第一章 材料單向靜拉伸的力學(xué)性能

PAGE19-第一章材料單向靜拉伸的力學(xué)性能一．本章的教學(xué)目的與要求介紹力-伸長曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線以及各種力學(xué)性能指標(biāo)，包括彈性變形、非理想彈性、屈服、塑性變形以及斷裂等，掌握各種力學(xué)性能指標(biāo)的特點(diǎn)以及影響因素，并在此基礎(chǔ)上探討提高材料性能指標(biāo)的途徑和方向等。二．重點(diǎn)與難點(diǎn)：1.力一伸長曲線和應(yīng)力一應(yīng)變曲線（重點(diǎn)）2.彈性變形及其性能指標(biāo)（重點(diǎn)）3.非理想彈性與內(nèi)耗（難點(diǎn)）4.塑性變形及其性能指標(biāo)（重點(diǎn)）5.斷裂（重點(diǎn)）6.硬度（重點(diǎn)）三．主要外語詞匯彈性：elasticity塑性：plasticity韌性：ductility屈服：yield斷裂：fracture應(yīng)力：stress應(yīng)變：strain彈性模量：滯彈性：粘彈性：偽彈性：包申格效應(yīng)：應(yīng)變硬化：四．參考文獻(xiàn)：1.馮瑞等.金屬物理學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19952.李慶生.材料強(qiáng)度學(xué).太原：山西科學(xué)教育出版社，19903.張帆，周偉敏.材料性能學(xué).上海：上海交通大學(xué)出版社，20094.潘強(qiáng)，朱美華等.工程材料.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，20055.束德林.金屬力學(xué)性能.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19956.翁康榮.Mg-1.6Mn-1.5Si-0.3Ca合金的顯微組織與力學(xué)性能[J].輕合金加工技術(shù)，2007,35（5）：47-54五．授課內(nèi)容材料單向靜拉伸的力學(xué)性能材料的力學(xué)性能：指材料的彈性、塑性、強(qiáng)度、韌性及壽命，是材料與力量對話的結(jié)果。靜拉伸：室溫和軸向加載條件下，在應(yīng)變速率≤10-1/s的情況下進(jìn)行的，由于這種應(yīng)變速率較低，所以俗稱靜拉伸試驗。力—伸長曲線和應(yīng)力—應(yīng)變曲線力—伸長曲線拉伸試樣：拉伸試驗一般采用圓形試樣或者板狀試樣，其比例試樣的原始標(biāo)距L0，對于板狀試樣：長形試樣L0=11.3S01/2，矩形試樣L0=5.65S01/2，S0為試樣原始截面積；對于圓形試樣：長形試樣L0=10d0，矩形試樣L0=5d0，d0為試樣原始直徑。低碳鋼的力—伸長曲線其它幾種典型材料的力—伸長曲線圖1淬火、高溫回火后的高碳鋼：只有彈性形變、少量的均勻塑性形變；2低合金結(jié)構(gòu)鋼：與低碳鋼的曲線類似；3黃銅：彈性形變、均勻塑性形變和不均勻塑性形變；4陶瓷、玻璃類材料：只有彈性變形而沒有明顯的塑性形變；5橡膠類材料：彈性形變量很大，高達(dá)100%；6工程塑料：彈性形變、均勻塑性變形和不均勻集中塑性變形。應(yīng)力—應(yīng)變曲線應(yīng)力的基本概念：單位面積上所受的內(nèi)力為外力，單位kg，為應(yīng)力，單位Pa，A0為材料受理前的初始面積下面圍繞材料內(nèi)部一點(diǎn)P取一體積單元，體積元的六個面均垂直于坐標(biāo)軸X，Y，Z。分析點(diǎn)P應(yīng)力狀態(tài)。根據(jù)平衡條件，體積元上相對的兩個平行平面上的法向應(yīng)力，大小相等，方向相反。作用在體積元上任一平面上的兩個剪應(yīng)力應(yīng)互相垂直。剪應(yīng)力作用在物體上的總力矩等于零。2應(yīng)變是用來描述物體內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間的相對位移（1）正應(yīng)變（2）剪應(yīng)變定義：物體內(nèi)部一體積元上的二個面元之間的夾角的變化。形變未發(fā)生時線元OA及OB之間的夾角AOB形變后為A'OB'，則x，y間的剪應(yīng)變定義為：二、應(yīng)力—應(yīng)變曲線低碳鋼的應(yīng)力—應(yīng)變曲線注意：卸載曲線與加載曲線的區(qū)別真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線假設(shè)材料在拉伸過程中是等體積變化，試推導(dǎo)出真應(yīng)力與工程應(yīng)力的關(guān)系：S=σ(1+ε)顯然，真應(yīng)力總是大于工程應(yīng)力，真應(yīng)變總是小于工程應(yīng)變。彈性變形及其性能指標(biāo)彈性變形的本質(zhì)特點(diǎn)：可逆的（不一定呈線性）本質(zhì)：材料產(chǎn)生彈性變形的本質(zhì)是構(gòu)成材料的原子（離子）或分子自平衡位置產(chǎn)生可逆位移的反映。例：金屬、陶瓷晶體：處于晶格結(jié)點(diǎn)的離子在力的作用下在其平衡位置附近產(chǎn)生微小位移。橡膠類材料：呈卷曲狀的分子鏈在力的作用下通過鏈段的運(yùn)動沿受力方向產(chǎn)生的伸展。二、彈性模數(shù)拉伸時σ=Eε剪切時τ=GγE、G—彈性模數(shù)（或彈性系數(shù)、彈性模量）在應(yīng)力應(yīng)變的意義上，當(dāng)應(yīng)變?yōu)橐粋€單位時，彈性模量在數(shù)值上等于彈性應(yīng)力，即彈性模數(shù)是產(chǎn)生100%彈性變形所需的應(yīng)力，在工程上彈性模數(shù)是表征材料對彈性變形的抗力，代表了材料的剛度，剛度越大，在相同的應(yīng)力下產(chǎn)生的彈性變形越小，越不容易產(chǎn)生變形。比彈性模數(shù)（比剛度）：材料的彈性模數(shù)與其密度的比值。三、影響材料彈性模數(shù)的因素1、鍵合方式和原子結(jié)構(gòu)a、以共價健、離子鍵、金屬鍵結(jié)合的材料有較高的彈性模量。如無機(jī)非金屬材料，金屬材料。b、以分子鍵結(jié)合的材料，彈性模量較低。如高分子材料（橡膠態(tài)）。c、原子結(jié)構(gòu)（a）非過渡金屬（b）過渡族金屬原子半徑較小，且d層電子引起較大的原子間結(jié)合力，彈性模數(shù)較高。且當(dāng)d層電子等于6時，E有最大值2、晶體結(jié)構(gòu)a、單晶體材料，由于在不同的方向上原子排列的密度不同，故呈各向異性。體心立方晶格：沿〈111〉晶向面心立方晶格：沿〈110〉晶向彈性模量高，因為沿此晶向原子排列最緊密。b、多晶體材料，E為各晶粒的統(tǒng)計平均值，偽各向同性。c、非晶態(tài)材料彈性模量各向同性。

