1、金屬材料的斷裂韌性李慕姚小 結一、應力場強度因子一、應力場強度因子 1. 裂紋體的三種斷裂模式裂紋體的三種斷裂模式 2. 裂紋尖端應力場裂紋尖端應力場 3. 應力場強度因子應力場強度因子KI的物理意義的物理意義二、斷裂韌性的影響因素二、斷裂韌性的影響因素 1. 雜質雜質 2. 晶粒尺寸晶粒尺寸 3. 組織結構組織結構 4. 熱處理熱處理三、裂紋尖端塑性區及其修正三、裂紋尖端塑性區及其修正 1. 裂紋尖端塑性區大小裂紋尖端塑性區大小 2. 應力松弛對塑性區的影響應力松弛對塑性區的影響 3. 線彈性理論公式的修正線彈性理論公式的修正張開型I型正應力垂直于裂紋面擴展方向與正應力垂直壓力容器一、應力場

2、強度因子1、裂紋體的三種斷裂模式 （1）張開型 I型（2）滑開型II型（3）撕開型III型滑開型II型切應力平行于裂紋面擴展方向與切應力平行撕開型III型切應力平行于裂紋前緣擴展方向與切應力垂直I型裂紋最危險：缺口根部為三向應力狀態2、裂紋尖端應力場、裂紋尖端應力場應力場強度因子Y 裂紋形狀因子用線彈性斷裂力學分析3、應力場強度因子應力場強度因子KI的物理意義的物理意義 K KI I是衡量裂紋頂端應力場強烈程度的參量，決定是衡量裂紋頂端應力場強烈程度的參量，決定于應力水平、裂紋尺寸和形狀，是各因素在裂紋頂端產生于應力水平、裂紋尺寸和形狀，是各因素在裂紋頂端產生效果的綜合體現效果的綜合體現K K

3、ICIC斷裂韌性：裂紋失穩擴展的臨界狀態所對應的斷裂韌性：裂紋失穩擴展的臨界狀態所對應的應力場強度因子，表示對裂紋擴展的阻力，是材料本身固應力場強度因子，表示對裂紋擴展的阻力，是材料本身固有的性能有的性能 KC：平面應力狀態斷裂韌性 KIC：平面應變狀態斷裂韌性 斷裂判據：KI KICKI和KIC的區別： KI：裂紋前端應力場強度的度量KIC：材料阻止宏觀裂紋失穩擴展能力的度量 與裂紋大小、形狀和外加應力有關 與裂紋大小、形狀和外加應力無關 與材料成分、熱處理工藝等有關，是材料特性參數（1）含中心穿透裂紋的有限寬板 （2）緊湊拉伸試樣（3）單邊裂紋彎曲試樣 （4）體內橢圓裂紋（5）表面半橢圓裂

4、紋二、斷裂韌性的影響因素二、斷裂韌性的影響因素影響因素具體影響原理雜質和第二相夾雜物數量 KIC1. d夾雜物間距 d KIC2.雜質晶界偏聚： 晶界結合力KIC 晶粒尺寸晶粒尺寸 KIC晶粒尺寸，晶界面積1裂紋擴展阻力KIC2單位面積雜質含量KIC組織結構應力誘發相變鋼奧氏體板條馬氏體針狀馬氏體第二相特殊熱處理超高溫淬火，亞臨界區淬火，壓力加工和熱處理提高KIC細化晶粒外部因素影響因素具體影響溫度溫度 KIC 應變速率應變速率 KIC有絕熱效應 三、裂紋尖端塑性區及其修正三、裂紋尖端塑性區及其修正彈性應力場計算存在的問題：r0時，時，x、y、xy 線彈性力學不適用實際情況： 應力超過屈服強度

5、后，材料產生塑性變形公式修正： 塑性區很小時，修正后線彈性力學仍有效1、裂紋尖端塑性區大小、裂紋尖端塑性區大小平面應變狀態平面應變狀態= 0時時平面應力狀態平面應力狀態= 0時時表面塑性區大，平面應力狀態表面塑性區大，平面應力狀態中心塑性區小，平面應變狀態中心塑性區小，平面應變狀態米賽斯屈服判據米賽斯屈服判據2、應力松弛對塑性區的影響、應力松弛對塑性區的影響應力松弛效應：應力松弛效應： y達到達到ys以后，把高出的以后，把高出的應力部分傳遞給應力部分傳遞給r r0的區域，的區域，使使r0前方區域發生屈服前方區域發生屈服應力松弛結果：應力松弛結果： 屈服區域從屈服區域從r0擴大到擴大到R能量分析：能量分析：ABD等于等于BEHG平面應力狀態平面應力狀態平面應變狀態平面應變狀態應力松弛使得塑性區擴大應力松弛使得塑性區擴大1倍倍3、線彈性理論公式的修正、線彈性理論公式的修正修正方法：有效裂紋長度修正方法：有效裂紋長度修正思路：塑性區松弛彈性應力的作用等同于裂紋長度增加修正思路：塑性區松弛彈性應力的作用等同于裂紋長度增加后松弛彈性應力的作用后松弛彈性應力的作用有效裂紋長度有效裂紋長度平面應力狀態平面應力狀態平面應變狀態平面應變狀態應力場強度因子應力場強度因子有效裂紋與真實裂紋塑性區之外（有效裂紋