第一章 金属在单向静拉伸载荷下的力学性能ppt课件.ppt
11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,1,材料力学性能,裴立宅材料科学与工程学院Email: , ,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,2,不同的材料具有不同的使用性能，在工业、社会生活等各个方面得到了广泛应用研究材料的根本目的是改善和提高其使用性能使用性能包括物理性能、化学性能、力学性能（也是物性的一种）对于金属、无机非金属等结构材料来讲，力学性能是最重要的使用性能,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,3,材料力学性能的定义:,材料在外加载荷（外力）作用下，或载荷与环境因素（如温度、介质和加载速率）联合作用下所表现的行为，又称为力学行为。宏观上一般表现为材料的变形或断裂。材料的力学性能包括：强度、硬度、塑性、韧性、耐磨性等,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,4,机器零件（简称机件）的承载条件一般用各种力学参数（如应力、断裂韧度等），所以就将表征材料的力学参数的临界值或规定值称为材料的力学性能指标或判据。材料力学性能指标具体数值的高低表示材料抵抗变形和断裂能力的大小，是评定材料质量的主要依据。,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,5,材料的力学性能主要由材料的内在因素决定内在因素：材料的化学成分、组织结构、残余应力、表面及内部缺陷外部因素：载荷性质，如静载荷、冲击载荷、交变载荷应力状态，如拉、压、弯曲、扭转、剪切、温度、环境介质等因此，分析内、外因素对材料力学性能的影响，掌握材料力学性能的变化规律，对于正确选择材料，明确提高材料力学性能的方向和途径具有重要意义,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,6,材料作为一门大型基础学科，内容涉及广泛，我们无机非金属材料专业的学生不仅要了解、掌握无机非金属材料，还需要了解金属材料的力学性能，这对以后大家的学习、就业和工作等方面都是大有益处的。,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,7,第一章 金属在单向静拉伸载荷下的力学性能第二章 金属在其他静载荷下的力学性能第三章 金属在冲击载荷下的力学性能第四章 金属的断裂韧度第五章 金属的疲劳第六章 金属的应力腐蚀和氢脆断裂第七章 金属磨损和接触疲劳第八章 金属高温力学性能第十章 陶瓷材料的力学性能第十一章 复合材料的力学性能普通混凝土的力学性能,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,8,关于材料力学性能的参考书：,1 高建明 主编. 材料力学性能 M. 武汉: 武汉理工大学出版社, 2004.2 石德珂, 金志浩 主编. 材料力学性能 M. 西安: 西安交通大学出版社, 1998.3 刘瑞堂 主编. 工程材料力学性能 M. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 2001.4 陈楷 主编. 陶瓷材料物理性能 M. 北京: 中国建筑工业出版社, 1980.5 吴振铎 主编. 无机材料物理性能 M. 北京: 清华大学出版社, 1992.,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,9,第一章 金属在单向静拉伸载荷下的力学性能,单向静拉伸实验的特点：温度、应力状态和加载速率一定，通常用标准的光滑圆柱试样来实验，通过单向静拉伸实验可以揭示金属材料在静载荷作用下常见的力学行为：弹性变形、塑性变形及断裂本章主要介绍静拉伸载荷下力学性能指标的物理概念及实用意义，并分析金属弹性变形、塑性变形及断裂的基本规律与原理,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,10,第一节 力-伸长曲线和应力-应变曲线,力-伸长曲线：是拉伸试验中拉伸力与伸长的关系曲线,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,11,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,12,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,13,第二节 弹性变形,一、弹性变形及其实质,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,14,二、虎克定律,（一）简单应力状态的虎克定律,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,15,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,16,（二）广义虎克定律,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,17,三、弹性模量,定义：当应变为一个单位时，弹性模量即为弹性应力，即产生100%弹性变形时所需要的应力。这个定义对金属来讲是没有任何意义的，这是因为金属材料所能产生的弹性变形量是很小的。