金属断口分析教案

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1、金属断口分析教案备课本课程名称课时数适用班级授课教师使用时间冶金工程学院冶金工程学院备课纸《金属断口分析》课程授课教案课程编号：课程名称：金属断口分析课程总学时/学分：24/1.5（其中理论24学时，实验0学时，课程设计0周）适用专业：金属材料一、课程地位机械产品失效分析是一门新的跨学科的综合性技术，在一些国家中已将它作为一门新的独立学科加以研究和发展。本课程的教学目的在于让学生了解失效分析中经常涉及的断裂力学基本知识，金属材料断裂的分类,断口分析技术及典型断裂：延性断裂、解理断裂、准解理断裂、疲劳断裂、氢脆断裂、应

2、力腐蚀断裂及其它断裂断口的宏观、微观特征，断裂失效机理及影响因素。二、教材及主耍参考资料[1]崔约贤.金属断口分析[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社.1998.[2]吴连生.失效分析技术[M].成都：四川科学技术出版社.1985.三、课时分配四、考核方式与成绩核定办法1.考核方式：闭卷考试2.成绩核定办法：总分=70%X考试成绩+30%X平时成绩1冶金工程学院备课纸五、授课方案2冶金工程学院备课纸3冶金工程学院备课纸4冶金工程学院备课纸5冶金工程学院备课纸6冶金工程学院备课纸7冶金工程学院备课纸8冶金工程学院备课纸

3、冶金工程学院备课纸第一章金属的断裂1.1断裂的分类1.1.1脆性断裂和延伸断裂：根据宏观现象分脆性断裂：1)•裂纹源：材料表面、内部的缺陷、微裂纹；2).裂纹扩展所需应力：较低<屈服应力；3)•塑性变形：少或无；4).断口：平齐、与正应力相垂直。延性断裂：1)•裂纹源：孔穴的形成和合并；2)•塑性变形：较大；3).断口：无光泽的纤维状、剪切面断裂、与拉伸轴线成45。・1.1.2穿晶断裂与沿晶断裂：根据断裂扩展途径的不同来分穿晶断裂：裂纹穿过晶粒内部、可能为脆性断裂也可能是延性断裂；沿晶断裂：裂纹沿着晶界扩展，多

4、属脆断。1.1.3韧窝、解理(及准解理)、沿晶和疲劳断裂：根据微观断裂的机制上分1.1.4正断、切断：根据断面的宏观取向与最人正应力的交角正断：断曲取向与最大正应力相垂直切断：断面取向与最大切应力相一致，与最大应力成45o交角1.2材料的韧性及断裂力学简介1.2.1.材料的韧性：反映材料抗脆断能力的新指标概念：材料从变形到断裂过程中吸收能量的大小，是材料强度和塑性的综合反映。韧性的实验测定：冲击韧性：冲击过程中材料吸收的功除以断的血积。10冶金工程学院备课纸1.2.2.断裂力学：（脆断）以线弹性理论为基础裂纹尺寸与断

5、裂强度的关系Klc??c?Y?a:材料的断裂韧性，反映材料抗脆性断裂的物理常量（不同于应力强度因子，与K准则相似）:断裂应力（剩余强度）a：裂纹深度（长度）Y：形状系数（与试样几何形状、载荷条件、裂纹位置有关）应力场强度分析与断裂韧性：根据裂纹尖端应力分布的不同，主要可分为三类裂纹变形：I型：裂纹张开型II型：边缘滑开型（正向滑开型）III型：侧向滑开型（撒开型）在平面应力、应变条件下有（I型）::应力强度因子KN•mn-3/2a：裂纹半长Y：裂纹形状系数K准则：当裂纹有缓慢扩展过渡到迅速扩展的瞬间，应力强度因子达到

6、一个临界值KIC（以无限大板穿透裂纹为例）K????YaK???c??a?KIC即为：脆性断裂的K准则KIC：材料常数，材料的平面应变断裂韧度KI是由载荷及裂纹体的形状和尺寸决定的量，是表征11冶金工程学院备课纸裂纹尖端应力场强度的计算量；KIC是材料固有的机械性能参量，是表示材料抵抗脆断能力的试验量。II型、III型裂纹的应力强度因子：K?????aK??????aII型、III型裂纹的失稳扩展条件：K???K??CK12冶金工程学院备课纸第二章断口分析技术2.1裂纹源位置的判别2.1.1T型法如果在一个零件，型，

7、如图2.1示，在通常情况下横穿裂纹A为首先开裂。因为在同一零件上后产生的裂纹不可能穿越原有裂纹扩展，裂纹扩展方向平行于A裂纹。裂源位置在裂源区的裂纹较宽、较深。A为主裂纹,B为二次裂纹为裂纹源。2.1.2分叉法:零件断裂过程中常常产生许多分叉，通常情况下裂纹分叉的方向为裂纹扩展方向，扩展的反方向指向裂源位置。裂源在主裂纹上，一般情况下主裂纹宽而长。见图2.2图2.2分叉法示意图13冶金工程学院备课纸2.3.1变形法：延性断裂的零件在断裂过程中发生变形后碎成几块，将碎片拼合后变形盆大的部份为主裂纹，裂纹源在主裂纹所形成

8、的断口上，见图2.3。图中A为主裂纹，B,C为二次裂纹。14冶金工程学院备课纸2.2断口试样制备技术2.2.1断口的截取a・在打开裂纹之前，要对零件的断裂部位进行拍照。照片要包括零件全貌及宏观细节放大。要求所拍照片主题明确、轮廓清楚、立体感强、没有多余的阴影。b.打开裂纹：在分析判断裂源位置及裂纹扩展方向后，一般都是沿着裂纹扩展方向将裂纹打开形