4 金属材料的断裂和断裂韧性
➢ 准解理断裂的解理小平面间有明显的撕裂棱。其微观形貌
中，出现大量短而弯曲的撕裂棱，河流花样已不十分明显。
➢ 撕裂棱是由一些单独形核的裂纹相互连接而形成的。
11
准解理断口
12
撕裂棱的形成过程示意图
13
准解理断裂和解理断裂的主要不同点
➢ 准解理裂纹常起源于晶内硬质点，向四周放射状地扩展，
三部曲。微孔聚合有三种不同的模式 。
➢ 韧窝的形状因应力状态而异。如在正应力作用下，韧窝是
等轴形的；在扭载荷作用下，韧窝被拉长为椭圆形。
➢ 微观上的延性断裂（其特征为微孔聚合、韧窝形貌），往
往与宏观上的韧性断裂（断裂前有较大的宏观塑性变形） 相联系，但并无严格的对应关系。
17Biblioteka 延性断裂断口形貌——韧窝随第二相体积分数的增加，钢的韧性都下降，硫化物比碳化物 的影响要明显得多。
➢ 2 基体的形变强化
基体的形变强化指数越大，则塑性变形后的强化越强烈，其结
* K epn
果是各处均匀的变形。微孔长大后的聚合，将按正常模式进行， 韧性好；相反地，如果基体的形变强化指数小，则变形容易局
部化，较易出现快速剪切裂开。这种聚合模式韧性低。
KIc的试验获得
平面应变断裂韧性
40
4.4.3 裂纹扩展的能量释放率GI和断裂韧性GIc
➢分析原理：能量法
应变能释放率
扩展 临界
裂纹扩展需要吸 收的能量率
GI
dU dA
41
裂纹临界条件：G准则
GIc
dS dA
K与G的关系
Gc
GIc
1 E
K
2 c
1 2
K
E
2 Ic
42
K准则的工程应用
K准则:
18
微孔聚合的三种形式 剪切裂纹一般沿滑移线发生.
高强材度料钢内常部发本生身这存种在模着式大的片微的孔夹聚杂合，，微 微孔成核源：第二相粒子其。韧孔性通较过“脆正弱常的的夹”杂微连孔成聚裂合纹模。式要 在应力作用下，基体和第差二。相这粒是子不的合界格面材脱料开出，现的一种缺陷 或第二相粒子本身开裂，于是出现微孔。
为引发裂纹，可先用线切割加工宽度≤0.13mm的切口， 然后用高频疲劳试验机预制长度>1.3mm的疲劳裂纹。
疲劳预制中的Kmax应小于0.6KIc，特别是在最终达到要求 裂纹长度时，应尽量减小负荷，以保证裂纹有足够的尖锐 度。
48
两种典型的断裂韧性试样
（a）三点弯曲
49
（b）紧凑拉伸
4.4.4 平面应变断裂韧性的测定
展而留下的舌状凸台或凹坑。
5
一些金属的解理面
6
解理断口的河流花样（箭头所指为扩展方向）
7
裂纹扩展和河流方向
8
裂纹穿过大角度晶界的解理河流花样
9
解理断口的舌状花样
10
4.1.2 准解理断裂
➢ 准解理断裂多在马氏体回火钢中出现，回火产物中细小的
碳化物质点影响裂纹的产生和扩展。
➢ 准解理断裂时，其解理面除（0 01）面外，还有（1 1 0）、
（2）成分的影响
微量的氧、氮以及间隙原子溶于体心立方晶格中会阻碍滑移， 促进其脆性。
钢中含碳量增加，塑性抗力增加 。 合金元素的影响比较复杂 。
（3）晶粒大小的影响
晶粒细化既提高了材料的强度，又提高了它的塑性和韧性，还 降低了韧脆转变温度 。
（4）第二相粒子的影响
细小的第二相粒子有利于降低韧脆转变温度。
➢切应力促进塑性变形，对韧性有利；拉应
力促进断裂，不利于韧性。
➢ 柔度系数（软性系数）
max max
α值愈大，应力状态愈“柔”，愈易变形而较 不易开裂，即愈易处于韧性状态。α值愈小， 则相反，愈易倾向脆性断裂
24
某一材料的力学状态图
切断 屈服
25
切断 弹塑性变形区
弹性变形区
正断
正断
4.3.2 温度和加载速率的影响
临界应力
KI Y a KIc
c
K Ic
Y a
临界裂纹长度
ac
K
2 Ic
Y 2
2
43
K准则的工程应用
➢ 应用场合：
已知应力，求临界裂纹长度； 已知裂纹长度，求临界应力（剩余强度）。
➢ 应用步骤：
