《金属的断裂》PPT课件

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1、５．金属的断裂本章重点：*研究金属在塑性变形时裂纹发生和发展的规律性*变形条件对金属断裂的影响*塑性加工中金属的断裂5.1断裂的基本类型弹性变形→塑性变形→断裂1．脆性断裂在正应力作用下，物体极快地沿解理面发生断裂解理面一般指晶面指数较低的面脆性解理断裂的裂纹传播速度可达1030m/s特点：①裂口生成、发展均很快断裂前没有明显的塑性变形，ε＜5%②断口平整（破断面和拉应力接近于正交）有金属光泽断口⊥σmax断口沿解理面在电镜下可看到解理亮面二种情况：沿解理面的穿晶断裂——河流状、舌状花纹沿晶界的晶间断裂——冰糖状、颗粒状穿晶断裂——

2、断裂时裂纹发展穿过晶粒内部(韧断)晶间断裂——断裂时裂纹发展沿着晶界(脆断)2．韧性断裂在切应力作用下，先产生一定量的塑性变形，然后断裂。特点：①裂口生成、发展均很慢断裂前能产生显著的塑性变形②断口粗糙、无光泽，呈暗灰色纤维状电子显微镜下可看到韧窝、撕裂岭韧性断裂的断口具体表现形式有：低塑性材料：切变断裂断口∥τmax断裂面即是滑移面如：密排六方的金属单晶高塑性材料：拉缩成一点断开如：Au、Pb、Fe等单晶体一般塑性材料：断口呈杯锥状杯锥状断口双杯锥状断口钢与合金纯金属断口韧性断裂主要表现为穿晶断裂5.2裂缝的生成和发展一．理论断裂

3、强度概念：理想晶体在正应力作用下沿某一原子面被拉断时的断裂强度主要取决于原子间结合力对断裂的抗力X＜ac时，随外力↑(X↑)，结合力↑X＞ac时，随外力↑(X↑)，结合力↓→0最后导致断裂X＝ac时，原子间结合力最大σmXac原子间作用力与原子间距(X)的关系σm当外力P使得σ＞σm时，导致晶体断裂称σm为理论断裂强度σm的估算公式：σm=(E·γ/a)1/2E——弹性模量γ——单位面积的表面能a——原子面间距一般金属材料：σm≈2000kg/mm2与实际情况不附二．Griffith理论1．理论的引出假设：在实际晶体中存在各种缺陷(

4、微裂口)，在外力作用下，缺陷端部产生很大的应力集中，在平均应力未达到σm时，缺陷处的应力集中已超过σm，使裂口得以逐步发展，结果导致实际断裂强度大为下降。Griffith认为，对于一定尺寸的裂口存在一个临界应力值σc当σ＜σc时，裂口不能扩大当σ＞σc时，裂口迅速扩大，导致断裂２．Griffith公式(临界应力公式)设有一块薄板，厚度=1个单位，内有一椭圆形裂口，小裂口长度为2c薄板受均匀的拉应力σ作用e——裂口扩展所需的能e=e1+e2e1——裂口扩展所降低的弹性能e2——裂口扩展所增加的表面能e1=单位体积弹性能×裂口总体积裂口

5、所松驰的弹性能可近似看作形成直径为2c的无应力区域所释放的能量粗略估计值：e1≈－1/2σ·ε×πc2=－πc2σ2/2E更精确计算出的值为粗略估计值的二倍，即：e1=－πc2σ2/Ee2=单位面积表面能×裂口总面积=4cγe=4cγ－πc2σ2/E讨论c＜ckc↑、e↑c＞ckc↑、e↓ck：裂口扩展临界长度裂口传播的条件裂口的长度对应于能量e=e1+e2的极大值，裂口就可自发的扩展emaxde/dc=04γ－2πσ2c/E=0裂口传播的临界拉应力为：σc=(2Eγ/πc)1/2≈(Eγ/c)1/2Griffith公式σ＞σc时，

6、裂口才能扩展c↑、σc↓裂口长度越大，所需临界应力越小Griffith理论较适合于非晶体和脆性材料该理论的不完善性：未能反映塑性变形在断裂中的作用Griffith-Orowan修正公式：σc={E(γ+γp)/c}1/2≈(Eγp/c)1/2γp：裂缝扩展时单位面积所需的塑性功γ＜＜γp，γ可忽略不计三．裂口形核机理基本思想：位错理论在外力作用下，刃型位错的合并可构成裂口的胚芽几种具体机理：1．位错塞积机理位错沿某一滑移面移动受阻，在障碍物前塞积，产生极大的应力集中，形成裂口2．位错反应机理二位错发生反应生成不易移动的新位错，使位错

7、塞积，产生大的应力集中，形成裂口3．位错消毁机理在两个滑移面间距h＜10个原子层的滑移面上，有着不同号的刃型位错，在切应力作用下，它们相遇、相消，产生孔穴，剩余的同号刃型位错进入穴中，造成严重的应力集中，形成裂口4．位错墙侧移机理由于位错墙一部分侧移，使滑移面产生弯折，形成裂口结论：刃型位错合并、堆积→应力集中→断裂源→达到σc条件→裂口扩展→脆断5.3韧性断裂的裂口形成与发展一．韧性断裂的形成过程均匀拉伸产生细颈在三向拉应力微孔合并长大作用下产生微孔形成小裂口裂口沿垂直于拉伸方向扩展，接近表面沿τmax方向断裂形成杯锥状↑↓二．微

8、孔的形成研究表明，微孔主要在析出物、夹杂物等第二相粒子的地方形成产生微孔的机理1．杂质与基体界面发生剥离这是由变形不协调产生的杂质引起应力集中现象，产生微孔2．杂质本身的破碎3．因位错塞积，造成应力集中，形成微裂纹三．裂口的发展与修复