材料力學(xué)性能 第一章1-2

材 料 的 力 學(xué) 性 能材 料 與 化 工 學(xué) 院主 講 ： 張 振 國 材 料 的 力 學(xué) 性 能先 修 課 程 ： 大 學(xué) 物 理 、 材 料 力 學(xué) 、 理 論 力 學(xué) 、 工 程 力 學(xué) 以 及 材料 科 學(xué) 基 礎(chǔ) 等 ；涉 及 課 程 ： 彈 性 力 學(xué) 、 斷 裂 力 學(xué) 、 塑 性 力 學(xué) 、 計(jì) 算 力 學(xué) 等 。后 續(xù) 課 程 ： 所 有 與 力 學(xué) 應(yīng) 用 相 關(guān) 的 課 程 。 材 料 的 力 學(xué) 性 能金 屬 材 料 力 學(xué) 性 能陶 瓷 (非 金 屬 )材 料 力 學(xué) 性 能聚 合 物 (高 分 子 )材 料 力 學(xué) 性 能復(fù) 合 材 料 力 學(xué) 性 能 材 料 的 力 學(xué) 性 能1、 定 義 ： 在 外 加 載 荷 作 用 下 ， 或 載 荷 與 環(huán) 境 因 素 聯(lián) 合 作 用 下 ， 所 表 現(xiàn) 的 行 為 。 通 常 表 現(xiàn) 為 變 形 和 斷 裂 。2、 任 務(wù) ： 機(jī) 器 零 件 的 承 載 條 件 一 般 用 各 種 力 學(xué) 參 數(shù) 表 示 ， 所 以 就 將 表 征 材 料 的 力 學(xué) 參 數(shù) 的 臨 界 值 或 規(guī) 定 值 作 為 力 學(xué) 性能 指 標(biāo) 或 判 據(jù) 。 材 料 力 學(xué) 性 能 指 標(biāo) 具 體 數(shù) 值 的 高 低 ， 表 示 材 料 抵 抗 變 形 和 斷 裂 能 力 的 大 小 ， 是 評(píng) 定 材 料 質(zhì) 量 的 主要 依 據(jù) 。 研 究 受 載 過 程 中 變 形 和 斷 裂 的 規(guī) 律 。 (靜 態(tài) 載 荷 、 動(dòng) 態(tài) 載 荷 、 交 變 載 荷 )(常 溫 、 高 溫 、 低 溫 ） (環(huán) 境 )3、 主 要 內(nèi) 容 ： 各 種 受 載 條 件 下 的 失 效 現(xiàn) 象 (或 規(guī) 律 )； 微 觀 機(jī) 理 ； 表 征 這 種 規(guī) 律 的 性 能 指 標(biāo) ； 影 響 性 能 指 標(biāo) 的 因 素 及 提 高 途 徑 ； 其 它 。 材 料 的 力 學(xué) 性 能第 一 章 、 金 屬 在 單 向 靜 拉 伸 載 荷 下 的 力 學(xué) 性 能第 二 章 、 金 屬 在 其 他 靜 載 荷 下 的 力 學(xué) 性 能第 三 章 、 金 屬 在 沖 擊 載 荷 下 的 力 學(xué) 性 能硬 度 及 沖 擊 實(shí) 驗(yàn) 第 四 章 、 金 屬 的 斷 裂 韌 度第 五 章 、 金 屬 的 疲 勞第 六 章 、 金 屬 的 應(yīng) 力 腐 蝕 和 氫 脆 斷 裂第 七 章 、 金 屬 磨 損 和 接 觸 疲 勞第 八 章 、 金 屬 高 溫 力 學(xué) 性 能 第 十 章 、 陶 瓷 材 料 的 力 學(xué) 性 能第 十 一 章 、 復(fù) 合 材 料 的 力 學(xué) 性 能 靜 態(tài) 載 荷1、 定 義 ： 緩 慢 加 載 和 低 的 變 形 速 率 。2、 種 類 ： 拉 伸 、 扭 轉(zhuǎn) 、 彎 曲 、 壓 縮 等 。3、 單 向 靜 拉 伸 ： 是 最 簡 單 的 ， 也 是 最 有 代 表 性 的 。 