1、金屬材料的斷裂韌性李慕姚小 結(jié)一、應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子一、應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)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(yīng)力場(chǎng)裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng) 3. 應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)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(zhì)雜質(zhì) 2. 晶粒尺寸晶粒尺寸 3. 組織結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu) 4. 熱處理熱處理三、裂紋尖端塑性區(qū)及其修正三、裂紋尖端塑性區(qū)及其修正 1. 裂紋尖端塑性區(qū)大小裂紋尖端塑性區(qū)大小 2. 應(yīng)力松弛對(duì)塑性區(qū)的影響應(yīng)力松弛對(duì)塑性區(qū)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(yīng)力垂直于裂紋面擴(kuò)展方向與正應(yīng)力垂直壓力容器一、應(yīng)力場(chǎng)

2、強(qiáng)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(yīng)力平行于裂紋面擴(kuò)展方向與切應(yīng)力平行撕開型III型切應(yīng)力平行于裂紋前緣擴(kuò)展方向與切應(yīng)力垂直I型裂紋最危險(xiǎn)：缺口根部為三向應(yīng)力狀態(tài)2、裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)、裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子Y 裂紋形狀因子用線彈性斷裂力學(xué)分析3、應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)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(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)烈程度的參量，決定是衡量裂紋頂端應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)烈程度的參量，決定于應(yīng)力水平、裂紋尺寸和形狀，是各因素在裂紋頂端產(chǎn)生于應(yīng)力水平、裂紋尺寸和形狀，是各因素在裂紋頂端產(chǎn)生效果的綜合體現(xiàn)效果的綜合體現(xiàn)K K

3、ICIC斷裂韌性：裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的臨界狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的斷裂韌性：裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的臨界狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子，表示對(duì)裂紋擴(kuò)展的阻力，是材料本身固應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子，表示對(duì)裂紋擴(kuò)展的阻力，是材料本身固有的性能有的性能 KC：平面應(yīng)力狀態(tài)斷裂韌性 KIC：平面應(yīng)變狀態(tài)斷裂韌性 斷裂判據(jù)：KI KICKI和KIC的區(qū)別： KI：裂紋前端應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度的度量KIC：材料阻止宏觀裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展能力的度量 與裂紋大小、形狀和外加應(yīng)力有關(guān) 與裂紋大小、形狀和外加應(yīng)力無(wú)關(guān) 與材料成分、熱處理工藝等有關(guān)，是材料特性參數(shù)（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(nèi)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(zhì)和第二相夾雜物數(shù)量 KIC1. d夾雜物間距 d KIC2.雜質(zhì)晶界偏聚： 晶界結(jié)合力KIC 晶粒尺寸晶粒尺寸 KIC晶粒尺寸，晶界面積1裂紋擴(kuò)展阻力KIC2單位面積雜質(zhì)含量KIC組織結(jié)構(gòu)應(yīng)力誘發(fā)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(qū)淬火，壓力加工和熱處理提高KIC細(xì)化晶粒外部因素影響因素具體影響溫度溫度 KIC 應(yīng)變速率應(yīng)變速率 KIC有絕熱效應(yīng) 三、裂紋尖端塑性區(qū)及其修正三、裂紋尖端塑性區(qū)及其修正彈性應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算存在的問題：r0時(shí)，時(shí)，x、y、xy 線彈性力學(xué)不適用實(shí)際情況： 應(yīng)力超過(guò)屈服強(qiáng)度

5、后，材料產(chǎn)生塑性變形公式修正： 塑性區(qū)很小時(shí)，修正后線彈性力學(xué)仍有效1、裂紋尖端塑性區(qū)大小、裂紋尖端塑性區(qū)大小平面應(yīng)變狀態(tài)平面應(yīng)變狀態(tài)= 0時(shí)時(shí)平面應(yīng)力狀態(tài)平面應(yīng)力狀態(tài)= 0時(shí)時(shí)表面塑性區(qū)大，平面應(yīng)力狀態(tài)表面塑性區(qū)大，平面應(yīng)力狀態(tài)中心塑性區(qū)小，平面應(yīng)變狀態(tài)中心塑性區(qū)小，平面應(yīng)變狀態(tài)米賽斯屈服判據(jù)米賽斯屈服判據(jù)2、應(yīng)力松弛對(duì)塑性區(qū)的影響、應(yīng)力松弛對(duì)塑性區(qū)的影響應(yīng)力松弛效應(yīng)：應(yīng)力松弛效應(yīng)： y達(dá)到達(dá)到y(tǒng)s以后，把高出的以后，把高出的應(yīng)力部分傳遞給應(yīng)力部分傳遞給r r0的區(qū)域，的區(qū)域，使使r0前方區(qū)域發(fā)生屈服前方區(qū)域發(fā)生屈服應(yīng)力松弛結(jié)果：應(yīng)力松弛結(jié)果： 屈服區(qū)域從屈服區(qū)域從r0擴(kuò)大到擴(kuò)大到R能量分析：能量分析：ABD等于等于BEHG平面應(yīng)力狀態(tài)平面應(yīng)力狀態(tài)平面應(yīng)變狀態(tài)平面應(yīng)變狀態(tài)應(yīng)力松弛使得塑性區(qū)擴(kuò)大應(yīng)力松弛使得塑性區(qū)擴(kuò)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(zhǎng)度修正方法：有效裂紋長(zhǎng)度修正思路：塑性區(qū)松弛彈性應(yīng)力的作用等同于裂紋長(zhǎng)度增加修正思路：塑性區(qū)松弛彈性應(yīng)力的作用等同于裂紋長(zhǎng)度增加后松弛彈性應(yīng)力的作用后松弛彈性應(yīng)力的作用有效裂紋長(zhǎng)度有效裂紋長(zhǎng)度平面應(yīng)力狀態(tài)平面應(yīng)力狀態(tài)平面應(yīng)變狀態(tài)平面應(yīng)變狀態(tài)應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子有效裂紋與真實(shí)裂紋塑性區(qū)之外（有效裂紋