通过无损检测，确定裂纹a的长度及位置； 对缺陷进行分析，计算或查表得到应力强度因子K的表达式； 通过试验或查表，确定材料的平面应变断裂韧性KIc值； 根据K准则，进行断裂力学分析，确定临界裂纹长度ac或临界
26
碳含量对钢冲击转变温度的影响
27
脆性韧性转变示意图
28
4.3.3 材料微观结构的影响
（1）晶格类型的影响
面心立方晶格的金属，一般不出现解理断裂，也没有韧—脆转 变温度，其韧性可以维持到低温。
体心立方晶格的金属，韧脆转变受温度及加载速率的影响很大， 因为在低温和高加载速率下，它们易发生孪晶，也容易激发解 理断裂。
而解理裂纹则自晶界一侧向另一侧延伸；
➢ 准解理断口有许多撕裂棱； ➢ 准解理断口上局部区域出现韧窝，是解理与微孔聚合的混
合型断裂。但准解理断裂的主要机制仍是解理。其宏观表 现是脆性的。所以，常将准解理断裂归入脆性断裂。
14
4.1.3 沿晶断裂
➢ 沿晶断裂是裂纹沿晶界扩展的一种脆性断裂 。 ➢ 沿晶断裂发生的主要原因
➢ 脆性断裂的宏观特征
断裂前无明显的塑性变形，吸收的能量很少，而裂纹的 扩展速度往往很快，几近音速，故脆性断裂前无明显的 征兆可寻，且断裂是突然发生的，因而往往引起严重的 后果 。
➢ 在工程应用中，一般把Ψk <5％定为脆性断裂， Ψk =5％定
为准脆性断裂， Ψ k >5％定为韧性断裂。
➢ 材料处于脆性状态还是韧状态并不是固定不变的，往往因
区分依据： 断裂前是否发生明显的宏观塑性变形； 断裂前是否明显地吸收了能量
2
4 金属材料的断裂和断裂韧性
➢4.1 脆性断裂 ➢4.2 延性断裂 ➢4.3 脆性—韧性转变 ➢4.4 线弹性条件下的断裂韧性 ➢4.5 影响断裂韧性的因素 ➢4.6 金属的韧化 ➢4.7 弹塑性条件下断裂韧性的概述
3
4.1 脆性断裂
29
合金元素对钢冲击韧性转变温度的影响
30
断裂力学和断裂韧性
➢ 为防止裂纹体的低应力脆断，不得不对其强度——断裂抗
力进行研究，从而形成了断裂力学这样一个新学科。
➢ 断裂力学的研究内容包括裂纹尖端的应力和应变分析；建
立新的断裂判据；断裂力学参量的计算与实验测定，其中 包括材料的力学性能新指标——断裂韧性及其测定，断裂 机制和提高材料断裂韧性的途径等。
➢ 温度对韧脆转变影响显著，这是由于温度对正断
强度影响不大，而对屈服强度影响甚大 。
➢ 随着温度升高，断裂应力变化不大，而屈服强度
变化很大，σc和σs交点就是韧—脆转变温度，低 于此温度是无屈服的断裂，即脆断；高于此温度 是韧断。
➢ 提高加载速率起着与温度相反的作用。加载速率
提高，容易激发解理断裂，即使是微孔聚合的延 性断裂机理，微孔聚合的模式也只能是快速剪切 裂开，因而增加了脆性倾向。
叶轮中的I型裂纹
34
联接螺栓中的II型裂纹
35
4.4.2 应力强度因子KI和断裂韧性KIc
裂纹尖端应力应变场分析得裂纹尖端应力场的
一般表达式：
(I) ij
KI 2r
f (I) ij
K I Y a
中心贯穿裂 纹无限大板
36
4.4.2 应力强度因子KI和断裂韧性KIc
K I a K II a
2. 测试设备和方法
测试的装置如图所示。测试时，通过载荷传感器和位移 传感器以及动态电阻应变仪和函数记录仪，连续记录负 荷F和裂纹嘴张开位移v，从而得到F—v曲线。由此曲 线如果能定出临界载荷Fc以及由断口上测定的裂纹长度 a，代入确定的KIc计算公式，就可以求得材料的断裂韧 性KIc值。
50
KIc测试装置系统
15
沿晶断裂断口形貌
16
4.2.1 延性断裂特征及过程
➢ 延性断裂的微观特征是韧窝形貌。在电子显微镜下，可以
看到断口由许多凹进或凸出的微坑组成。在微坑中可以发 现有第二相粒子。
➢ 一般情况下，断口具有韧窝形貌的构件，其宏观断裂是韧
性的，断口的宏观形貌大多呈纤维状。
➢ 延性断裂的过程是：“微孔形核—微孔长大——微孔聚合”
解理台阶的侧面汇合而形成的。 “河流”的流向与裂纹扩展方向一 致。