第 一 章 金 屬 在 單 向 靜 拉 伸 載 荷 下 的 力 學(xué) 性 能 1.1 拉 伸 力 -伸 長 曲 線 和 應(yīng) 力 -應(yīng) 變 曲 線 1.2 彈 性 變 形 1.3 塑 性 變 形 1.4 金 屬 的 斷 裂 1.1 拉 伸 力 -伸 長 曲 線 和 應(yīng) 力 -應(yīng) 變 曲 線一 、 力 伸 長 曲 線 1、 試 驗(yàn) 過 程 ： 常 溫 ； 低 碳 鋼 ； 采 用 拉 伸 試 驗(yàn) 機(jī) ； 緩 慢 加 載 ， 低 的 變 形 速 率 ； 按 照 GB228-87標(biāo) 準(zhǔn) 執(zhí) 行 。 采 用 光 滑 圓 柱 試 樣 ； 1.1 拉 伸 力 -伸 長 曲 線 和 應(yīng) 力 -應(yīng) 變 曲 線2、 典 型 力 伸 長 曲 線 分 析 ： OP： 彈 性 變 形 ， F L。 Pe： 過 量 彈 性 變 形 Pe偏 離 OP。 eC： 屈 服 變 形 ， 不 均 勻 塑 性 變 形 。 CB： 均 勻 塑 性 變 形 。 Bk： 不 均 勻 集 中 塑 性 變 形 。 k： 斷 裂 。 1.1 拉 伸 力 -伸 長 曲 線 和 應(yīng) 力 -應(yīng) 變 曲 線3、 其 它 力 伸 長 曲 線（ 非 典 型 力 伸 長 曲 線 ） 1.1 拉 伸 力 -伸 長 曲 線 和 應(yīng) 力 -應(yīng) 變 曲 線二 、 應(yīng) 力 應(yīng) 變 曲 線 ： 1、 工 程 應(yīng) 力 應(yīng) 變 曲 線 ： =F/A0, =L/L0 比 例 極 限 p， 彈 性 極 限 e， 屈 服 點(diǎn) s， 抗 拉 強(qiáng) 度 b等 。 1.1 拉 伸 力 -伸 長 曲 線 和 應(yīng) 力 -應(yīng) 變 曲 線2、 真 應(yīng) 力 S 應(yīng) 變 e曲 線 ： 真 應(yīng) 力 S= F瞬 /A瞬 真 應(yīng) 變 e=ln(L/L0)3、 二 者 關(guān) 系 S = (1+) e = ln(1+) 1.1 拉 伸 力 -伸 長 曲 線 和 應(yīng) 力 -應(yīng) 變 曲 線 1.2 彈 性 變 形一 、 彈 性 變 形 及 其 實(shí) 質(zhì) ： 1、 可 逆 變 形 。 2、 雙 原 子 解 釋 模 型 ： (1)常 態(tài) ： F引 =ma/rm+1 F斥 =-nb/rn+1 F合 =ma/rm+1-nb/rn+1 =0 (2)受 力 ： 產(chǎn) 生 位 移 ， 導(dǎo) 致 變 形 ； (3)去 力 ： 位 移 消 失 。 r 1.2 彈 性 變 形二 、 虎 克 定 律 (一 )簡 單 應(yīng) 力 狀 態(tài) 的 虎 克 定 律 ： 拉 伸 、 剪 切 、 扭 轉(zhuǎn) 等(二 )廣 義 虎 克 定 律 ： 1.2 彈 性 變 形三 、 彈 性 模 量 (材 料 的 剛 度 ， 表 征 彈 性 變 形 的 性 能 指 標(biāo) ) 1、 楊 氏 模 數(shù) E： =E 2、 切 變 模 數(shù) G： =G 3、 實(shí) 質(zhì) ： 產(chǎn) 生 100 彈 性 變 形 所 需 的 應(yīng) 力 。 4、 比 彈 性 模 數(shù) （ 比 模 數(shù) 、 比 剛 度 ， 一 般 適 用 于 航 空 業(yè) ） 指 材 料 的 彈 性 模 數(shù) 與 其 單 位 體 積 質(zhì) 量 的 比 值 。 5、 影 響 彈 性 模 數(shù) 的 因 素 鍵 合 方 式 和 原 子 結(jié) 構(gòu) 、 晶 體 結(jié) 構(gòu) 化 學(xué) 成 分 、 微 觀 組 織 、 溫 度 、 加 載 條 件 和 負(fù) 荷 持 續(xù) 時(shí) 間 1.2 彈 性 變 形四 、 彈 性 比 功 (彈 性 比 能 或 應(yīng) 變 比 能 ) e: 1、 定 義 ： 彈 性 變 形 過 程 中 吸 收 變 形 功 的 能 力 。 