,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,18,工程上弹性模量被称为材料的刚度，表征金属材料对弹性变形的抵抗力机器零件或构件的刚度与材料刚度不同，前者用其截面积A与所用材料的刚度E的乘积，即AE表示所以要提高机件的刚度，在横截面积相同时，应该选择E值大的材料，如钢铁、陶瓷材料等单晶体金属的弹性模量在不同晶体学方向上不一致，原子间距较小的晶体学方向上的弹性模量较大，反之则较小，所以单晶金属表现为弹性各向异性多晶金属的弹性模量为各晶粒弹性模量的统计平均值，呈现各向同性,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,19,四、弹性比功,又称弹性比能、应变比能，表示材料吸收弹性变形功的能力,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,20,因为弹性比功是用单位面积材料吸收的最大弹性变形功表示，所以机件的体积越大，则吸收的弹性功越大，可储备的弹性能越大。弹簧是典型的弹性零件，其重要作用是减振和储能驱动，所以弹簧材料应具有较高的弹性比功，如高碳钢,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,21,五、滞弹性,纯弹性体的弹性变形只与载荷大小有关，而与加载方向和加载时间无关但对于实际的金属材料来讲，其弹性变形不仅是应力的函数，而且是时间的函数在弹性范围内快速加载或卸载后，随着时间延长产生的附加弹性应变的现象，称为滞弹性。滞弹性应变量与材料成分、组织有关，也与试验条件有关材料组织越不均匀，滞弹性越明显。,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,22,由于实际金属具有滞弹性，金属在弹性区快速加载卸载时，由于应变落后于应力，使加载线与卸载线不重合而形成一封闭回线，称为弹性滞后环（图a）。如果施加交变载荷，且最大应力低于宏观弹性极限，加载速率比较大，则也得到弹性滞后环（图b） 。如果交变载荷中最大应力超过宏观弹性极限，就会得到塑性滞后环（图c） 。,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,23,金属的循环韧性,定义：金属材料在交变载荷（或振动）下吸收不可逆变形功的能力，也称为金属的内耗或消振性。,意义：循环韧性越高，机件依靠自身的消振能力越好，所以高循环韧性对于降低机器的噪声，抑制高速机械的振动，防止共振导致疲劳断裂意义重大。,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,24,六、包申格效应（Bauschinger）,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,25,包申格效应的定义：,金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，残余应变约1-4%，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力（弹性极限或屈服强度）增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,26,包申格效应是多晶金属具有的普遍现象，与金属材料中位错运动所受的阻力变化有关位错：是晶体中的一维缺陷，缺陷区是细长的管状区域，管内的原子排列混乱，破坏了点阵的周期性,位错的TEM图像,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,27,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,28,消除包申格效应的方法：,(1) 预先进行较大的塑性变形；(2) 在第二次反向受力前先使金属材料于回复或再结晶温度下退火，如钢在400-500，铜合金在250-270退火。,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,29,第三节 塑性变形,一、塑性变形方式和特点变形方式：(1) 滑移(2) 孪生,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,30,(1) 滑移,是金属材料在切应力作用下位错沿滑移面和滑移方向运动而进行的切变过程滑移面是原子排列最密排的晶面，而滑移方向是原子最密排的方向滑移面和滑移方向的组合称为滑移系，滑移系越多，金属的塑性越好，但滑移系的数目不是决定金属塑性的唯一因素面心立方fcc金属（如Cu、Al）的滑移系比体心立方bcc金属（-Fe)的少，但由于前者晶格阻力低，位错容易运动，所以塑性比后者好。,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,31,(2) 孪生,也是金属材料在切应力作用下的一种塑性变形方式孪生本身提供的变形量很小，例如Cd孪生变形只有7.4%的变形量，而滑移形变度可达300%。孪生变形可以调整滑移面的方向，使新的滑移系开动，间接对塑性变形有贡献。孪生变形也是沿特定的晶面和特定晶向进行。