➢ 在通过扭曲晶界或大角度晶界时，由于相邻晶粒内解理面的位向差
很大，裂纹在晶界受阻，裂纹尖端的高应变能激发了在晶界另一侧 面的解理裂纹成核，即出现了新的河流花样，而且往往数量大增。
➢ 解理断裂的另一个微观特征是舌状花样，它是解理裂纹沿孪晶界扩
材质、应力状态和环境等因素而相互转化。
➢ 常见的脆性断裂有解理断裂和晶间断裂。
4
4.1.1 解理断裂
➢ 解理断裂是材料在拉应力的作用下，由于原子间结合键遭到破坏，
严格地沿一定的结晶学平面（即所谓“解理面”）劈开而造成的。
➢ 解理面一般是表面能最小的晶面，且往往是低指数的晶面。 ➢ 解理断口的宏观形貌是较为平坦的、发亮的结晶状断面。 ➢ 在电子显微镜下，解理断口的特征是河流状花样。河流状花样是由
K III a
37
应力强度因子的临界值
K Ic
是材料本身的固有属性
KIc Y c a
KIc Y ac
断裂韧性随板厚的变化
38
一些工程材料在常温下的KIc值
39
4.4.2 应力强度因子KI和断裂韧性KIc
➢ 脆性断裂的K准则:
第04 金属的断裂韧性
r0
K s
2
2
（平面应力）
（4-10）
2
1 2
2
K s
（平面应变）
ν一般为0.3，可见平面应变的塑性区宽度仅为 平面应力的1/6。∴平面应变的应力场比平面应力
的硬，塑性区最小。 ≤r0区域的材料产生屈服。
不是线性关系，上述K判据不再适用。
25
但是当塑性区很小时，作简单处理后，仍然 采用弹性力学计算，处理这个小塑性区的过程称 为塑性区修正。 试验表明：如果塑性区尺寸较裂纹尺寸a和静
截面尺寸为小时（小一个数量级以上，即在小范
围屈服下），只要对KⅠ进行适当修正，裂纹尖端
附近的应力应变场的强弱程度仍可用修正的KⅠ来
1
二、传统塑性指标数值的大小只能凭经验。
1、传统塑性指标δ（A）、ψ（Z）、Ak 、tk
值，只能定性地应用，无法进行计算，只能凭经
验确定。
2、取值过高，强度水平下降，浪费材料。
◆中、低强度钢材料中小截面机件即属于此类情 况； ◆而高强度钢材料机件及中、低强度钢的大型件 和大型结构，这种办法并不能确保安全。
第四章
金属的断裂韧性
引 言
一、按照许用应力设计的机件不一定安全。 1、按照强度储备方法确定机件的工作应力， 即 0.2 ，设计的零件应该不会产生塑性变形
n
更不会发生断裂。 2、高强度钢制成的机件以及中、低强度钢 制成的大型机件有时会在远低于屈服强度的状态
下发生的脆性断裂——低应力脆性断裂。
量和应变分量。
13
应力分量
x y
KI cos (1 sin sin 2 2 2 r KI cos (1 sin sin 2 2 2 r ( x y )(平面应变) 3 ) 2 3 ) 2
第一章 材料在静载下的力学行为3(4.1金属的断裂)
沿晶断裂的断口形貌呈冰糖状，有时也称“萘状断 口”，上左图为18CrNiWA钢的冰糖状断口。 如晶粒很细小，则肉眼无法辨认出冰糖状形貌，此 时断口一般呈晶粒状，颜色较纤维状断口明亮，但 比纯脆性断口要灰暗些。 穿晶断裂和沿晶断裂有时可以混合发生。
剪切断裂与解理断裂
(1)剪切断裂是金属材料在切应力作用下沿滑 移面分离而造成的滑移面分离断裂，其中又 分滑断(纯剪切断裂)和微孔聚集型断裂。
(2)解理断裂
解理断裂是金属材料在一定条件下(如低温)，当外 加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体 学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故 称此种晶体学平面为解理面。 一般在体心立方、密排六方金属中发生，而面心立 方金属只在特殊情况下才发生。 解理面一般是低指数晶面或裸露后表面能最低的晶 面。 解理断裂总是脆性断裂，但有时在解理断裂前也显 示一定的塑性变形，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而言，脆性断裂则指 断裂的宏观性态。