2、 表 示 方 法 ： 用 達(dá) 到 彈 性 極 限 時(shí) ， 單 位 體 積 吸 收 的 彈 性 變 形 功 表 示 。 即 用 應(yīng) 力 應(yīng) 變 曲 線 下 的 影 線 面 積 表 示 ， 故 e=1/2ee=e2/(2E) 3、 作 用 ： 表 示 彈 性 的 好 壞 。 減 震 、 儲(chǔ) 能 。 4、 提 高 彈 性 比 功 途 徑 ： 或 者 提 高 e， 或 者 降 低 E。 1.2 彈 性 變 形四 、 彈 性 比 功 （ 補(bǔ) 充 ） : 1、 比 例 極 限 p： 即 開 始 偏 離 直 線 時(shí) 的 應(yīng) 力 值 。 p=Fp/A0 2、 彈 性 極 限 e ： 即 彈 性 變 形 過 渡 到 彈 -塑 性 變 形 （ 屈 服 變 形 ） 時(shí) 的 應(yīng) 力 。 e=Fe/A0 1.2 彈 性 變 形 非 比 例 伸 長 （ 率 ） ？ ？ ？ 規(guī) 定 非 比 例 伸 長 （ 率 ） ？ 0.013、 規(guī) 定 非 比 例 伸 長 應(yīng) 力 p： 即 試 驗(yàn) 時(shí) ， 非 比 例 伸 長 達(dá) 到 原 始 標(biāo) 距 長 度 (L0)規(guī) 定 的 百 分 比 時(shí) 的 應(yīng) 力 。 例 如 p0.01表 示 規(guī) 定 非 比 例 伸 長 率 0.01 時(shí) 的 應(yīng) 力 4、 工 程 意 義 ： 比 例 極 限 p適 用 于 ： 應(yīng) 力 應(yīng) 變 關(guān) 系 嚴(yán) 格 遵 守 線 性 關(guān) 系 的 機(jī) 件 ； 彈 性 極 限 e適 用 于 ： 不 允 許 產(chǎn) 生 微 量 塑 性 變 形 的 機(jī) 件 。 1.2 彈 性 變 形五 、 滯 彈 性 （ 補(bǔ) 充 ） 1、 彈 性 分 類 ： 根 據(jù) 應(yīng) 力 和 應(yīng) 變 響 應(yīng) 特 點(diǎn) : 分 為 理 想 彈 性 (完 全 彈 性 ); 非 理 想 彈 性 (彈 性 不 完 整 性 )兩 類 。 2、 理 想 彈 性 材 料 ： = M ， 并 滿 足 3個(gè) 條 件 ： 應(yīng) 變 對(duì) 于 應(yīng) 力 的 響 應(yīng) 是 線 性 的 ； 應(yīng) 力 和 應(yīng) 變 同 相 位 ； 應(yīng) 變 是 應(yīng) 力 的 單 值 函 數(shù) 。 3、 非 理 想 彈 性 材 料 ： 滯 彈 性 、 粘 彈 性 、 偽 彈 性 及 內(nèi) 耗 等 。 1.2 彈 性 變 形五 、 滯 彈 性 (彈 性 后 效 )： 快 速 加 載 或 卸 載 后 ， 隨 時(shí) 間 的 延 長 ， 產(chǎn) 生 附 加 彈 性 應(yīng) 變 的 性 能 =f(t) 。1、 正 彈 性 后 效 (彈 性 蠕 變 )： 快 速 加 載 0 沿 OA線 應(yīng) 變 Oa 0不 變 應(yīng) 變 aH (ab線 )。 加 載 時(shí) ， 應(yīng) 變 落 后 于 應(yīng) 力 ， 與 時(shí) 間 有 關(guān) 的 現(xiàn) 象 。2、 反 彈 性 后 效 ： 快 速 卸 載 至 零 應(yīng) 變 eH立 即 消 逝 載 荷 為 零 應(yīng) 變 eO (cd線 ) 。 卸 載 時(shí) ， 應(yīng) 變 落 后 于 應(yīng) 力 的 現(xiàn) 象 。 