化學(xué)成分，引起原子間距或鍵合方式的變化，彈性模量改變純金屬主要取決于原子間的相互作用力。固溶體合金：主要取決于溶劑元素的性質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)，彈性模量變化不大兩相合金：與第二相的性質(zhì)、數(shù)量、尺寸及分布狀態(tài)有關(guān)。高分子：填料對E影響很大。微觀組織金屬：微觀組織對彈性模量的影響較小晶粒大小對E無影響；第二相對E值影響，可按兩相混合物體積比例的平均值計算。E=x1E1+x2E2陶瓷：工程陶瓷彈性模數(shù)與相的種類、粒度、分布、比例、氣孔率等有關(guān)。其中，氣孔率的影響較大。E=E0（1-1.9ρ+0.9ρ2）。復(fù)合材料：增強(qiáng)相為顆粒狀，彈性模數(shù)隨增強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)的增高而增大。單向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，E1=EfVf+EmVm1/E2=Vf/Ef+Vm/Em溫度溫度升高，原子振動加劇，體積膨脹，原子間距增大，結(jié)合力減弱，材料的彈性模量降低。如碳鋼，每升高100℃，E值下降3~5%（軟化）。b、當(dāng)溫度變化引起材料的固態(tài)相變時，彈性模數(shù)顯著變化。如碳鋼的奧氏體、馬氏體相變。加載條件和負(fù)荷持續(xù)時間