,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,32,多晶金属中每一晶粒滑移变形的规律与单晶金属相同，但是多晶金属中存在晶界，各晶粒的取向也不相同，因而其塑性变形有如下特点：(1) 各晶粒变形的不同时性和不均匀性(2) 各晶粒变形的相互协调性,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,33,(1) 各晶粒变形的不同时性和不均匀性,多晶体由于各晶粒取向不同，在受外力时，某些取向有利的晶粒先开始滑移变形，而那些取向不利的晶粒可能仍处于弹性变形状态，只有继续增加外力，才能使滑移从某些晶粒传播到另外一些晶粒，并不断传播下去，从而产生宏观塑性变形。金属组织越不均匀，则起始塑性变形不同时性就越显著。金属材料塑性变形的不同时性实际反映了塑性变形的局部性，即塑性变形量的不均匀性。这种不均匀性不仅存在于各晶粒之间，基体金属晶粒与第二相晶粒之间，即使同一晶粒内部，各处的塑性变形量也不同。所以当宏观塑性变形量还不大时，个别晶粒或晶粒局部区域的塑性变形量可能已达到极限。由于塑性耗竭，加上变形不均匀产生较大的内应力，就有可能在这些晶粒中形成裂纹，从而导致金属材料的早期断裂。,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,34,(2) 各晶粒变形的相互协调性,多晶体作为一个连续的整体，不允许各个晶粒在任一滑移系中的自由变形，否则必将造成晶界开裂，这就要求各晶粒之间能够协调变形。所以每个晶粒必须能够同时沿几个滑移系进行滑移，即能进行多系滑移，或在滑移同时进行孪生变形。,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,35,二、屈服现象和屈服点（屈服强度）,屈服现象是材料产生宏观塑性变形的一种标志。金属材料从弹性变形阶段向塑性变形阶段的过渡明显，表明外力保持恒定时试样仍继续伸长，或者外力增加到一定数值时突然下降，然后外力几乎不变时，试样仍继续伸长变形，这就是屈服现象。呈现屈服现象的金属材料在拉伸时，试样在外力保持恒定仍能继续伸长的应力称为屈服点，又称屈服强度。屈服现象在退火、正火处理的中、低碳钢和低合金钢中最为常见,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,36,屈服伸长,上屈服点,下屈服点,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,37,与屈服现象相关的三个因素：,(1) 材料变形前可动位错密度很小，或虽然有大量位错但被钉扎住，如钢中的位错为杂质原子或第二相质点所钉扎(2) 随塑性变形发生，位错能快速增殖(3) 位错运动速率与外加应力密切相关,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,38,屈服强度的表示方法：,用应力表示的屈服点（s）或下屈服点(s 1)就是表征材料对微量塑性变形的抗力，即为屈服强度由于正常条件下，s 1再现性较好，所以下屈服强度也选作材料屈服强度指标之一。,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,39,对于连续屈服特征的金属材料，在拉伸试验时看不到屈服现象对于这一类材料，可用规定微量塑性伸长应力表征材料材料对微量塑性变形的抗力规定微量塑性伸长应力是人为规定的拉伸试样标距部分产生一定的微量塑性伸长率（如0.01%、0.05%、0.2%等）时的应力。根据测定方法不同，可分为三种指标,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,40,(1) 规定非比例伸长应力（p）试样在加载过程中，标距部分的非比例伸长达到规定的原始标距百分比时的应力，例如p0.01、 p0.05、 p0.2等(2) 规定残余伸长应力（r）试样卸除拉伸力后，其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力，常用的是r0.2，表示规定残余伸长率为0.2%时的应力在不规定测定方法的情况下，可用0.01、 0.05、 0.2表示，一般将0.2称为屈服强度(3) 规定总伸长应力（t）试样标距部分的总伸长（弹性伸长与塑性伸长之和）达到规定的原始标距百分比时的应力常用的规定总伸长率为0.5%，t0.5表示规定伸长总伸长率为0.5%时的应力,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,41,屈服强度是金属材料重要的力学性能指标，是工程上从静强度角度选择韧性材料的基本依据由于实际零件不可能在抗拉强度对应的很大的均匀塑性变形条件下服役，所以传统的强度设计方法规定，许用应力：,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,42,三、影响屈服强度的因素,金属材料是多晶体合金，具有多相组织，所以讨论影响屈服强度的因素，必须注意以下三点：（1）屈服变形是位错增殖和运动的结果，所以凡是影响位错增殖和运动的各种因素必然影响屈服强度（2）实际金属的力学行为是由许多晶粒综合作用的结果，所以要考虑晶界、相邻晶粒的约束、材料的化学成分以及第二相的影响（3）各种外界因素通过影响位错运动而影响屈服强度,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,43,（一）内在因素1. 金属本性与晶格类型2. 晶粒大小和亚结构亚结构：在实际金属晶体中，一个晶粒内部其晶格位向并不像理想晶体那样完全一致，而是存在许多尺寸更小、位向差也很小（一般为几十分到1-2度）的小晶块，它们相互镶嵌成一颗晶粒，这些小晶块称为亚结构，或称亚晶粒、镶嵌块。