1.2 彈 性 變 形 1.2 彈 性 變 形 1.2 彈 性 變 形循 環(huán) 韌 性 (內(nèi) 耗 )： 1、 理 想 彈 性 ： 變 形 （ 加 載 ） 時(shí) 儲(chǔ) 存 彈 性 能 ， 恢 復(fù) （ 卸 載 ） 時(shí) 釋 放 彈 性 能 ， 沒 有 能 量 損 耗 。 2、 非 理 想 彈 性 ： (1)彈 性 滯 后 環(huán) : 應(yīng) 力 和 應(yīng) 變 不 同 步 ， 加 載 線 與 卸 載 線 不 重 合 ， 形 成 一 封 閉 回 線 。 (2)內(nèi) 耗 : 加 載 時(shí) 吸 收 的 變 形 功 ， 大 于 卸 載 時(shí) 釋 放 的 變 形 功 ， 有 一 部 分 加 載 變 形 功 被 材 料 所 吸 收 。 其 大 小 可 用 回 線 面 積 度 量 。 1.2 彈 性 變 形3、 意 義 ： 也 稱 為 材 料 的 循 環(huán) 韌 性 ， 又 稱 為 消 振 性 。 表 示 材 料 在 交 變 載 荷 (振 動(dòng) )下 ， 吸 收 不 可 逆 變 形 功 的 能 力 。 材 料 循 環(huán) 韌 性 越 高 ， 則 消 振 能 力 越 好 。 六 、 包 申 格 效 應(yīng) （ Bauschinger） 金 屬 材 料 經(jīng) 過 預(yù) 先 加 載 產(chǎn) 生 少 量 塑 性 變 形 ， 殘 余 應(yīng) 變 約 1-4%， 卸 載 后 再 同 向 加 載 ， 規(guī) 定 殘 余 伸 長 應(yīng) 力 （ 彈 性 極 限 或 屈 服 強(qiáng) 度 ）增 加 ； 反 向 加 載 ， 規(guī) 定 殘 余 伸 長 應(yīng) 力 降 低 的 現(xiàn) 象 。 1.2 彈 性 變 形消 除 包 申 格 效 應(yīng) 的 方 法 ：(1)預(yù) 先 進(jìn) 行 較 大 的 塑 性 變 形 ；(2)在 第 二 次 反 向 受 力 前 先 使 金 屬 材 料于 回 復(fù) 或 再 結(jié) 晶 溫 度 下 退 火 ， 如 鋼 在400-500 ， 銅 合 金 在 250-270 退 火 。 1.3 塑 性 變 形屈服 應(yīng) 變 硬化 縮 頸 拉 伸 伸 長斷 面 收 縮 1.3 塑 性 變 形一 、 塑 性 變 形 方 式 及 特 點(diǎn) (已 學(xué) 、 自 學(xué) )二 、 屈 服 現(xiàn) 象 與 屈 服 點(diǎn) (屈 服 強(qiáng) 度 )三 、 影 響 屈 服 強(qiáng) 度 的 因 素 (自 學(xué) )四 、 應(yīng) 變 硬 化 (形 變 強(qiáng) 化 )五 、 縮 頸 現(xiàn) 象 與 抗 拉 強(qiáng) 度六 、 塑 性七 、 靜 力 韌 度 二 、 屈 服 現(xiàn) 象 與 屈 服 點(diǎn) (屈 服 強(qiáng) 度 )1、 屈 服 現(xiàn) 象 ： (1)不 均 勻 的 塑 性 變 形 , 平 臺(tái) 或 鋸 齒 ； 外 力 恒 定 ， 試 樣 繼 續(xù) 伸 長 ； 或 外 力 增 加 到 一 定 數(shù) 值時(shí) ， 突 然 下 降 ， 隨 后 ，在 外 力 恒 定 下 ， 繼 續(xù)伸 長 變 形 。 (5)屈 服 伸 長 ： 屈 服 階 段 產(chǎn) 生 的 伸 長 ； (6)屈 服 平 臺(tái) 或 屈 服 齒 ： 屈 服 伸 長 對(duì) 應(yīng) 的 水 平 線 段 或 曲 折 線 段 。