第四章材料的斷裂韌性2

4-3影響材料斷裂韌性的因素 一、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu) 1、化學(xué)成分（類似于對(duì)沖擊韌性的影響，金 細(xì)化晶粒的合金元素 <=> 提高斷裂韌度 強(qiáng)烈固溶強(qiáng)化合金元 <=> 隨合金元素濃度的提高 斷裂韌度降低越明顯 形成金屬間化合物第 降低塑性，降低斷裂韌 二相粒子的合金元素=度 一.化學(xué)成分.組織結(jié)構(gòu) 2、基體相結(jié)構(gòu)和晶粒尺寸 基體易于發(fā)生塑性變形，則斷裂韌度高。 >FCC固溶體塑性好，形變硬化指數(shù)高，斷 裂韌度高（形變指數(shù)高，則哪里變形，哪里 便強(qiáng)化，發(fā)生均勻的塑性變形） A基體晶粒大小對(duì)Kic的衫響不盡相同 2010-2012 （一） Xuohong Yu 3 ⑥ 4?3影響材料斷裂韌性的因素 一.化學(xué)成分.組織結(jié)構(gòu) 3、夾雜和第二相 A非金屬夾雜物降低斷裂韌度。 A脆性第二相隨體積分?jǐn)?shù)的增加，降低斷裂韌 度。 A韌性第二相當(dāng)其形態(tài)和數(shù)量適當(dāng)時(shí)，提高斷 裂韌度。 一、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu) 4、顯微組織 A板條狀馬氏體是位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)，具有較高的強(qiáng)度和 塑性，裂紋擴(kuò)展阻力較大，斷裂韌度較高。 A針狀馬氏體主要是攣晶結(jié)構(gòu)，硬度高脆性大.，斷 裂韌度較低。 沖低碳鋼，K|c回火馬氏體＞K|c貝氏體 高碳鋼，氐上貝氏體＜K|c回火馬氏體vK|c下貝氏體 2010-2012 （一） Xuohong Yu 5 ⑥ 4?3影響材料斷裂韌性的因素 二、特殊改性處理對(duì)斷裂韌度的影響 通過特殊熱處理工藝，改變材料的組織結(jié) 構(gòu)，從而提高斷裂韌度。 2010-2012 (-) Xuehong Yu 6 畫 4?3影響材料斷裂韌性的因素 三、外界因素對(duì)斷裂韌度的影響 溫度 A溫度降低，材料的斷裂韌度通常降低 中低強(qiáng)度鋼有明顯的脆韌轉(zhuǎn)化溫度、0以上 溫度韌斷，tk以下脆斷，Kic校低 隨材料強(qiáng)度的提高，KIC變化很小，斷裂機(jī) 理不再發(fā)生變化 三、外界因素對(duì)斷裂韌度的影響 2、應(yīng)變速率 A應(yīng)變速率大，相當(dāng)于溫度降低，材料的斷裂韌度 通常降低 A應(yīng)變速率增加一個(gè)數(shù)量級(jí)，則斷裂韌性下降40%? A但應(yīng)變速率極大時(shí)，相當(dāng)于絕熱狀態(tài)，局部溫度 升高, K|c提高 2010-2012 (-) Xuehong Yu 8 思考題 作業(yè)：提交小論文。 材料增韌機(jī)理綜述 要求 A34人一組，1500—2000字左右，第10周 提交，推薦用電子稿提交 A40篇以上參考文獻(xiàn)，至少包含3篇以上外文 文獻(xiàn) 2010-2012 (-) Xuehong Yu 10 ⑥思考題 ?如何理解鐵素體的斷裂強(qiáng)度和屈服強(qiáng) 度均與晶粒尺寸CT*成正比 2010-2012 (-) Xuehong Yu 11 四、斷裂韌度與強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性的關(guān)系 2010-2012 （一） Xuehong Yu 12 四、斷裂韌度與強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性的關(guān)系 仁韌斷模型（Kraft, 1964, 微孔聚集韌斷） 2010-2012 （一） Xuehong Yu # 四、斷裂韌度與強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性的關(guān)系 2010-2012 （一） Xuehong Yu # 四、斷裂韌度與強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性的關(guān)系 缶：第二相顆粒（夾雜）的 平均距離 !?：裂紋頂端距最領(lǐng)近第二相 粒子間的距離戸缶 裂紋頂端塑性區(qū)大小等于夾 雜間的平均距離，塑性邊界 以外的區(qū)域是彈性區(qū)。 仁韌斷模型（Kraft, 1964, 微孔聚集韌斷） 則沿裂紋延長(zhǎng)線（X軸） 的應(yīng)力為： K】 在塑性區(qū)邊界r=處的應(yīng) 相應(yīng)應(yīng)變?yōu)椋?” 」EjSd丁 2010-2012 （一） Xuehong Yu 14 四、斷裂韌度與強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性的關(guān)系 仁韌斷模型（Kraft, 1964, 微孔聚集韌斷） 由于平面應(yīng)變，裂紋尖端 處于三向拉應(yīng)力狀態(tài)。 