,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,44,3. 溶质元素在纯金属中加入溶质原子（间隙型或置换型）形成固溶合金或多相合金中的基体相，将显著提高屈服强度，称为固溶强化。间隙型固溶体的强化效果大于置换型固溶体,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,45,4. 第二相第二相质点的强化效果与质点本身在屈服变形过程中能否变形有很大关系所以第二相质点可分为不可变形的（如钢中的碳化物与氮化物等）和可变形的（如粗大的碳化物等）两类这些第二相质点比较小，有的可用粉末冶金法获得（由此产生的强化称为弥散强化），有的可用固溶处理和随后的沉淀析出获得（由此产生的强化称为沉淀强化）第二相的强化效果还与其尺寸、形状和数量以及第二相与基体的强度、塑性和应变硬化特性、两相之间的晶体学配合和界面能等因素有关屈服强度是一个对成分、组织极为敏感的力学性能指标，受许多内在因素的影响，改变合金成分或热处理工艺都可使屈服强度产生明显变化。,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,46,（二）影响屈服强度的外在因素,1. 温度2. 应变速率3. 应力状态,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,47,1. 温度,升高温度，金属材料的屈服强度降低，但是金属晶体结构不同，其变化趋势并不同,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,48,2. 应变速率,由于应变速率增加而产生的强度提高效应，称为应变速率硬化现象,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,49,3. 应力状态,切应力越大，越有利用塑性变形，屈服强度则越低，所以扭转比拉伸的屈服强度低，拉伸比弯曲的屈服强度低，但三向不等拉伸下的屈服强度为最高不同应力状态下材料屈服强度不同，并非是材料性质变化，而是材料在不同条件下表现的力学行为不同而已,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,50,四、应变硬化（形变强化）,定义：在金属整个变形过程中，当外力超过屈服强度之后，塑性变形并不是像屈服平台那样连续流变下去，而需要不断增加外力才能继续进行，这说明金属有一种阻止继续塑性变形的抗力，这种抗力就是应变硬化性能。塑性应变是硬化的原因，而硬化则是塑性应变的结果，应变硬化是位错增殖、运动受阻所致,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,51,应变硬化指数n,n反映了材料抵抗均匀塑性变形的能力，是表征材料应变硬化行为的性能指标,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,52,n=1，表示材料是完全理想的弹性体n=0，S=K=常数，表示材料没有应变硬化能力，如室温下产生再结晶的软金属及已受强烈应变硬化的材料大多数金属材料的n值为0.1-0.5,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,53,应变硬化的作用：,(1) 应变硬化可使金属机件具有一定的抗偶然过载能力，保证机件安全。(2) 应变硬化和塑性变形适当配合可使金属均匀塑性变形，保证冷变形工艺顺利实施。(3) 可降低塑性，改善低碳钢的切削加工性能。,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,54,五、缩颈现象和抗拉强度,（一）定义缩颈是金属等韧性材料在拉伸试验时变形集中于局部区域的特殊现象，这是应变硬化（物理因素）与截面减小（几何因素）共同作用的结果。,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,55,（二）缩颈判据,拉伸失稳或缩颈的判据应为dF=0，在任一瞬间，拉伸力F为真实应力S与试样瞬时横截面积A之积，即F=SA,上式即为缩颈判据当真实应力-应变曲线上某点的斜率（应变硬化速率）等于该点的真实应力（流变应力，即屈服后继续塑性变形并随之升高的抗力）时，缩颈产生。,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,56,抗拉强度,定义：拉伸试验时试样拉断过程中最大试验力所对应的应力。,b只代表金属材料所能承受的最大拉伸应力，表征金属材料对最大均匀塑性变形的抗力,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,57,抗拉强度b的实际意义：(1) 标志塑性金属材料的实际承载能力，但这种承载能力仅限于光滑试样单向拉伸的受载条件，韧性材料的b不能作为设计参数，这是因为b对应的应变远非实际使用中所要达到的(2) 对于脆性金属材料，一旦拉伸力达到最大值，材料便迅速断裂，所以b是脆性材料的断裂强度，用于产品设计，其许用应力可以b为判据(3) 抗拉强度的高低由屈服强度和应变硬化指数来决定，屈服强度一定时，应变硬化指数越大，抗拉强度越高(4) b与布氏硬度HBW、疲劳极限-1有一定经验关系,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,58,六、塑性,（一）塑性与塑性指标塑性定义：指金属材料断裂前发生塑性变形（不可逆永久变形）的能力。