(2)屈 服 點(diǎn) ( s): 屈 服 時(shí) 對(duì) 應(yīng) 的 應(yīng) 力 值 ；(3)上 屈 服 點(diǎn) ( su): 力 首 次 下 降 前 的 最 大 應(yīng) 力 值 ；(4)下 屈 服 點(diǎn) ( sl): 屈 服 階 段 中 最 小 應(yīng) 力 ；屈 服 機(jī) 理 (自 學(xué) ) 二 、 屈 服 現(xiàn) 象 與 屈 服 點(diǎn) (屈 服 強(qiáng) 度 )2、 屈 服 強(qiáng) 度 (表 征 屈 服 的 性 能 指 標(biāo) )： (1)金 屬 材 料 屈 服 強(qiáng) 度 ( s)： 屈 服 時(shí) 所 對(duì) 應(yīng) 的 應(yīng) 力 值 。 s=Fs/A0 通 常 把 sl作 為 屈 服 強(qiáng) 度 (屈 服 點(diǎn) )。 sl=Fsl/A0 二 、 屈 服 現(xiàn) 象 與 屈 服 點(diǎn) (屈 服 強(qiáng) 度 )(2)金 屬 材 料 條 件 屈 服 強(qiáng) 度 ( 0.2)： 規(guī) 定 非 比 例 伸 長 應(yīng) 力 ( p) 規(guī) 定 殘 余 伸 長 應(yīng) 力 ( r ) ： 卸 除 拉 力 后 ， 殘 余 伸 長 達(dá) 到 規(guī) 定 的 原 始 標(biāo) 距 百 分 比 (0.2%)時(shí) 的 應(yīng) 力 。 規(guī) 定 總 伸 長 （ 彈 性 伸 長 加 塑 性 伸 長 ） 應(yīng) 力 ( t ) ： 總 伸 長 達(dá) 到 規(guī) 定 的 原 始 標(biāo) 距 百 分 比 (0.5%)時(shí) 的 應(yīng) 力 。 二 、 屈 服 現(xiàn) 象 與 屈 服 點(diǎn) (屈 服 強(qiáng) 度 )3、 屈 服 強(qiáng) 度 意 義 ： (1)作 為 防 止 因 材 料 過 量 塑 性 變 形 而導(dǎo) 致 機(jī) 件 失 效 的 設(shè) 計(jì) 和 選 材 依 據(jù) ； (2)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) 。 三 、 影 響 屈 服 強(qiáng) 度 的 因 素 (自 學(xué) )1、 金 屬 本 性 及 晶 格 類 型2、 晶 粒 大 小 與 亞 結(jié) 構(gòu)3、 溶 質(zhì) 元 素4、 第 二 相 ：5、 溫 度6、 應(yīng) 變 速 率 與 應(yīng) 力 狀 態(tài) 四 、 應(yīng) 變 硬 化 (形 變 強(qiáng) 化 )0、 定 義 ： 隨 著 變 形 量 的 增 大 ， 形 變 應(yīng) 力 提 高 的 現(xiàn) 象 。 四 、 應(yīng) 變 硬 化 (形 變 強(qiáng) 化 )1、 金 屬 材 料 應(yīng) 變 硬 化 機(jī) 理 ： 多 系 滑 移 ： 位 錯(cuò) 交 互 作 用 形 成 割 階 、 位 錯(cuò) 鎖 和 胞 狀 結(jié) 構(gòu) 等 位 錯(cuò) 運(yùn) 動(dòng) 阻 力 增 大 產(chǎn) 生 應(yīng) 變 硬 化 。 交 滑 移 ： 刃 位 錯(cuò) 隨 應(yīng) 變 增 加 密 度 增 大 產(chǎn) 生 應(yīng) 變 硬 化 。 四 、 應(yīng) 變 硬 化 (形 變 強(qiáng) 化 )2、 應(yīng) 變 硬 化 指 數(shù) (金 屬 的 真 應(yīng) 力 -真 應(yīng) 變 曲 線 ) (1)Hollomon公 式 ： S=Ken n為 應(yīng) 變 硬 化 指 數(shù) ； K為 硬 化 系 數(shù) 。 (2)應(yīng) 變 硬 化 指 數(shù) n ： 反 映 了 材 料 抵 抗 繼 續(xù) 塑 性 變 形 的 能 力 。 