1．甄纳－斯特罗位错塞积理论
在滑移面上的切应力作用下， 刃型位错在晶界前受阻并互 相靠近形成位错塞积,如果 塞积头处的应力集中不能为 塑性变形所松弛，当切应力 达到某一临界值时,塞积头 处的最大拉应力能够等于材 料理论断裂强度而形成高nb、 长为r的楔形裂纹。
解理裂纹的形成，并不意味着裂纹将迅速扩 展而导致金属材料完全断裂。 柯垂耳用能量分析法推导出解理裂纹扩展的 临界条件为
放射区的形成过程
纤维区中裂纹扩展是很慢的，当其达到临界尺寸后 就快速扩展而形成放射区。 放射区有放射线花样特征。放射线平行于裂纹扩展 方向而垂直于裂纹前端(每一瞬间)的轮廓线，并逆 指向裂纹源。 撕裂时塑性变形量越大，则放射线越粗。对于几乎 不产生塑性变形的极脆材料，放射线消失。 温度降低或材料强度增加，由于塑性降低，放射线 由粗变细乃至消失。
金属材料韧性名词解释汇总
金属材料韧性名词解释汇总引言金属材料韧性是描述金属材料在受力条件下抵抗断裂的能力。
在工程领域中，韧性是一个重要的材料性能指标，它直接影响到材料的使用寿命和应用范围。
本文将对金属材料韧性相关的名词进行解释和汇总，以帮助读者更好地理解该领域的知识。
1. 韧性韧性指的是材料在受力下能够发生塑性变形而不断裂的能力。
韧性取决于材料的弯曲、拉伸和扭转等性能，在实际应用中，韧性主要通过材料的延伸、断面收缩等指标来表征。
2. 断裂韧性断裂韧性是指材料在断裂前能够承受的能量，通常用断裂韧性指数来表示，可以通过冲击试验等实验手段进行测量。
断裂韧性的高低直接关系到材料的抗断裂能力，需要综合考虑材料的强度和延展性等因素。
3. 冲击韧性冲击韧性是指材料在承受冲击载荷时的抵抗能力。
冲击韧性主要用于描述材料在低温和高速加载下的性能，决定材料的抗冲击能力和抗振动能力。
常用的测试方法有冲击弯曲试验和冲击拉伸试验等。
4. 韧性转变温度韧性转变温度是指材料从脆性向韧性转变的临界温度。
在一定温度范围内，材料的韧性取决于温度的变化。
低于韧性转变温度时，材料更加脆性，容易发生断裂；高于韧性转变温度时，材料的韧性较好，能够发生塑性变形。
5. 韧性断裂韧性断裂是指材料在受力条件下经历塑性变形后断裂。
与脆性断裂相比，韧性断裂具有相对较高的能量吸收能力，能够减轻出现断裂的可能性。
韧性断裂通常发生在材料的高应变和高应力区域，可以通过断口形貌的观察来判断。
6. 金属材料的韧性影响因素金属材料的韧性受到多种因素的影响，包括以下几个方面：•晶体结构：晶体结构的不同会影响金属材料的变形能力和断裂方式。
•温度：温度的升高会导致金属材料的韧性增加，因为高温下分子相对运动能力增强。
•缺陷和纯度：材料中存在的缺陷（如气泡、裂纹等）会降低其韧性，高纯度的金属材料通常具有较好的韧性。
•加工和热处理：适当的加工和热处理能够提高金属材料的韧性，如冷变形和退火处理等。
结论金属材料的韧性是一个重要的性能指标，影响着材料的使用寿命和适用领域。
金属材料的断裂韧性-材料力学性能
1
主要内容
1.应力场强度因子 2.断裂韧性的影响因素 3.裂纹尖端塑性区及其修正 4.裂纹扩展的能量释放率 5.平面应变断裂韧性KIC的测定
2
一、应力场强度因子
1、裂纹体的三种断裂模式 （1）张开型 －I型（2）滑开型－II型（3）撕开型－III型
张开型－I型 正应力垂直于裂纹面 扩展方向与正应力垂直
都可做断裂判据
KIC易测 GIC难测
18
五、平面应变断裂韧性KIC的测定
1、试样制备 制备要求：1）预制疲劳裂纹 2）试样有足够厚度
19
试样类型
试样厚度
裂纹长度
韧带宽度
KIC为材料断裂韧性的估算值或类似材料的断裂韧性值 20
2、测试方法 试验装置
条件断裂韧性KQ的计算公式 三点弯曲试样