由均匀塑性变形和集中塑性变形两部分构成,均匀塑性变形量比集中塑性变形量小得多，一般不超过集中变形量的50%所以缩颈形成后，塑性变形主要集中于试样缩颈附近,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,59,塑性指标：,(1) 断后伸长率,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,60,(2) 断面收缩率断面收缩率是试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，用符号表示,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,61,（二）塑性的意义与影响因素,对机件来讲，都要求材料具有一定的塑性，以防止机件偶然过载时产生突然破坏。影响因素：1. 溶质元素会降低铁素体的塑性；2. 钢的塑性受碳化物体积比以及形状的影响；3. 细化颗粒可使材料的塑性增加。,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,62,韧度是度量材料韧性的力学性能指标，分为静力韧度、冲击韧度和断裂韧度韧性是材料的力学性能，是指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力，或指材料抵抗裂纹扩展的能力材料在拉伸时单位体积材料断裂前所吸收的功定义为静力韧度，它是强度和塑性的综合指标工程上可用近似计算方法，如对于韧性材料，静力韧度UT为：,七、静力韧度,静力韧度对于按照屈服强度设计，而在服役中有可能遇到偶然过载的机件，如链条、起重吊钩等，是必须考虑的重要指标,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,63,第四节 金属的断裂,一、断裂的类型机件三种重要的失效形式：磨损、腐蚀、断裂完全断裂：在应力作用下，有时还有热和介质的共同作用，金属材料被分为两个或几个部分不完全断裂：机件内部存在裂纹研究金属材料完全断裂（简称断裂）的宏观、微观特征、断裂机理、断裂的力学条件及影响金属断裂的内外因素，对于设计工作者和材料工作者进行机件安全设计与选材，分析机件断裂失效事故是十分必要的大多数金属材料的断裂过程都包括裂纹形成与扩展两个阶段,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,64,一、断裂的类型根据断裂前塑性变化大小分类：（一）韧性断裂和脆性断裂韧性断裂：指金属断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断消耗能量。韧性断裂断口特征：韧性断裂的断裂面一般平行于最大切应力并与主应力成45角断口呈纤维状、灰暗色,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,65,中、低强度钢的光滑圆柱试样在室温下的静拉伸断裂是典型的韧性断裂，断口呈杯锥形由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成（断口特征三要素）,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,66,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,67,脆性断裂：是突然发生的断裂，断裂前基本不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危险性很大脆性断裂断口特征：脆性断裂的断裂面一般与正应力垂直断口平齐、光亮，呈放射状或结晶状通常脆性断裂也产生微量塑性变形，一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5%为脆性断裂，反之为韧性断裂因此，金属材料的韧性和脆性是根据一定条件下的塑性变形量来规定的,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,68,按裂纹扩展的途径分类：,（二）穿晶断裂与沿晶断裂多晶金属断裂时，裂纹扩展的路径可能不同，穿晶断裂的裂纹穿过晶体内，而沿晶断裂的裂纹沿晶界扩展。,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,69,宏观上看，穿晶断裂可以是韧性断裂（如韧脆转变温度以上的穿晶断裂），也可以是脆性断裂（如低温下的穿晶解理断裂），而沿晶断裂大多数为脆性断裂沿晶断裂是由晶界上的一薄层连续或不连续脆性第二相、夹杂物，破坏了晶界的连续性所造成的，也可能是杂质元素向晶界偏聚引起的应力腐蚀、氢脆、淬火裂纹、磨削裂纹等都是沿晶断裂,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,70,沿晶断裂的断口呈冰糖状,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,71,根据断裂机理分类：,（三）纯剪切断裂与微孔聚集型断裂、解理断裂(1) 剪切断裂：金属材料在切应力的作用下，沿滑移面分离而造成的滑移面分离断裂；包括滑断（纯剪切断裂）和微孔聚集型断裂。纯金属，尤其是单晶体金属常产生纯剪切断裂微孔聚集型断裂是通过微孔成核、长大聚合而导致材料分离。