a、

加載方式（多向應(yīng)力），加載速率和負(fù)荷持續(xù)時間對金屬、陶瓷類材料的彈性模數(shù)幾乎沒有影響。陶瓷材料的壓縮彈性模數(shù)高于拉伸彈性模數(shù)（與金屬不同）。b、高分子聚合物，隨負(fù)荷時間的延長，E值逐漸下降（松弛）。比例極限與彈性極限比限例極бp：是保證材料的彈性變形符合虎克定律的最大應(yīng)力。бp=Fp/Ao彈性極限бe：材料不發(fā)生塑性變形的應(yīng)力最高限。бe=Fe/Ao，應(yīng)力超過бe，開始產(chǎn)生塑性變形。бp0.01—非比例伸長率0.01%時的應(yīng)力。бp0.05—非比例伸長率0.05%時的應(yīng)力。因此，бp、бe沒有質(zhì)的區(qū)別。

бp、бe工程意義бp—彈簧秤的設(shè)計依據(jù)。бe—不允許產(chǎn)生微量塑性變形的機(jī)件的設(shè)計彈性比功（彈性比能、應(yīng)變比能）定義：是指材料在彈性變形過程中吸收變形功的能力（即材料彈性變形達(dá)到彈性極限時，單位體積吸收的彈性變形功）。彈性比功是衡量材料彈性好壞的重要指標(biāo)。影響材料彈性比功的因素對于大多數(shù)工程材料，E不易改變（尤其金屬材料）；要提高彈性比功，常采用提高材料彈性極限σe的方法。非理想彈性與內(nèi)耗彈性：理想彈性①應(yīng)變對于應(yīng)力的響應(yīng)是線性的②應(yīng)力應(yīng)變同相位（同步）③應(yīng)變是應(yīng)力的單值函數(shù)非理想彈性：滯彈性粘彈性偽彈性包申格效應(yīng)滯彈性1、定義：材料在快速加載或卸載后，隨時間的延長而產(chǎn)生附加彈性變形的性能。即應(yīng)變與應(yīng)力不同步（相位），應(yīng)變滯后。2分類（1）正彈性后效：加載時，應(yīng)變落后于應(yīng)力的現(xiàn)象，而與時間有關(guān)的滯彈性→稱為正彈性后效（彈性蠕變）。(蠕變：變形隨時間的延長而變化的現(xiàn)象）。（2）反彈性后效：卸載時，應(yīng)變落后于應(yīng)力的現(xiàn)象，成為反彈性后效。應(yīng)用材料：金屬材料、高分子材料

4、影響因素：與材料成分、組織、載荷、溫度等有關(guān)。①組織越不均勻，滯彈性越明顯②溫度升高，滯彈性傾向加大。③切應(yīng)力分量增大，滯彈性傾向增大

5.彈性后效的避免和應(yīng)用：（1）測力彈簧（2）消振粘彈性定義：是指材料在外力作用下變形機(jī)理，既表現(xiàn)出粘性流體又表現(xiàn)出彈性固體兩者的特性，彈性和粘性兩種變形機(jī)理同時存在（時間效應(yīng)）。2、特征：應(yīng)變對應(yīng)力的響應(yīng)不是瞬時完成的，應(yīng)變與應(yīng)力的關(guān)系與時間有關(guān)，但卸載后，應(yīng)變恢復(fù)，無殘余變形。分類：①恒應(yīng)變下的應(yīng)力松弛②恒應(yīng)力下的蠕變。4、應(yīng)用：高分子材料偽彈性（擬彈性）定義：是指在一定的溫度條件下，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定水平后，金屬或合金將產(chǎn)生應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變,從而產(chǎn)生大幅度的彈性變形的現(xiàn)象。特點(diǎn)：偽彈性變形可達(dá)60%左右，大大超過正常彈性變形。馬氏體相變是一種無擴(kuò)散相變或位移型相變。