载荷－裂纹口张开位移曲线 紧凑拉伸试样
PQ－试样断裂或裂纹失稳扩展时的载荷
21
临界载荷PQ的确定
裂纹长度a的确定
有效性检验： KQ = KIC （1） （2）
a = (a2 + a3 + a4) / 3 注：a与(a1 + a5) / 2的 差小于10％
22
金属材料的断裂韧性 小 结
一、应力场强度因子
1. 裂纹体的三种断裂模式 2. 裂纹尖端应力场 3. 应力场强度因子KI的物理意义
10
1、裂纹尖端塑性区大小
米赛斯屈服判据
平面应力状态
平面应变状态
θ= 0时
θ= 0时
表面塑性区大，平面应力状态
中心塑性区小，平面应变状态
11
2、应力松弛对塑性区的影响
应力松弛效应： σy达到σys以后，把高出的
材料力学性能_第四章
4.2 裂纹体的应力分析
线弹性断裂力学研究对象是带有裂纹的线弹性体。严格 讲，只有玻璃和陶瓷这样的脆性材料才算理想的弹性体。 为使线弹性断裂力学能够用于金属，必须符合金属材料 裂纹尖端的塑性区尺寸与裂纹长度相比是一很小的数值条 件。 在此条件下，裂纹尖端塑性区尺寸很小，可近似看成理 想弹性体。 在线弹性断裂力学中有以Griffith-Orowan为基础的能量 理论和Irwin为应力强度因子理论。
小，消耗的变形 功也最小，所以
平面应力
裂纹就容易沿x方
向扩展。
4.5 裂纹尖端的塑性区
为了说明塑性区对裂纹在x方向扩展的影响。
当 ＝0（在裂纹面上），其塑性区宽度为：
r0 (r ) 0
1 KI 2 ( ) 2 s
K1 y r ,0 2r
4.5 裂纹尖端的塑性区
由各应力分量公式也可直接求出在裂纹线上的
切应力平行于裂纹 面，而且与裂纹线 垂直，裂纹沿裂纹 面平行滑开扩展。
III型（撕开型）断裂
切应力平行作用于 裂纹面，而且与裂 纹线平行，裂纹沿 裂纹面撕开扩展。
4.2 裂纹体的应力分析
4.2.2 I型裂纹尖端的应力场
裂纹扩展是从其尖端开始向前进行的，所以应该分析裂纹 尖端的应力、应变状态，建立裂纹扩展的力学条件。
4.2 裂纹体的应力分析
4.2.1 裂纹体的基本断裂类型
在断裂力学分析中，为了研究上的方便，通常 把复杂的断裂形式看成是三种基本裂纹体断裂的组 合。 I 型（张开型）断裂 （最常见 ）
拉应力垂直于裂纹面扩展面，裂纹沿作用力方向 张开，沿裂纹面扩展。
4.2 裂纹体的应力分析
II 型（滑开型）断裂
根据应力强度因子和断裂韧性的相对大小，可以建 立裂纹失稳扩展脆断的断裂K判据，平面应变断裂最 危险，通常以KIC为标准建立，即： 应用：用以估算裂纹体的最大承载能力、允许的裂 纹尺寸，以及材料的选择、工艺优化等。
第四章 金属的断裂韧性
第四章 金属的断裂韧性1. 名词解释：⑴ 低应力脆断；⑵ 张开型（Ⅰ型）裂纹；⑶ 应力场强度因子 （4）裂纹扩展K 判据；（5） 裂纹扩展能量释放率；（6） 裂纹扩展G 判据 （7）小范围屈服；（8） 塑性区；（9） 有效屈服应力；（10）等效裂纹；2. 传统强度设计与线弹性断裂力学性能设计的基本思路有何差异？它们在实零件设计中的应用各有何局限性？3. 何谓“低应力脆断”？为什么会产生低应力脆断？4. 何谓“应力场强度因子”？ “断裂韧性”？它们的物理意义是什么？量纲是什么？5. 什么是平面应力状态？什么是平面应变应力状态？实际构件承载时哪些可以看成是平面应变应力状态？6. 说明IC I K a Y K ≥⋅=σ，式中各符号所代表的物理意义？这一不等式可以解决哪些问题？7. 设有两条Ι型裂纹，其中一条长为4a ，另一条长为a ，若前者加载至σ，后者加载至2σ,试问它们裂纹顶端附近的应力场是否相同，应力场强度因子是否相同？8. 改善材料断裂韧性的途径？9. 对实际金属材料而言，裂纹顶端形成塑性区是不可避免的，由此对线性弹性断裂力学分析带来哪些影响。
反映在 试验测定上有何具体要求。
