1、复习:材料的断裂n断裂：裂纹的形成与扩展n脆性断裂与韧性断裂o 断口形貌不同，机理不同。o 脆性：裂纹沿晶或穿晶扩展，消耗能量少，快速断裂。o 韧性：韧窝。有位错运动。堆积微孔裂纹源扩展。耗能大。o 影响韧性断裂的因素n基体n第二相n韧-脆转变o 机理是什么？o 影响因素有哪些？（外因？内因？）n冲击韧性ak（缺口冲击试验）o 材料韧性、脆性的简单试验方法；材料缺陷判断；Tc测定表 几种材料的强度、塑性和冲击韧性指标材料屈服强度(MPa)抗拉强度(MPa)伸长率(%)断面收缩率(%)aK(J/cm2)Ag3512550/Al152040505070/Cu33.320960/Q235195320
2、2243/45调质35065017384520CrMnTi渗碳淬回78498010507865Mn淬火回火800100083044GCr15淬火回火16672157/GCr15退火3535881045/3Cr13淬火回火5407351240291Cr18Ni9Ti固溶2065394055/获得及获得及含义？含义？o弹性指标nE和e，Weo塑性指标n、o强度指标nb，s，0.2o韧性指标n？o韧脆转变指标n？o断裂的难易程度？n断裂韧性 KIc第五章 材料的断裂五、断裂韧性 KIco表达材料中存在裂纹时，断裂难易程度的力学性能指标nGriffth理论：适合脆性材料n强度低的金属，塑性好，不易断裂
3、n对高强度金属有要求-更轻、省资源o 会发生异常断裂o0.2=1400MPa超高强度钢，导弹发动机壳体o 韧性合格，点火后脆断o 低于屈服强度的应力作用下发生脆断n“断裂力学”o 存在裂纹的材料，研究裂纹尖端的应力和应变杨卫第五章 材料的断裂五、断裂韧性 KIc1、应力强度因子KIn裂纹扩展三种基本形式o 张开型(I)、滑开型(II)、撕开型(III)nI 型最危险，易引起脆性断裂，研究主要对象n欧文研究结果o 裂纹尖端任一点的应力和位移取决于：位置(r,)、材料的弹性常数和参量KIIKa 外加应力外加应力裂纹长度裂纹长度五、断裂韧性 KIc1、应力强度因子KIn欧文研究结果：存在某一常数KI
4、n裂纹体材料一定、则裂纹尖端某确定位置的应力唯一地取决于KInKI越大，该点应力值越大。反映了裂纹尖端区域应力场的强度nKI值可查手册。单位：MPa m1/2IKa 中国航空研究院等:应力强度因子手册，北京，科学出版社，(1981)不同零部件形状、不同裂纹形状等五、断裂韧性 KIc2、断裂韧性KIcn应力、裂纹长度a单独或共同，KI增大，裂纹尖端应力大nKI达某一临界值，裂纹尖端足够大的范围内，应力达断裂强度 裂纹失稳扩展，材料断裂nKI临界值记作KIc，称断裂韧性n它是具有 I 型裂纹的材料断裂韧性指标KIc=Y c caY：裂纹形状系数：裂纹形状系数 12；c：临界应力；临界应力；ac：临
5、界裂纹长度临界裂纹长度IKa n材料的KIc越高，c或ac可以大些，断裂难n材料内部存在裂纹时抵抗断裂的能力n与材料的成分、组织结构有关 裂纹失稳扩展断裂的判据：KIKIc 或：n即使有裂纹，若KIKIc则不断，“破损安全”o由材料KIc和受应力，可算允许最大裂纹o由材料KIc和裂纹尺寸，可算最大承载力表 几种材料的断裂韧性材料断裂韧性MPa m1/2碳素钢200马氏体时效钢93NdFeB永磁材料3.73Si3N456SiC46Al2O33.55ZrO2-Y2O3815硬质合金YG89.5Al2O3-TiC-Co69排骨5.98.5木材4.89.7Y KIca2、断裂韧性KIcKIc=Y c
6、ca3、断裂韧性的测定（1）试样 紧凑拉伸试样（金属）或三点弯曲试样（陶瓷）n预先测出试样的屈服强度，估计KIc值n先确定试样厚度B，再确定宽W和长Ln线切割开缺口，然后疲劳预制裂纹（2）试验：弯曲试验n获得载荷P与裂纹张开位移V的关系n断裂时的力P，断后测裂纹长 a（预制长）n求PQ：裂纹失稳扩展时的临界载荷（如图）（3）结果nPQ及a 代入KI计算式，算出K并进行有效性检验n符合要求的K值为KIc3、断裂韧性的测定 新方法：显微硬度压痕法 压头作用，产生裂纹 根据裂纹形状和长度，通过材料力学模型计算出KIc 优点：方便，缺点：微区的断裂韧性半月状裂纹 巴氏裂纹维氏压头产生的裂纹种类韧性低的
7、材料 韧性高的材料高载荷时 低载荷时E：弹性模量H：显微硬度P：载荷C：裂纹长度：常数,0.018o 影响KIc的因素n如何提高KIc？n什么材料需要提高KIc？o 铸造铝合金A356.0断裂韧性研究-2008n 测定了A356.0铝合金铸件断裂韧性,KIC=18.5 MPam1/2n 断口观察和能谱分析表明：断口脆性特征明显，宏观铸造缺陷对其断裂韧性造成很大影响 脆性、高强度材料研究较多脆性、高强度材料研究较多六、陶瓷增韧1、机理n减少裂纹形成n抑制裂纹的扩展2、减少裂纹形成的方法 减少材料中的缺陷（陶瓷致密度）表面压应力3、抑制裂纹扩展的方法（1）陶瓷与金属复合的增韧o裂纹尖端钝化o金属塑
8、变、开裂吸收能量，裂纹尖端应力松弛表 几种材料的断裂韧性材料断裂韧性MPa m1/2Si3N456SiC46Al2O33.55ZrO2-Y2O3815硬质合金YG89.5Al2O3-TiC-Co69如何将金属加入陶瓷？如何将金属加入陶瓷？金属为第二相：性质、含量、大小、形状、分布金属为第二相：性质、含量、大小、形状、分布六、陶瓷增韧3、抑制裂纹扩展的方法（2）相变增韧：ZrO2相变o高温正方晶体（T相）室温单斜晶体（M相）o马氏体相变，体积膨胀35%o冷却中，ZrO2室温下保持四方晶相o材料受外力作用，ZrO2发生相变o吸收能量，体积膨胀oY2O3稳定ZrO2o纳米ZrO2增韧（微米+纳米ZrO2）1170六、陶瓷增韧3、抑制裂纹扩展的方法（3）微裂纹增韧（热膨胀失配）改变裂纹扩展方向（4）晶须增韧 拔出机制:摩擦力，拉断晶须消耗能量（5）纳米增韧 裂纹扩展路径等。探讨中。Al2O3-nano-SiC（日本新原）n其他？仿生 铁电材料-物理性能+力学性能 裂纹扩展使铁电畴发生翻转，电畴翻转后会导致不协调的应变 材料断裂韧性会发生明显的变化。