3.應(yīng)用形狀記憶合金四、包申格效應(yīng)（Bauschinger）1.定義：是指金屬材料經(jīng)預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形（殘余應(yīng)變小于4%），然后再同向加載規(guī)定殘余伸長應(yīng)力（б0.01）增加；反向加載，規(guī)定殘余伸長應(yīng)力（б0.01）降低的現(xiàn)象。2.產(chǎn)生原因：包申格效應(yīng)是多晶體金屬的普遍現(xiàn)象→與位錯運(yùn)動的阻力變化有關(guān)，因此冷變形金屬，工作載荷相反時，需考慮包申格效應(yīng)（強(qiáng)度下降15%～20%）。3.實用意義（1）經(jīng)過微量冷變形的材料可以考慮在使用時與原來的受力方向相同（變形方向相同）（2）加工過程中，可使板材通過軋輥時交替的承受反向應(yīng)力，以降低材料的變形抗力。

4.減弱或消除方法再結(jié)晶退火五、內(nèi)耗彈性滯后環(huán)：在非理想彈性的情況下，應(yīng)力與應(yīng)變不同步，使加載與卸載線不重合，而形成封閉回線—彈性滯后環(huán)。內(nèi)耗：這部分在變形過程中被吸收的功稱為材料的內(nèi)耗。其大小用滯后環(huán)面積度量：面積越大，內(nèi)耗越大。應(yīng)用：（1）消振材料：灰鑄鐵，消振性好，內(nèi)耗大（2）追求音響效果的元件：循環(huán)韌性小。塑性變形及其性能指標(biāo)塑性變形：指在足夠大的外力作用下，材料能發(fā)生不可逆的永久變形，并不引起材料破裂的現(xiàn)象。塑性大小就是指材料在斷裂前能承受的變形能力。一、塑性變形機(jī)理1金屬材料的塑性變形（1）滑移：這種由大量位錯移動而導(dǎo)致晶體的一部分相對于另一部分，沿著某一定晶面和晶向做相對的移動，就是晶體的塑性變形的滑移機(jī)制。孿生：在切應(yīng)力作用下發(fā)生孿生變形時，晶體的一部分沿一定的晶面（成為孿晶面或?qū)\生面）和一定的晶向（稱為孿生方向）相對于另一部分晶體作均勻的切變?；谱冃尉哂幸韵绿攸c(diǎn)（1）滑移在切應(yīng)力作用下產(chǎn)生（2）滑移沿原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生（3）滑移時兩部分晶體的相對位移是原子間距的整數(shù)倍滑移系：一個滑移面和該面上一個滑移方向的組合?；葡档膫€數(shù):(滑移面?zhèn)€數(shù)）×（每個面上所具有的滑移方向的個數(shù)）任意一個{hkl}晶面族中，所有的晶面數(shù)可通過下式算出：m是指數(shù)中0的個數(shù)，n是相同指數(shù)的個數(shù)滑移系數(shù)目與材料塑性的關(guān)系：一般滑移系越多，塑性越好；與滑移面密排程度和滑移方向個數(shù)有關(guān)；與同時開動滑移系數(shù)目有關(guān)（k）。1、多晶體金屬材料的塑性變形的特點(diǎn)：（1）各晶粒變形的不同時性和不均勻性（2）各晶粒變形的相互制約與協(xié)調(diào)性2、陶瓷材料的塑性變形：（1）鍵和方式:彈性模量大共價鍵具有方向性和飽和性離子鍵：位錯運(yùn)動時不僅要受到密排面和密排方向的限制，而且要受到靜電作用力的限制。晶體的滑移系少（3）位錯寬度小，柏氏矢量大3高分子材料的塑性變形結(jié)晶態(tài)高分子材料：塑性變形由薄晶轉(zhuǎn)變?yōu)檠貞?yīng)力方向排列的微纖維束實現(xiàn)的。非晶態(tài)高分子材料：在正應(yīng)力作用下形成銀紋б作用下，弱結(jié)構(gòu)，微缺陷→亞微裂紋或空洞→密度低，對光線反射率很高→呈銀色。切應(yīng)力作用下，無取向分子鏈局部轉(zhuǎn)變?yōu)槿∠蚺帕械睦w維束。屈服現(xiàn)象與屈服強(qiáng)度1、屈服現(xiàn)象：在外力不增加或上下波動的情況下，試樣可以繼續(xù)伸長變形，這種現(xiàn)象稱為屈服。2、屈服強(qiáng)度（屈服點(diǎn)）：材料屈服或產(chǎn)生微量塑性變形時的應(yīng)力值，бs或б0.2反映材料抵抗起始塑性變形或微量塑性變形的能力。