金属的断裂.ppt

Chaptor6FractureofMetals金属的断裂cargoship货船挤压制品的周期裂纹Weconcernaboutfracturefortworeasons.Oneiscrack’sdestructiveeffect,theotheroneisthatfractureisrelatedtomaterial’sformability.
(1)破坏；(2)成形性。

Definitionoffracture
Whenmetallicmaterialdeformationforereachitsplasticlimit,itwilldividecompletely.Thentheinteratomicforceisdamaged.断裂－金属材料在变形超过其塑性极限—完全分开.原子间结合力遭受破坏。
relatedsubjects6.1Basictypesoffracture断裂的基本类型
Accordingtowhetherthemetalhasobviousplasticdeformationbeforefracture,itcanbesortedasfollowing:
根据断裂前金属是否有明显的塑性变形可分为
brittlefracture脆性断裂ψ<5%
ductilefracture韧性断裂ψ>5%Accordingtocracktrendinmicroscopicview
从微观上按照裂纹的走向可分为
transgranularfracture穿晶断裂/晶间~
intergranularfracture沿晶~grain晶粒
Fracturealonggrain-boundaryinpolycrystalmaterial
多晶材料沿晶界发生的断裂
裂纹穿过晶粒内部crackcrosstheinteriorofgrain

穿晶脆性断裂lowspeed,hightemperatureandstressconcentration.alongsomecrystalplane---cleavageplane解理面
穿晶韧性断裂microporecoalescence微孔聚合6.2脆性断裂brittle fracture完整晶体拉断示意图
mn为断裂面的迹线；a表示原子面间距原子间作用模型：原子间作用力与位移间的关系满足正弦规律
(1-1)

---将原子拉开所需的最大应力，
即断裂理论强度。

原子间作用模型：原子间作用力与位移间的关系满足正弦规律

(1-1)
---将原子拉开所需的最大应力，即断裂理论强度

(1-2)
断裂后出现两个新的断裂面，表面能为2
外力抵抗原子间结合力做的功=产生断裂新面的表面能
(1-3)
将替换
由虎克定律

将(1-1)对x求导(1-4)

在正弦曲线初期6.2.2Griffith裂纹理论

基点: 材料中已存在裂纹crack形成新表面的功U2
增加的表面能

Griffith公式物理意义： 裂纹两端引起的应力集中，相当将外力放大了倍，使局部达到了理论断裂强度.
6.2.3.Cracknucleation裂纹形核

Therearegenerallynolargecracksinoriginalmaterials.Manyexperimentsshowthatcracksaregeneratedbyplasticdeformation.
Anyheterogeneityinamaterialthatproducesastressconcentrationcannucleatecracks.Forexample,steps,striations,holes,andsoonactasstressraisersonapparentlyperfectsurface.Intheinteriorofthematerial,therecanexistvoids,airbubbles,second-phaseparticles,etc.Cracksnucleationwilloccuratthesedefects，wheretheconditionswouldbemostfavorable.
裂纹的形核Nucleationmechanisms形核机制
1).位错塞积dislocationpile-up
晶界:相界τ’=nτ2)位错反应 dislocationreaction
在两相交的滑移面上,由于位错反应发生了同号位错的聚合便产生了微裂纹。
在体心立方b.c.c的(101)面上发生如下位错反应:
＋（111）＝a[001]
生成的新位错为不滑动刃型位错，其柏氏矢量⊥（001）解理面，形成了