由于实际材料中常同时形成许多微孔，通过微孔长大互相连接而最终导致断裂，所以常用金属材料一般都产生这类性质的断裂,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,72,(2) 解理断裂：是指金属材料在一定条件下（如低温），当外加正压力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂；解理面一般是低指数晶面或表面能最低的晶面，由于与大理石的断裂相似，所以称这种晶体学平面为解理面。,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,73,解理断裂与脆性断裂的区别：一般解理断裂是脆性断裂，但有时在解理断裂前也有一定的塑性变形，所以解理断裂与脆性断裂不是同义词解理断裂指断裂机理脆性断裂指断裂的宏观状态,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,74,根据断裂面的取向分类：,如果断裂面取向垂直于最大正应力，为正断型断裂；例如解理断裂或塑性变形受较大约束下的断裂如果断裂面取向与最大切应力方向一致，而与最大正应力方向成45度角，为切断型断裂。例如塑性变形不受约束或约束较小情况下的断裂,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,75,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,76,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,77,二、解理断裂,（一）解理裂纹的形成和扩展关于断裂机理的三种理论：1. 甄纳-斯特罗位错塞积理论2. 柯垂耳位错反应理论3. 史密斯理论,解理断裂是典型的脆性断裂，而韧性断裂多数是微孔聚集型断裂,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,78,(二) 解理断裂的微观断口特征1. 解理断裂,解理断裂是沿特定界面发生的脆性穿晶断裂，断裂断口是由许多大致相当于晶粒大小的解理面集合而成；这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。在解理刻面内部只从一个解理面发生解理破坏实际上是很少的，多数情况下，裂纹要跨越若干个相互平等的、而且位于不同高度的解理面，从而在同一刻面内部出现了解理台阶和河流花样。,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,79,解理台阶：,是沿两个高度不同的平行解理面上扩展的解理裂纹相交形成的。(1) 通过解理裂纹与螺型位错相交形成，(2) 通过二次解理或撕裂形成。,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,80,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,81,解理断裂的三大微观特征：解理台阶、河流花样、舌状花样,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,82,2. 准解理,在淬火回火钢中，当裂纹在晶粒内部扩展时，难于严格的沿一定晶体学平面扩展，断裂路径不再与晶粒位向有关，而主要与细小的碳化物质点有关，其微观形态，与解理河流相似，但又不是真正的解理，所以称为准解理。,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,83,准解理与解理的共同点：,都是穿晶断裂，有小解理刻面，有台阶或撕裂棱及河流花样,准解理与解理的不同点：,准解理小刻面不是晶体学解理面，真正解理裂纹源于晶界，而准解理裂纹则常起源于晶内硬质点，形成从晶面某点发源的放射状河流花样准解理不是独立的断裂机理，而是解理断裂的变种,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,84,三、微孔聚集断裂,（一）微孔成核及长大微孔聚集断裂过程包括微孔成核、长大、聚合及断裂微孔通过第二相（或夹杂物）质点本身破裂，或第二相（或夹杂物）与基体界面脱离而成核,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,85,如果使微孔在垂直于正应力的平面上各方向长大倾向相同，则在正应力垂直于微孔的平面上便形成等轴韧窝。在扭转载荷或受双向不等拉伸条件下，因切应力作用形成拉长韧窝。如在微孔周围的应力状态为拉、弯联合作用，微孔在拉长、长大同时还要被弯曲，形成在两个相配断口上方向相同的撕裂韧窝。,（二）微孔聚集断裂的微观断口特征基本特征：圆形或椭圆形韧窝,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,86,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,87,四、断裂强度,（一）理论断裂强度在外加正应力作用下，将晶体的两个原子面沿垂直于外力方向拉断所需的应力，就是理论断裂强度。,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,88,通常s=E/10，实际金属材料的断裂强度仅为理论断裂强度的1/101/1000,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,89,第一章 作业,P371. （1）-（5）、（8）、（10）3.7.10,11/23/2022,安徽工业大学 材料科学与工程学院,90,谢谢！,