條件屈服強(qiáng)度：規(guī)定殘余伸長應(yīng)力бr表示殘余伸長達(dá)到原始標(biāo)距的百分之幾時的應(yīng)力如：бr0.05、бr0.1、бr0.2規(guī)定總伸長應(yīng)力бt表示總伸長（彈性+塑性）達(dá)到原始標(biāo)距的百分之幾時的應(yīng)力產(chǎn)生屈服的原因：（1）從試驗機(jī)看（2）從材料方面考慮：三屈服強(qiáng)度的實際意義作為防止材料過量塑性變形而導(dǎo)致機(jī)件失效的設(shè)計和選材依據(jù)。根據(jù)屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之比（屈強(qiáng)比）的大小，衡量材料進(jìn)一步產(chǎn)生塑性變形的傾向，作為金屬材料冷塑性變形加工和確定機(jī)件緩解應(yīng)力集中，防止脆斷的參考依據(jù)。四影響金屬材料屈服強(qiáng)度的因素純金屬的屈服強(qiáng)度（1）點(diǎn)陣阻力位錯間的相互作用力（a）平行位錯間交互作用產(chǎn)生的阻力（b）運(yùn)動位錯與林位錯（穿過滑移面的位錯）交互作用產(chǎn)生的阻力晶界阻力—細(xì)晶強(qiáng)化2合金的屈服強(qiáng)度固溶強(qiáng)化固溶合金中，溶質(zhì)原子與溶劑原子直徑不同，隨著溶質(zhì)原子的進(jìn)入，晶格產(chǎn)生畸變，使得位錯運(yùn)動受阻，屈服強(qiáng)度升高（бs）（2）第二相強(qiáng)化（1）聚合型合金：其強(qiáng)度決定于第二相對位錯運(yùn)動的阻力。第二相阻礙滑移使基體產(chǎn)生不均勻變形，由于局部塑性約束而導(dǎo)致強(qiáng)化。（2）彌散型合金：第二相質(zhì)點(diǎn)的強(qiáng)化作用主要是因為在質(zhì)點(diǎn)周圍形成應(yīng)力場，而這些局部應(yīng)力場隨位錯運(yùn)動有阻礙作用。3環(huán)境因素對屈服強(qiáng)度的影響（1）溫度體心立方晶格金屬，屈服強(qiáng)度具有強(qiáng)烈的溫度效應(yīng)，F(xiàn)e室溫→-196℃，бs提高4倍。面心立方晶格的金屬，屈服強(qiáng)度溫度效應(yīng)較小Ni室溫→-196℃，бs提高0.4倍（2）應(yīng)變速率與應(yīng)力狀態(tài)較高的應(yīng)變速率↑→бs↑↑（顯著）靜拉伸：dε/dt=10-3s-1當(dāng)dε/dt=10-2s-1時，бs不顯著變化，當(dāng)dε/dt=103s-1，бs↑↑（冷軋、冷拔)應(yīng)力狀態(tài)切應(yīng)力分量越大，越有利于塑性變形（滑移的動力），即бs↓（3）加載速度的影響加載速度越大，屈服強(qiáng)度越大四、應(yīng)變硬化材料產(chǎn)生塑性變形后，隨著變形量的增大，應(yīng)力不斷提高的現(xiàn)象（冷加工硬化、應(yīng)變強(qiáng)化、形變強(qiáng)化）1、應(yīng)變硬化機(jī)理Ⅰ近似為直線，斜率θ1很小，單滑移系滑移，加工硬化率很小，這一階段稱為易滑移階段。Ⅱ加工硬化率顯著增加，多滑移系，位錯釘扎Ⅲ加工硬化率隨應(yīng)變的增加而減小，領(lǐng)先位錯繞過障礙物，繼續(xù)運(yùn)動。2、應(yīng)變硬化指數(shù)金屬材料：Hollomon公式S=Ken應(yīng)變硬化指數(shù)n—反映材料抵抗繼續(xù)塑性變形的能力n=1，表示材料為完全理想的彈性體（S=Ee虎克定律）n=0，S=K=常數(shù)，表示材料無應(yīng)變硬化能力（室溫下再結(jié)晶的軟金屬，鉛）（大多數(shù)金屬的n值在0.1~0.5之間。）直線作圖法求n值：lgS=lgK+nlge在拉力—伸長曲線上確定幾個點(diǎn)的б、ε值，分別按S=б（1+ε），e=ln（1+ε），求出S、e，在對數(shù)坐標(biāo)上作lgS~lge直線，直線的斜率即為應(yīng)變硬化指數(shù)n。n值大（層錯能低），滑移帶平坦，易滑移→бs↓；n值?。▽渝e能高），滑移帶呈波紋狀，難滑移→бs↑。退火態(tài)金屬：n值較大；冷加工狀態(tài)：n值較小。實驗表明，n與材料屈服點(diǎn)бs大致呈反比關(guān)系。nбs≈常數(shù)3應(yīng)變硬化的意義①