n =1 完 全 理 想 彈 性 體 ； n =0 S=K=常 數(shù) 沒 有 應(yīng) 變 硬 化 能 力 。 n =0.1 0.5 (3)n值 和 屈 服 點(diǎn) s大 致 呈 反 比 關(guān) 系 ： 即 n s=常 數(shù) 。 根 據(jù) GB5028-85 金 屬 薄 板 拉 伸 應(yīng) 變 硬 化 指 數(shù) (n值 )實(shí) 驗(yàn) 方 法 測 定 四 、 應(yīng) 變 硬 化 (形 變 強(qiáng) 化 )3、 應(yīng) 變 硬 化 的 意 義 ： (1)加 工 方 面 ： 使 金 屬 進(jìn) 行 均 勻 的 塑 性 變 形 ， 保 證 冷 變 形 工 藝 順 利 實(shí) 施 。 (2)應(yīng) 用 方 面 ： 可 使 金 屬 機(jī) 件 具 有 一 定 的 抗 偶 然 過 載 能 力 ， 保 證 機(jī) 件 使 用 安 全 。 (3)應(yīng) 變 硬 化 是 一 種 強(qiáng) 化 金 屬 的 重 要 手 段 ， 如 低 碳 鋼 、 奧 氏 體 不 銹 鋼 、 有 色 金 屬 等 。 五 、 縮 頸 現(xiàn) 象 和 抗 拉 強(qiáng) 度1、 縮 頸 ： 變 形 集 中 于 局 部 區(qū) 域 的 特 殊 狀 態(tài) 。 因 應(yīng) 變 硬 化 跟 不 上 塑 性 變 形 的 發(fā) 展 ， 使 變 形 集 中 于 試 樣 局 部 區(qū) 域 而 產(chǎn) 生 的 。 縮 頸 形 成 點(diǎn) 對(duì) 應(yīng) 于 最 大 載 荷 點(diǎn) ， dF=0。 縮 頸 判 據(jù) ： 五 、 縮 頸 現(xiàn) 象 和 抗 拉 強(qiáng) 度2、 抗 拉 強(qiáng) 度 ： 最 大 實(shí) 驗(yàn) 力 所 對(duì) 應(yīng) 的 應(yīng) 力 。 b=Fb/A0 (1)標(biāo) 志 塑 性 金 屬 材 料 的 實(shí) 際 承 載 能 力 。 (2) b是 脆 性 材 料 的 斷 裂 強(qiáng) 度 。 (3) b的 高 低 由 屈 服 強(qiáng) 度 和 應(yīng) 變 硬 化 指 數(shù) 來 決 定 。 六 、 塑 性塑 性 ： 是 指 材 料 斷 裂 前 產(chǎn) 生 塑 性 變 形 的 能 力 。意 義 ： 防 止 偶 然 過 載 造 成 危 害 ； 保 證 機(jī) 件 正 常 運(yùn) 行 ； 有 利 于 塑 性 加 工 和 修 復(fù) 等 。 六 、 塑 性 與 塑 性 指 標(biāo)1、 伸 長 率 指 標(biāo) ： (1)最 大 應(yīng) 力 下 非 比 例 伸 長 率 g， 即 g= Lg/L0 100 (2)最 大 應(yīng) 力 下 總 伸 長 率 gt ， 即 gt= Lgt/L0 100 (3)斷 后 伸 長 率 ， 即 = Lk/L0 100 六 、 塑 性 與 塑 性 指 標(biāo)(4)分 析 （ 試 棒 尺 寸 的 確 定 ） ： 縮 頸 前 均 勻 伸 長 Lg L0； (塑 性 伸 長 ) 縮 頸 后 局 部 伸 長 LN( LN= Lk- Lg)(塑 性 伸 長 ) 00 ALL K 斷 裂 后 總 的 伸 長 Lk= Lg+ LN 的 大 小 與 A0、 L0密 切 相 關(guān) 。