550//Al15~2040~5050~70//Cu33.320960//Q2351953202243/45调质35065017384520CrMnTi渗碳淬回78498010507865Mn淬火回火800100083044GCr15淬火回火16672157///GCr15退火3535881045/3Cr13淬火回火5407351240291Cr18Ni9Ti固溶2065394055/获得及含义？弹性指标E和

e，We塑性指标δ、ψ强度指标

b，

s，

0.2韧性指标？韧脆转变指标？断裂的难易程度？断裂韧性KIc第五章材料的断裂五、断裂韧性KIc表达材料中存在裂纹时，断裂难易程度的力学性能指标Griffth理论：适合脆性材料强度低的金属，塑性好，不易断裂对高强度金属有要求---更轻、省资源会发生异常断裂

0.2=1400MPa超高强度钢，导弹发动机壳体韧性合格，点火后脆断低于屈服强度的应力作用下发生脆断“断裂力学”存在裂纹的材料，研究裂纹尖端的应力和应变杨卫第五章材料的断裂五、断裂韧性KIc1、应力强度因子KI裂纹扩展三种基本形式张开型(I)、滑开型(II)、撕开型(III)I型最危险，易引起脆性断裂，研究主要对象欧文研究结果裂纹尖端任一点的应力和位移取决于：位置(r,

)、材料的弹性常数和参量KI外加应力裂纹长度五、断裂韧性KIc1、应力强度因子KI欧文研究结果：存在某一常数KI裂纹体材料一定、则裂纹尖端某确定位置的应力唯一地取决于KIKI越大，该点应力值越大。反映了裂纹尖端区域应力场的强度KI值可查手册。单位：MPam1/2中国航空研究院等:应力强度因子手册，北京，科学出版社，(1981)不同零部件形状、不同裂纹形状等五、断裂韧性KIc2、断裂韧性KIc应力

、裂纹长度a单独或共同↑，KI增大，裂纹尖端应力大KI达某一临界值，裂纹尖端足够大的范围内，应力达断裂强度→裂纹失稳扩展，材料断裂KI临界值记作KIc，称断裂韧性它是具有I型裂纹的材料断裂韧性指标KIc=Y

c

Y：裂纹形状系数1~2；

c：临界应力；ac：临界裂纹长度材料的KIc越高，

c或ac可以大些，断裂难材料内部存在裂纹时抵抗断裂的能力与材料的成分、组织结构有关裂纹失稳扩展断裂的判据：

KI≥KIc 或：即使有裂纹，若KI＜KIc则不断，“破损安全”由材料KIc和受应力，可算允许最大裂纹由材料KIc和裂纹尺寸，可算最大承载力表几种材料的断裂韧性材料断裂韧性MPam1/2碳素钢＞200马氏体时效钢93NdFeB永磁材料3.73Si3N45~6SiC4~6Al2O33.5~5ZrO2-Y2O38~15硬质合金YG89.5Al2O3-TiC-Co6~9排骨5.9~8.5木材4.8~9.7Y

≥KIc2、断裂韧性KIcKIc=Y

c

3、断裂韧性的测定（1）试样

紧凑拉伸试样（金属）或三点弯曲试样（陶瓷）预先测出试样的屈服强度，估计KIc值先确定试样厚度B，再确定宽W和长L线切割开缺口，然后疲劳预制裂纹（2）试验：弯曲试验获得载荷P与裂纹张开位移V的关系断裂时的力P，断后测裂纹长a（预制长）求PQ：裂纹失稳扩展时的临界载荷（如图）（3）结果PQ及a代入KI计算式，算出K并进行有效性检验符合要求的K值为KIc3、断裂韧性的测定新方法：显微硬度压痕法

压头作用，产生裂纹根据裂纹形状和长度，通过材料力学模型计算出KIc优点：方便，缺点：微区的断裂韧性半月状裂纹巴氏裂纹维氏压头产生的裂纹种类韧性低的材料韧性高的材料高载荷时低载荷时E：弹性模量H：显微硬度P：载荷C：裂纹长度：常数,0.018影响KIc的因素如何提高KIc

？什么材料需要提高KIc？铸造铝合金A356.0断裂韧性研究---2008测定了A356.0铝合金铸件断裂韧性,KIC=18.5MPa·m1/2断口观察和能谱分析表明：断口脆性特征明显，宏观铸造缺陷对其断裂韧性造成很大影响

脆性、高强度材料研究较多六、陶瓷增韧1、机理减少裂纹形成抑制裂纹的扩展2、减少裂纹形成的方法减少材料中的缺陷（陶瓷致密度）表面压应力3、抑制裂纹扩展的方法（1）陶瓷与金属复合的增韧裂纹尖端钝化金属塑变、开裂吸收能量，裂纹尖端应力松弛表

几种材料的断裂韧性材料断裂韧性MPam1/2Si3N45~6SiC4~6Al2O33.5~5ZrO2-Y2O38~15硬质合金YG89.5Al2O3-TiC-Co6~9如何将金属加入陶瓷？金属为第二相：性质、含量、大小、形状、分布六、陶瓷增韧3、抑制裂纹扩展的方法（2）相变增韧：ZrO2相变高温正方晶体（T相）

室温单斜晶体（M相）马氏体相变，体积膨胀3~5%冷却中，ZrO2室温下保持四方晶相材料受外力作用，ZrO2发生相变吸收能量，体积膨胀Y2O3稳定ZrO2纳米ZrO2增韧（微米+纳米ZrO2）1170℃六、陶瓷增韧3、抑制裂纹扩展的方法（3）微裂纹增韧（热膨胀失配）改变裂纹扩展方向（4）晶须增韧拔出机制:摩擦力，拉断晶须消耗能