9-材料力學(xué)性能121217

復(fù)習(xí):材料的斷裂斷裂：裂紋的形成與擴(kuò)展脆性斷裂與韌性斷裂斷口形貌不同，機(jī)理不同。脆性：裂紋沿晶或穿晶擴(kuò)展，消耗能量少，快速斷裂。韌性：韌窩。有位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。堆積→微孔→裂紋源→擴(kuò)展。耗能大。影響韌性斷裂的因素基體第二相韌-脆轉(zhuǎn)變機(jī)理是什么？影響因素有哪些？（外因？?jī)?nèi)因？）沖擊韌性ak（缺口沖擊試驗(yàn)）材料韌性、脆性的簡(jiǎn)單試驗(yàn)方法；材料缺陷判斷；Tc測(cè)定表

幾種材料的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性指標(biāo)材料屈服強(qiáng)度(MPa)≥抗拉強(qiáng)度(MPa)≥伸長(zhǎng)率(%)≥斷面收縮率(%)≥aK(J/cm2)≥Ag3512550//Al15~2040~5050~70//Cu33.320960//Q2351953202243/45調(diào)質(zhì)35065017384520CrMnTi滲碳淬回78498010507865Mn淬火回火800100083044GCr15淬火回火16672157///GCr15退火3535881045/3Cr13淬火回火5407351240291Cr18Ni9Ti固溶2065394055/獲得及含義？彈性指標(biāo)E和

e，We塑性指標(biāo)δ、ψ強(qiáng)度指標(biāo)

b，

s，

0.2韌性指標(biāo)？韌脆轉(zhuǎn)變指標(biāo)？斷裂的難易程度？斷裂韌性KIc第五章材料的斷裂五、斷裂韌性KIc表達(dá)材料中存在裂紋時(shí)，斷裂難易程度的力學(xué)性能指標(biāo)Griffth理論：適合脆性材料強(qiáng)度低的金屬，塑性好，不易斷裂對(duì)高強(qiáng)度金屬有要求---更輕、省資源會(huì)發(fā)生異常斷裂

0.2=1400MPa超高強(qiáng)度鋼，導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)殼體韌性合格，點(diǎn)火后脆斷低于屈服強(qiáng)度的應(yīng)力作用下發(fā)生脆斷“斷裂力學(xué)”存在裂紋的材料，研究裂紋尖端的應(yīng)力和應(yīng)變楊衛(wèi)第五章材料的斷裂五、斷裂韌性KIc1、應(yīng)力強(qiáng)度因子KI裂紋擴(kuò)展三種基本形式張開(kāi)型(I)、滑開(kāi)型(II)、撕開(kāi)型(III)I型最危險(xiǎn)，易引起脆性斷裂，研究主要對(duì)象歐文研究結(jié)果裂紋尖端任一點(diǎn)的應(yīng)力和位移取決于：位置(r,

)、材料的彈性常數(shù)和參量KI外加應(yīng)力裂紋長(zhǎng)度五、斷裂韌性KIc1、應(yīng)力強(qiáng)度因子KI歐文研究結(jié)果：存在某一常數(shù)KI裂紋體材料一定、則裂紋尖端某確定位置的應(yīng)力唯一地取決于KIKI越大，該點(diǎn)應(yīng)力值越大。反映了裂紋尖端區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)度KI值可查手冊(cè)。單位：MPam1/2中國(guó)航空研究院等:應(yīng)力強(qiáng)度因子手冊(cè)，北京，科學(xué)出版社，(1981)不同零部件形狀、不同裂紋形狀等五、斷裂韌性KIc2、斷裂韌性KIc應(yīng)力

、裂紋長(zhǎng)度a單獨(dú)或共同↑，KI增大，裂紋尖端應(yīng)力大KI達(dá)某一臨界值，裂紋尖端足夠大的范圍內(nèi)，應(yīng)力達(dá)斷裂強(qiáng)度→裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展，材料斷裂KI臨界值記作KIc，稱斷裂韌性它是具有I型裂紋的材料斷裂韌性指標(biāo)KIc=Y

c

Y：裂紋形狀系數(shù)1~2；

c：臨界應(yīng)力；ac：臨界裂紋長(zhǎng)度材料的KIc越高，

c或ac可以大些，斷裂難材料內(nèi)部存在裂紋時(shí)抵抗斷裂的能力與材料的成分、組織結(jié)構(gòu)有關(guān)裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展斷裂的判據(jù)：