0AL N 000 / LALLK 斷 裂 后 總 伸 長 率 ： 65.53.11/ 00 或AL國 家 規(guī) 定 即 ： L0/d0=5, 5 L0/d0=10, 10 六 、 塑 性 與 塑 性 指 標(biāo)2、 斷 面 收 縮 率 ： 試 樣 拉 斷 后 ， 縮 頸 處 橫 截 面 積 (A1)的 最 大 減 縮 量 ; 與 原 始 橫 截 面 積 (A0)的 百 分 比 ， 符 號(hào) 表 示 ， 即 =(A 0-A1)/A0 100 七 、 靜 力 韌 度(1)韌 度 (韌 性 )定 義 ： 是 材 料 斷 裂 前 吸 收 塑 性 變 形 功 和 斷 裂 功的 能 力 ,或 指 材 料 抵 抗 裂 紋 擴(kuò) 展 的 能 力 。 包 括 靜 力 韌 度 、 沖 擊 韌 度 、 斷 裂 韌 度 。(2)靜 力 韌 度 ( )： 靜 拉 伸 時(shí) 單 位 體 積 材 料 斷 裂 前 所 吸 收 的功 。 一 般 用 真 實(shí) 應(yīng) 力 -應(yīng) 變 曲 線 下 包 圍 的 面積 來 精 確 表 示 。 = (S k + 0.2) ef/2 = (Sk2- 0.22)/2D(3)工 程 上 的 靜 力 韌 度 (韌 性 材 料 ) 1.4 金 屬 的 斷 裂在力的作用下 ，分成若干部分 。 1.5 斷 裂一 、 斷 裂 的 類 型二 、 解 理 斷 裂三 、 微 孔 聚 集 斷 裂四 、 斷 裂 強(qiáng) 度五 、 斷 裂 理 論 的 應(yīng) 用 一 、 斷 裂 的 類 型 (3)斷 口 定 義 ： 材 料 的 斷 裂 表 面 。 斷 口 分 析 法 ： 對(duì) 斷 口 進(jìn) 行 宏 觀 及 微 觀 分 析 ， 可 以 了 解 斷 裂 的 原 因 、 條 件 、 機(jī) 理 以 及 與 斷 裂有 關(guān) 的 各 種 信 息 。0、 斷 裂 的 過 程 、 分 類 及 斷 口 ： (1)過 程 ： 大 都 包 括 裂 紋 的 形 成 及 擴(kuò) 展 兩 個(gè) 階 段 。 (2)分 類 ： 脆 性 與 韌 性 斷 裂 ： 按 宏 觀 塑 性 變 形 的 程 度 ； 穿 晶 和 沿 晶 斷 裂 ： 按 裂 紋 擴(kuò) 展 的 途 徑 ； 純 剪 切 斷 裂 和 微 孔 聚 集 型 斷 裂 、 解 理 斷 裂 ： 按 微 觀 斷 裂 機(jī) 理 ； 正 斷 和 切 斷 ： 按 斷 裂 面 的 取 向 。 (1)韌 性 斷 裂 ： 明 顯 宏 觀 塑 性 變 形 ； 裂 紋 擴(kuò) 展 過 程 較 慢 ； 斷 口 常 呈 暗 灰 色 、 纖 維 狀 。 塑 性 較 好 的 金 屬 材 料 及 高分 子 材 料 易 發(fā) 生 韌 斷 。 (2)脆 性 斷 裂 ： 無 明 顯 宏 觀 塑 性 變 形 ； 突 然 發(fā) 生 ， 快 速 斷 裂 ； 斷 口 宏 觀 上 比 較 齊 平 光 亮 ， 常 呈 放 射 狀 或 結(jié) 晶 狀 。 淬 火 鋼 、 灰 鑄 鐵 、 玻 璃 等 易發(fā) 生 脆 斷 。1 韌 性 斷 裂 與 脆 性 斷 裂 (1)穿 晶 斷 裂 ： 裂 紋 穿 過 晶 內(nèi) ； 韌 性 斷 裂 或 脆 性 斷 裂 ； (2)沿 晶 斷 裂 ： 裂 紋 沿 晶 界 擴(kuò) 展 ； 多 數(shù) 為 脆 性 斷 裂 ； 斷 口 一 般 呈 結(jié) 晶 狀 。2 穿 晶 斷 裂 與 沿 晶 斷 裂 3 純 剪 切 斷 裂 和 微 孔 聚 集 型 斷 裂 、 解 理 斷 裂(2)解 理 斷 裂 ： 正 應(yīng) 力 下 ， 原 子 間結(jié) 合 鍵 破 壞 ， 沿 特 定 晶 面 ， 脆 性 穿 晶 斷 裂 。 微 觀 特 征 ： 解 理 臺(tái) 階 、 河 流 花 樣和 舌 狀 花 樣 。 裂 紋 源 于 晶 界 。 (3)準(zhǔn) 解 理 斷 裂 ： 屬 脆 性 斷 裂 。 微 觀 持 征 ： 似 解 理 河 流 但 又 非真 正 解 理 。 裂 紋 源 于 晶 內(nèi) 硬 質(zhì)點(diǎn) 。