當(dāng)外加拉應(yīng)力增大，K（ 隨之增大。裂紋頂端由 于應(yīng)力集中會(huì)使夾雜或 第二相破裂，或沿夾雜 與本體界面開裂，從而 形成空洞。隨K|增大, 空洞繼續(xù)長(zhǎng)大并會(huì)合。 2010-2012 （一） Xuehong Yu 16 四、斷裂韌度與強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性的關(guān)系 2010-2012 （一） Xuehong Yu 17 四、斷裂韌度與強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性的關(guān)系 仁韌斷模型（Kraft, 1964, 微孔聚集韌斷） 2010-2012 （一） Xuehong Yu # 四、斷裂韌度與強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性的關(guān)系 則當(dāng)塑性區(qū)內(nèi)的應(yīng)變達(dá)到 單向拉伸發(fā)生頸縮時(shí)的真 假定塑性區(qū)內(nèi)的應(yīng)變變化 規(guī)律和單向拉伸應(yīng)變變化 規(guī)律一樣，即服從 Hollomon公式 S=Ken 應(yīng)變Qb時(shí)，裂紋與空洞相 連，導(dǎo)致裂紋快速失穩(wěn)擴(kuò) 展。 2010-2012 （一） Xuehong Yu # ⑥ 四、斷裂韌度與強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性的關(guān)系 即當(dāng) ey = CB = ^K\ 圖 443 "Kraft 仁 韌斷模型（Kraft, 1964,微孔聚集韌斷） Kraft韌斷模型把斷裂韌性 和楊氏模量E,形變硬化 指數(shù)n及結(jié)構(gòu)參量d聯(lián)系在 一起?？梢越忉屼撝械诙?相粒子和夾雜物對(duì)Kic的影 響 2、脆斷模型(Tetlemen等，1963,解理斷裂模型) 假定當(dāng)裂紋頂端某一特征距離內(nèi)的應(yīng)力達(dá)到材料解 理斷裂強(qiáng)度％時(shí)，試樣發(fā)生斷裂。 1 C 2 - t = exp(—-1)-1 ? po：裂紋頂端曲率半繪9 $ 6 入 無論脆斷還是韌斷，Kic都與材料的強(qiáng)度和塑性有 關(guān)，因此是Kic強(qiáng)度和塑性的綜合表現(xiàn)。 2010-2012 （一） Xuehong Yu 16 4-4斷裂韌度在工程中的應(yīng)用 3、斷裂韌性與沖擊韌性(Rolfe) 由十一種鋼號(hào)的性能數(shù)據(jù)，總結(jié)出，斷裂韌性Kk：、 夏比V型試樣沖擊功Akv和有效屈服強(qiáng)度時(shí)三者之 間的經(jīng)驗(yàn)公式(采用英制單位)： A由斷裂判據(jù)及相應(yīng)的材料常數(shù)Kt值，進(jìn) 行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、載荷校驗(yàn)、安全 性檢驗(yàn)等。 2010-2012 （一） Xuehong Yu 21 ⑥ 4?4斷裂韌度在工程中的應(yīng)用 ① 已知構(gòu)件中的裂紋長(zhǎng)度a和材料的Kt 值，則求其剩余強(qiáng)度 2010-2012 （一） Xuehong Yu 22 ⑥ 4?4斷裂韌度在工程中的應(yīng)用 2010-2012 （一） Xuehong Yu # ⑥ 4?4斷裂韌度在工程中的應(yīng)用 ② 已知：K|C和構(gòu)件的工作應(yīng)力（7,則可求 得構(gòu)件的臨界裂紋尺寸。 7TCT2 A整體思路 ③對(duì)帶有宏觀裂紋的零件進(jìn)行安全性評(píng)價(jià) A確定裂紋或缺陷的大小，形狀及分布，并將其簡(jiǎn)化; A確定材料的屈服強(qiáng)度J及斷裂韌性Kg （查手冊(cè)或 實(shí)驗(yàn)測(cè)定）； A計(jì)算或測(cè)定在工作狀態(tài)下作用于裂紋上的應(yīng)力 （以I型裂紋為例，作用于裂紋上的應(yīng)力指殘余內(nèi) 應(yīng)力和外加正應(yīng)力之和）; 卷軟役課勰作用于裂統(tǒng)上罰值 A根據(jù)安全判據(jù)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。 A整體思路 ③ 對(duì)帶有宏觀裂紋的零件進(jìn)行安全性評(píng)價(jià) 和對(duì)零件的壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)的步驟如下： ④ 確定裂紋或缺陷的大小，形狀及分布，并將其簡(jiǎn)化； ⑤ 測(cè)定材料的屈服強(qiáng)度o s及斷裂韌性KIC; ⑥ 計(jì)算或測(cè)定在工作狀態(tài)下作用于裂紋上的應(yīng)力； ⑦ 根據(jù)斷裂力學(xué)原理計(jì)算出作用于裂紋上的KI值或臨界裂紋長(zhǎng)度； 根據(jù)安全判據(jù)進(jìn)行安全評(píng)價(jià). 2010-2012 （一） Xuehong Yu 24 謝謝