材料结构与性能(第二章力学性能断裂与强度)ppt课件.ppt

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1、断裂行为理论结合强度断裂理论第二章材料的力学性能脆性断裂与强度博学善建

2、厚德大成断裂是材料和机件主要的失效形式之一，其危害性极大，特别是脆性断裂，由于断裂前没有明显的预兆，往往会带来灾难性的后果。工程断裂事故的出现及其危害性使得人们对断裂问题非常重视。研究材料的断裂机理、断裂发生的力学条件以及影响材料断裂的因素，对于机械工程设计、断裂失效分析、材料研究开发等具有重要意义。断裂是一个物理过程，在不同的力学、物理和化学环境下会有不同的断裂形式，如疲劳断裂、蠕变断裂、腐蚀断裂等。断裂之后断口的宏观和微观特征与断裂的机理紧密相关。博学善

3、建

4、厚德大成2.4断裂的分类韧性断裂与脆性断裂这是根据材料断裂前塑性变形的程度进行的一种分类。韧性断裂是指材料断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂。这种断裂有一个缓慢的撕裂过程。在裂纹扩展过程中需要不断地消耗能量。由于韧性断裂前已经发生了明显的塑性变形，有一定的预警，所以其危害性不大。脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。通常，脆断前也产生微量塑性变形。一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5％者为脆性断裂，该材料即称为脆性材料；反之，大于5%者则为韧性材料。博学善建

5、厚德大成穿晶断裂与沿

6、晶断裂根据裂纹扩展路径进行的一种分类。穿晶断裂裂纹穿过晶内，沿晶断裂裂纹沿晶界扩展。博学善建

7、厚德大成穿晶断裂与沿晶断裂从宏观上看，穿晶断裂可以是韧性断裂（如室温下的穿晶断裂），也可以是脆性断裂（低温下的穿晶断裂），而沿晶断裂则多数是脆性断裂。沿晶断裂一般是晶界被弱化造成的断裂。相变时产生的领先相如脆性的碳化物、很软的铁素体等沿晶界分布可以使晶界弱化；杂质元素磷、硫等向晶界偏聚也可以引起晶界弱化。应力腐蚀、氢脆、回火脆性、淬火裂纹、磨削裂纹等都是沿晶断裂。博学善建

8、厚德大成解理断裂、纯剪切断裂和微孔聚集型断裂按断裂的晶体学特征分

9、类解理断裂是材料（晶体）在一定条件下(如低温)，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂。因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。解理面一般是低指数晶面或表面能最低的晶面。剪切断裂是材料在切应力作用下，沿滑移面分离而造成的滑移面分离断裂，其中又分滑断（纯剪切断裂）和微孔聚集型断裂。微孔聚集断裂是通过微孔形核长大聚合而导致材料分离的。由于实际材料中常同时形成许多微孔，通过微孔长大互相连接而最终导致断裂，故常用金属材料一般均产生这类性质的断裂，如低碳钢室温下的拉伸断裂。博学善建

10、厚德大成正断和切断

11、按断裂面的取向可以将断裂分为正断和切断。正断型断裂的断口与最大正应力相垂直，常见于解理断裂或约束较大的塑性变形的场合。切断型断裂的宏观断口的取向与最大切应力方向平行，而与主应力约成450角。切断常发生于塑性变形不受约束或约束较小的情况，如拉伸断口上的剪切唇等。博学善建

12、厚德大成A博学善建

13、厚德大成2.5断口的宏观特征材料或构件受力断裂后的自然表面称为断口。断口可以分为宏观断口和微观断口:宏观断口指用肉眼或20倍以下的放大镜观察的断口，它反映了断口的全貌；微观断口是指用光学显微镜或扫描电镜观察的断口。通过对断口微观特征的分析可以揭

14、示材料断裂的本质。博学善建

15、厚德大成光滑圆柱拉伸试样的宏观韧性断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，这就是断口特征的三要素。博学善建

16、厚德大成韧性断裂的宏观断口同时具有上述三个区域，而脆性断口纤维区很小，几乎没有剪切唇。上述断口三区域的形态、大小和相对位置会因试样形状、尺寸和材料的性能，以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化。一般来说，材料强度提高，塑性降低，则放射区比例增大；试样尺寸加大，放射区增大明显，而纤维区变化不大；试样表面存在缺口不仅改变各区所占比例，而且裂纹形核位置将在表面产生。博学善建

17、厚德大成§

18、2-6脆性断裂现象博学善建

19、厚德大成断裂现象脆性断裂的断裂面博学善建

20、厚德大成船身断裂，一分为二的Schenectady号油轮博学善建

21、厚德大成垮塌后的彩虹桥博学善建

22、厚德大成断裂现象分类:金属类：先是弹性形变，然后塑性形变，直至断裂高分子类：先是弹性形变（很大），然后塑性形变，直至断裂无机材料：先是弹性形变（较小），然后不发生塑性形变（或很小）而直接脆性断裂博学善建

23、厚德大成脆性断裂的特点断裂前无明显的预兆断裂处往往存在一定的断裂源由于断裂源的存在，实际断裂强度远远小于理论强度博学善建

24、厚德大成脆性断裂的微观过程突发性裂纹扩展

25、裂纹的缓慢生长博学善建

26、厚德大成磨损摩擦硬度机械冲击化学腐蚀耐热性热疲劳热冲击断裂强度材料的强度强度理论光学材料多孔质材料高温材料结构材料玻璃水泥耐火材料复合材料电子电器材料生物材料耐摩擦材料耐磨损材料工具材料气孔、晶粒、杂质、晶界(大小、形状、分布)等宏观缺陷