(1)剪 切 斷 裂 ： 切 應(yīng) 力 下 ， 沿 滑 移 面 滑移 分 離 而 造 成 的 斷 裂 。 分 為 純 剪 切 斷 裂 和 微 孔 聚 集 型 斷 裂 。 純 剪 切 斷 裂 ： 斷 口 呈 鋒 利 的 楔 形 。 微 孔 聚 集 型 斷 裂 ： 宏 觀 上 呈 暗 灰 色 、 纖 維 狀 ; 微 觀 上 分 布 大 量 “ 韌 窩 ” 。 一 、 斷 裂 的 類 型4、 斷 口 分 析 (1)斷 口 特 征 (中 、 低 碳 鋼 為 例 )： 韌 性 斷 裂 ； 斷 口 一 般 呈 杯 錐 狀 ； 由 纖 維 區(qū) F、 放 射 區(qū) R、 剪 切 唇 S組 成 ； 斷 口 特 征 三 要 素 。 一 、 斷 裂 的 類 型(2)韌 性 斷 裂 過 程 : 拉 伸 力 最 大 縮 頸 單 向 正 應(yīng) 力 變 為 三 向 應(yīng) 力 (a) 中 心 夾 雜 物 或 硬 質(zhì) 點(diǎn) 破 裂 或 與 基 體 脫 離 形 成 微 孔 (b) 形 成 顯 微 裂 紋 (c)、 端 部 產(chǎn) 生 更 大 的 塑 性 變 形 新 的 微 孔 形 成 裂 紋 向 前 擴(kuò) 展 (d) 形 成 纖 維 區(qū) (e) 纖 維 區(qū) 裂 紋 達(dá) 到 臨 界 尺 寸 更 大 的 應(yīng) 力 集 中 裂 紋 快 速 擴(kuò) 展 形 成 放 射 區(qū) 更 大 的 應(yīng) 力 形 成 剪 切 唇 。 (切 應(yīng) 力 導(dǎo) 致 韌 性 斷 裂 ) 一 、 斷 裂 的 類 型(3)脆 性 斷 口 ： 纖 維 區(qū) 很 小 ， 剪 切 唇 幾 乎 沒 有 。 強(qiáng) 度 高 、 塑 性 低 放 射 區(qū) 大 ； 試 樣 尺 寸 加 大 放 射 區(qū) 增 大 ， 而纖 維 區(qū) 變 化 不 大 。 (正 應(yīng) 力 導(dǎo) 致 脆 性 斷 裂 ) 一 、 斷 裂 的 類 型(4)脆 性 與 韌 性 斷 裂 的 判 定 ： 無 明 顯 的 界 限 。 規(guī) 定 光 滑 拉 伸 試 樣 的 斷 面 收 縮 率 ， 小 于 5 者 為 脆 性 斷 裂 ； 大 于 5 者 為 韌 性 斷 裂 。 二 、 解 理 斷 裂 解 理 裂 紋 有 少 量 塑 性 變 形 。1、 甄 納 -斯 特 羅 位 錯(cuò) 塞 積 理 論 二 、 解 理 斷 裂2、 屈 服 時(shí) 產(chǎn) 生 解 理 斷 裂 的 判 據(jù) （ 能 量 分 析 法 ） ： 三 、 微 孔 聚 集 斷 裂包 括 微 孔 成 核 、 長 大 、 聚 合 、 破 裂 ， 直 至 斷 裂 。 四 、 斷 裂 強(qiáng) 度1、 理 論 斷 裂 強(qiáng) 度 (理 想 晶 體 脆 性 斷 裂 )： 四 、 斷 裂 強(qiáng) 度2、 斷 裂 強(qiáng) 度 的 裂 紋 理 論 (格 里 菲 斯 裂 紋 理 論 )： (實(shí) 際 斷 裂 強(qiáng) 度 ) 薄 板 （ 平 面 應(yīng) 力 狀 態(tài) ）厚 板 （ 平 面 應(yīng) 變 狀 態(tài) ） 四 、 斷 裂 強(qiáng) 度3、 斷 裂 強(qiáng) 度 的 裂 紋 理 論 (非 格 里 菲 斯 裂 紋 理 論 )： 裂 紋 擴(kuò) 展 的 充 分 必 要 條 件 是 其 尖 端 應(yīng) 力 要 大 于 或 等 于 理 論 斷 裂 強(qiáng) 度 。 裂 紋 很 尖 a0= : 四 、 斷 裂 強(qiáng) 度4、 格 里 菲 斯 -奧 羅 萬 -歐 文 裂 紋 擴(kuò) 展 理 論 (韌 性 斷 裂 )： 四 、 斷 裂 強(qiáng) 度 五 、 斷 裂 理 論 的 應(yīng) 用