KI≥KIc 或：即使有裂紋，若KI＜KIc則不斷，“破損安全”由材料KIc和受應(yīng)力，可算允許最大裂紋由材料KIc和裂紋尺寸，可算最大承載力表幾種材料的斷裂韌性材料斷裂韌性MPam1/2碳素鋼＞200馬氏體時(shí)效鋼93NdFeB永磁材料3.73Si3N45~6SiC4~6Al2O33.5~5ZrO2-Y2O38~15硬質(zhì)合金YG89.5Al2O3-TiC-Co6~9排骨5.9~8.5木材4.8~9.7Y

≥KIc2、斷裂韌性KIcKIc=Y

c

3、斷裂韌性的測(cè)定（1）試樣

緊湊拉伸試樣（金屬）或三點(diǎn)彎曲試樣（陶瓷）預(yù)先測(cè)出試樣的屈服強(qiáng)度，估計(jì)KIc值先確定試樣厚度B，再確定寬W和長(zhǎng)L線切割開(kāi)缺口，然后疲勞預(yù)制裂紋（2）試驗(yàn)：彎曲試驗(yàn)獲得載荷P與裂紋張開(kāi)位移V的關(guān)系斷裂時(shí)的力P，斷后測(cè)裂紋長(zhǎng)a（預(yù)制長(zhǎng)）求PQ：裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展時(shí)的臨界載荷（如圖）（3）結(jié)果PQ及a代入KI計(jì)算式，算出K并進(jìn)行有效性檢驗(yàn)符合要求的K值為KIc3、斷裂韌性的測(cè)定新方法：顯微硬度壓痕法

壓頭作用，產(chǎn)生裂紋根據(jù)裂紋形狀和長(zhǎng)度，通過(guò)材料力學(xué)模型計(jì)算出KIc優(yōu)點(diǎn)：方便，缺點(diǎn)：微區(qū)的斷裂韌性半月?tīng)盍鸭y巴氏裂紋維氏壓頭產(chǎn)生的裂紋種類韌性低的材料韌性高的材料高載荷時(shí)低載荷時(shí)E：彈性模量H：顯微硬度P：載荷C：裂紋長(zhǎng)度：常數(shù),0.018影響KIc的因素如何提高KIc

？什么材料需要提高KIc？鑄造鋁合金A356.0斷裂韌性研究---2008測(cè)定了A356.0鋁合金鑄件斷裂韌性,KIC=18.5MPa?m1/2斷口觀察和能譜分析表明：斷口脆性特征明顯，宏觀鑄造缺陷對(duì)其斷裂韌性造成很大影響

脆性、高強(qiáng)度材料研究較多六、陶瓷增韌1、機(jī)理減少裂紋形成抑制裂紋的擴(kuò)展2、減少裂紋形成的方法減少材料中的缺陷（陶瓷致密度）表面壓應(yīng)力3、抑制裂紋擴(kuò)展的方法（1）陶瓷與金屬?gòu)?fù)合的增韌裂紋尖端鈍化金屬塑變、開(kāi)裂吸收能量，裂紋尖端應(yīng)力松弛表

幾種材料的斷裂韌性材料斷裂韌性MPam1/2Si3N45~6SiC4~6Al2O33.5~5ZrO2-Y2O38~15硬質(zhì)合金YG89.5Al2O3-TiC-Co6~9如何將金屬加入陶瓷？金屬為第二相：性質(zhì)、含量、大小、形狀、分布六、陶瓷增韌3、抑制裂紋擴(kuò)展的方法（2）相變?cè)鲰g：ZrO2相變高溫正方晶體（T相）

室溫單斜晶體（M相）馬氏體相變，體積膨脹3~5%冷卻中，ZrO2室溫下保持四方晶相材料受外力作用，ZrO2發(fā)生相變吸收能量，體積膨脹Y2O3穩(wěn)定ZrO2納米ZrO2增韌（微米+納米ZrO2）1170℃六、陶瓷增韌3、抑制裂紋擴(kuò)展的方法（3）微裂紋增韌（熱膨脹失配）改變裂紋擴(kuò)展方向（4）晶須增韌拔出機(jī)制:摩擦力，拉斷晶須消耗能