應(yīng)變硬化與塑性變形相配合，保證了金屬材料在截面上的均勻變形，得到均勻一致的冷變形產(chǎn)品。②

應(yīng)變硬化可以降低碳鋼的塑性，改善切削加工性能。③應(yīng)變強(qiáng)化是金屬強(qiáng)化的一種重要手段（不能熱處理強(qiáng)化的金屬）。④應(yīng)變硬化性能使金屬制件在工作中具有適當(dāng)?shù)目古既贿^載的能力，保證了機(jī)件的安全工作?？估瓘?qiáng)度與縮頸條件定義：①бb：抗拉強(qiáng)度是試樣拉伸過程中，所能承受的最大應(yīng)力。σb=Fb/A0②縮頸：材料拉伸過程中,塑性變形集中于局部區(qū)域的現(xiàn)象。縮頸形成點(diǎn)對應(yīng)于力—載荷曲線上最大載荷點(diǎn)，因此dF=0，依據(jù)這一關(guān)系可導(dǎo)出縮頸的條件：nnnbnebbbbnbbnbbbbnnbbenKeKneeAAAAeAAKnAKnASAFKnKeSb0000ln產(chǎn)生縮頸的載荷為：例如Mg-1.6Mn加入Si、Ca后，Ca、Si合物成為Mg2Si初生相的異質(zhì)形核核心，合金的晶粒明顯細(xì)化，平均晶粒尺寸從加入前的60m細(xì)化到加入后的30m。(3)Mg-1.6Mn-1.5Si-0.3Ca合金的抗拉強(qiáng)度為148N·mm2，伸長率達(dá)5.6%;分別比Mg-1.6Mn合金的提高54.2%和55.5%。塑性與塑性指標(biāo)定義：塑性是指材料斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。塑性可防止材料突然斷裂→應(yīng)變硬化壓力加工的條件→塑性2、

塑性的評價指標(biāo)延伸率：a、最大應(yīng)力下非比例伸長率b、最大應(yīng)力下總伸長率c、斷后伸長率d、斷面收縮率e、塑性指標(biāo)之間的關(guān)系塑性指標(biāo)的意義超塑性1、定義：材料在一定條件下呈現(xiàn)非常大的延伸長率（1000%）而不發(fā)生縮頸和斷裂的現(xiàn)象。2、特征：塑性變形過程中基本不發(fā)生應(yīng)變硬化（應(yīng)變前后晶粒保持等軸晶）3、產(chǎn)生超塑性的條件①超細(xì)晶粒，晶粒尺寸達(dá)微米量級→等軸晶②合適的變形條件，變形溫度在0.4Tm以上，應(yīng)變速率大于或等于10-3/s③

應(yīng)變速率敏感指數(shù)較高，0.3≤m≤1m<0.3，材料不出現(xiàn)超塑性斷裂固體材料在力的作用下，分解成若干部分的現(xiàn)象稱為斷裂。斷裂是材料徹底失效。斷裂的類型及斷口特征1、斷裂的類型①

