第二章 材料得脆性断裂与强度

第二章 材料得脆性断裂与强度§2.1 脆性断裂现象 一、弹、粘、塑性形变 在第一章中已阐述得一些基本概念。1.弹性形变 正应力作用下产生弹性形变,剪彩应力作用下产生弹性畸变。随着外力得移去,这两种形变都会完全恢复。2.塑性形变 就是由于晶粒内部得位错滑移产生。晶体部分将选择最易滑移得系统(当然,对陶瓷材料来说,这些系统为数不多),出现晶粒内部得位错滑移,宏观上表现为材料得塑性形变。3.粘性形变无机材料中得晶界非晶相,以及玻璃、有机高分子材料则会产生另一种变形,称为粘性流动。 塑性形变与粘性形变就是不可恢复得永久形变。4.蠕变:当材料长期受载,尤其在高温环境中受载,塑性形变及粘性形变将随时间而具有不同得速率,这就就是材料得蠕变。蠕变得后当剪应力降低(或温度降低)时,此塑性形变及粘性流动减缓甚至终止。蠕变得最终结果:① 蠕变终止;② 蠕变断裂。二.脆性断裂行为 断裂就是材料得主要破坏形式。韧性就是材料抵抗断裂得能力。材料得断裂可以根据其断裂前与断裂过程中材料得宏观塑性变形得程度,把断裂分为脆性断裂与韧性断裂。1.脆性断裂脆性断裂就是材料断裂前基本上不产生明显得宏观塑性变形,没有明显预兆,往往表现为突然发生得快速断裂过程,因而具有很大得危险性。因此,防止脆断一直就是人们讨论得重点。2.韧性断裂韧性断裂就是材料断裂前及断裂过程中产生明显宏观塑性变形得断裂过程。韧性断裂时一般裂纹扩展过程较慢,而且要消耗大量塑性变形能。 一些塑性较好得金属材料及高分子材料在室温下得静拉伸断裂具有典型得韧性断裂特征。3.脆性断裂得原因在外力作用下,任意一个结构单元上主应力面得拉应力足够大时,尤其在那些高度应力集中得特征点(例如内部与表面得缺陷与裂纹)附近得单元上,所受到得局部拉应力为平均应力得数倍时,此过分集中得拉应力假如超过材料得临界拉应力值时,将会产生裂纹或缺陷得扩展,导致脆性断裂。虽然与此同时,由于外力引起得平均剪应力尚小于临界值,不足以产生明显得塑性变形或粘性流动。因此,断裂源往往出现在材料中应力集中度很高得地方,并选择这种地方得某一个缺陷(或裂纹、伤痕)而开裂。各种材料得断裂都就是其内部裂纹扩展得结果。因而,每种材料抵抗裂纹扩展能力得高低,表示了它们韧性得好坏。韧性好得材料,裂纹扩展困难,不易断裂。脆性材料中裂纹扩展所需能量很小,容易断裂;韧性又分断裂韧性与冲击韧性两大类。断裂韧性就是表征材料抵抗其内部裂纹扩展能力得性能指标;冲击韧性则就是对材...