10. 有一大型板件，材料的σ0.2=1200MPa ，K IC =115 MPa·m 1/2，探伤发现有20mm长的横向穿透裂纹，若在平均轴向应力900MPa 下工作，试计算K I 和塑性区宽度并判断该件是否安全。
11. 有一构件加工时，出现表面半椭圆裂纹，若a=1mm,a/c=0.3，在1000MPa 的应力下工作，对下列材料应选哪一种？σ0.2/ MPa 1100 1200 1300 1400 1500KIC/MPa·m 1/2110 95 75 60 5512. 已知裂纹长2a=8mm ，σ=400MPa ，若取Y 为0.8636，求K 1？13. 某高压气瓶壁厚18mm ，内径380mm ，经探伤发现沿气瓶体轴向有一表面深裂纹，长 3.8mm ，气瓶材料在-40℃时的抗拉强度为86 Kgf/mm 2，K IC = 166Kgf/mm 23，试计算在-40℃时临界压力是多少？（提示：可把表面深裂纹看作穿透裂纹）。
材料力学中的断裂与韧性
材料力学中的断裂与韧性材料力学作为一门关于物质内部结构和力学行为的科学，对于材料的性能与可靠性有着重要的影响。
其中，断裂与韧性是材料力学中一个十分关键的概念。
断裂指的是材料在外界施加力的作用下出现破裂的现象，而韧性则是指材料的抵抗断裂破坏的能力。
本文将从材料的断裂机制、断裂韧性的影响因素以及提高材料韧性的方法等方面加以论述。
一、材料的断裂机制材料断裂机制是指材料在承受外力作用下，因内部结构破坏而发生断裂的过程。
一般来说，材料的断裂机制可以分为韧性断裂和脆性断裂两种情况。
韧性断裂多见于金属等延展性材料，其断裂过程具有典型的韧性特征。
在外力的作用下，材料会先发生塑性变形，从而使得应力集中区域得到缓和。
随着外力的不断增加，应力集中区域逐渐扩大，并伴随着微裂纹的形成和扩展。
当微裂纹沿着材料内部继续扩展，最终导致材料的完全破裂。
需要注意的是，韧性断裂一般伴随着较大的能量吸收过程，因此对于抗震等要求韧性的工程结构，选择具有良好韧性的材料是十分重要的。
脆性断裂则多见于陶瓷、混凝土等脆性材料。
该类材料的断裂过程没有明显的塑性变形区域，而是在外力作用下直接发生破裂。
通常来说，脆性断裂的特点是断裂韧性较低，能量吸收较小。
二、影响材料韧性的因素材料的韧性不仅与材料本身的性质有关，同时也受到外界条件和应力状态的影响。
以下是一些影响材料韧性的常见因素：1.结构层次：材料的内部结构和组织对其韧性有着很大的影响。
晶粒的尺寸、形状以及晶界的性质等都会对材料的韧性产生影响。
一般来说，晶粒尺寸越小、晶界越多越强，材料的韧性也会相对提高。
2.材料纯度：杂质和夹杂物是影响材料韧性的重要因素。
杂质和夹杂物会引起应力集中，从而导致微裂纹的形成和扩展。
因此，材料的纯度对韧性有着直接的影响。
3.应力状态：不同的应力状态对材料的韧性有着直接影响。
例如，拉伸和压缩状态下的材料韧性表现可能不同。
此外，不同应力速率下材料的断裂行为也可能有所不同。
三、提高材料韧性的方法提高材料的韧性是工程实践中的一项重要任务。
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能主要包括以下几个方面：
1. 强度：金属材料的强度是指它抵抗外力的能力。
通常用屈服强度、抗拉强度或抗压强度来表示材料的强度。
2. 延展性：金属材料的延展性是指其在受力下能够发生塑性变形的
能力。
常用的评价指标有伸长率、断面收缩率和断裂延伸率。
3. 硬度：金属材料的硬度是指其抵抗局部划痕或压痕的能力。
常用
的硬度测试方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。
4. 韧性：金属材料的韧性是指其抵抗断裂的能力。
韧性与强度和延
展性密切相关，一般用冲击韧性和断裂韧性来评价材料的韧性。
5. 塑性：金属材料的塑性是指其在受力作用下发生可逆形变的能力。