按斷裂前與斷裂過程中材料的宏觀塑性變形程度，分為：韌性斷裂（ψ>5%）和脆性斷裂（ψ?5%）②

按晶體材料斷裂時裂紋的擴(kuò)展途徑，分為：穿晶斷裂和沿晶斷裂③

按照材料斷裂的微觀機(jī)理，分為：解理斷裂和剪切斷裂④按作用力的性質(zhì)，分為：正斷和切斷2、斷口分析法材料的斷裂表面稱為斷口。端口分析法：用肉眼，放大鏡或電子顯微鏡等手段對材料斷口進(jìn)行宏觀及微觀的觀察分析，以了解材料發(fā)生斷裂的原因、條件、斷裂機(jī)理以及與斷裂有關(guān)的各種信息的方法，稱為斷口分析法。3、韌性斷裂與脆性斷裂①韌性斷裂：斷裂前材料有明顯宏觀塑性變形。裂紋擴(kuò)展過程較慢.（晶粒變形→拉斷）斷口呈暗灰色，纖維狀②脆性斷裂：斷裂前材料沒有明顯的宏觀塑性變形。裂紋擴(kuò)展速度極快（沒有預(yù)兆）。斷口平齊，光亮（呈放射狀或結(jié)晶狀）穿晶斷裂沿晶斷裂穿晶斷裂沿晶斷裂5、剪切斷裂與解理斷裂剪切斷裂：材料在切應(yīng)力作用下，沿滑移面分離而造成的斷裂。剪切斷裂也常以微孔聚集型發(fā)生，斷口上分布大量的“韌窩”（宏觀上呈暗灰色、纖維狀）。微孔聚集斷裂過程包括：微孔形核、長大、聚合直至斷裂。解理斷裂：材料在正應(yīng)力作用下，由于原子間結(jié)合鍵的破壞引起沿特定晶面發(fā)生的脆性穿晶斷裂。解理裂紋的擴(kuò)展經(jīng)常是沿著晶面指數(shù)相同的一族互相平行，但不同高度的晶面進(jìn)行，不同高度的解理面之間存在臺階，眾多臺階的匯合變形呈河流花樣；當(dāng)解理裂紋高速擴(kuò)展，溫度較低時在裂紋前端可能形成孿晶，裂紋沿孿晶與基體界面擴(kuò)展時常會形成“舌”狀花樣。解理臺階，河流花樣，舌狀花樣是解理斷口的基本微觀特征。準(zhǔn)解理斷裂由于晶內(nèi)存在硬質(zhì)點(diǎn)，當(dāng)裂紋在晶內(nèi)擴(kuò)展時，難以嚴(yán)格沿一定晶面擴(kuò)展，微觀上類似于解理河流花樣但又非真正解理→準(zhǔn)解理。主要區(qū)別解理裂紋源于晶界準(zhǔn)解理裂紋起源于晶內(nèi)硬質(zhì)點(diǎn)（自硬質(zhì)點(diǎn)放射狀河流花樣）

6正斷與切斷7、斷口分析

①

韌性斷裂斷口（低碳鋼）

斷口呈杯錐狀：由纖維區(qū)、放射區(qū)、剪切唇三個區(qū)組成。

當(dāng)試樣拉伸力達(dá)到最大時，局部開始產(chǎn)生縮頸，中心的應(yīng)力狀態(tài)由單向變?yōu)槿驊?yīng)力，且軸向力最大，在三向應(yīng)力作用下，試樣中心部分的夾雜物或硬質(zhì)第二相質(zhì)點(diǎn)破裂或基體界面脫離而形成微孔，微孔不斷長大，合并形成微裂紋；微裂紋形成后，由于尖端應(yīng)力集中，產(chǎn)生更大的塑性變形，引起新的裂紋的形核、長大和聚合，當(dāng)其與己產(chǎn)生的裂紋連接時，裂紋便向前擴(kuò)展，這一過程反復(fù)進(jìn)行結(jié)果形成纖維區(qū)，纖維區(qū)所在平面垂直于拉應(yīng)力方向，纖維區(qū)的微觀特征為韌窩。纖維區(qū)中裂紋擴(kuò)展速度較慢，當(dāng)裂紋長度達(dá)到某一臨界尺寸后，產(chǎn)生了更大的應(yīng)力集中，裂紋以低能量撕裂的方式快速發(fā)展，形成放射區(qū)→放射線花樣特征。微觀上可以看到撕裂韌窩，撕裂時塑性變形量越大，放射線越粗。對于幾乎不產(chǎn)生塑性變形的材料（脆性材料），放射線小時，微觀斷口呈解理特征。試樣拉伸斷裂的最后階段形成杯狀或錐狀的剪切唇。剪切唇表面光滑，與拉神軸呈45o，屬于典型切斷型斷裂。脆性斷口纖維區(qū)很小，剪切唇幾乎沒有。材料強(qiáng)度提高，塑性降低，則放射區(qū)比例增大。一般規(guī)定：拉伸試樣的斷面收縮率ψ<5%為脆性斷裂；ψ>5%為韌性斷裂。

二、