塑性是金属材料特有的力学性能，它使得金属材料可以制成各种形状。
6. 疲劳性能：金属材料的疲劳性能是指其在交变或周期性载荷下抵抗疲劳损伤的能力。
疲劳性能的评价指标包括疲劳寿命和疲劳极限等。
不同的金属材料具有不同的力学性能，这些性能会受到材料的化学成分、晶体结构、热处理和加工工艺等因素的影响。
因此，在选择和使用金属材料时，需要根据具体的工程要求和环境条件来考虑其力学性能。
材料力学性能-第四章-金属的断裂韧度(4)
公式进行判断：
ac
0.25
KIC
2
2021年10月21日 星期四
第四章 金属的断裂韧度
1、高强度钢的脆断倾向 这类钢的强度很高，0.2≥1400MPa，主要用于航 空航天，工作应力较大，但断裂韧度较低，如18Ni马 氏体时效钢，0.2=1700MPa，KIC=78MPa·m1/2，若工 作应力=1250MPa时，利用上述公式可得ac=1mm，这 样小的裂纹在机件焊接过程中很容易产生，用无损检 测方法也容易漏检，所以此类机件脆断几率很大，因 此在选材时在保证不塑性失稳的前提下，尽量选用0.2 较低而KIC较高的材料。
B工艺：/0.2=1400/2100=0.67<0.7，故不必考虑
塑性区修正问题。由公式 KIC YcB a
可得： cB
1 Y
KIC a
Φ 1.1
KIC
a
1.273
47
1.1 3.14 0.001
971MPa
与其工作应力=1400MPa相比， cB< ，即工
作时会产生破裂，说明B工艺是不合格的，这和
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第四章 金属的断裂韧度
其0.2=1800MPa，KIC=62MPa·m1/2，焊接后发现焊缝
中有纵向半椭圆裂纹，尺寸为2c=6mm，a=0.9mm，
试问该容器能否在p=6MPa的压力下正常工作？
t
D
解：根据材料力学理 论可以确定该裂纹受 到的垂直拉应力：
pD 61.5 900MPa
趋于缓和，断裂机理不再发生
变化。
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第四章 金属的断裂韧度
7.应变速率：应变速率έ具有 KIC
与温度相似的效应。增加έ相 当于降低温度，使KIC下降，
工程材料强度、断裂及断裂韧性
4-1-5 强度(strength)、断裂及断裂韧性 1、基本概念 Concept
（1）强度：材料抵抗形变和断裂的能力。 材料的内部应力：拉伸、压缩、剪切 强度分为：拉伸强度、压缩强度、剪切强度 加载特征分为：弯曲、扭曲、冲击、疲劳 未到破坏强度，形变而失去承载能力（屈服、屈曲） （2）断裂和韧性( fracture and toughness) 断裂是主要破坏形式，韧性是材料抵抗断裂的能力。 断裂韧性 材料抵抗其内部裂纹扩展能力的性能指标； 冲击韧性 材料在高速冲击负荷下韧性的度量。二者间存在 着某种内在联系。 实际应用中，材料的屈服、断裂 是最值得引起注意的 两个问题，
SOLUTION (a) The modulus of elasticity is the slope of the elastic or initial linear portion of the stress–strain curve.
In as much as the line segment passes through the origin, it is convenient to take both 1 and 1 as zero. If 2 is arbitrarily taken as 150 MPa, then 2 will have a value of 0.0016. Therefore,
拉伸模量 MPa 820~930
2740~3460 650~2840 3140 1130~1380 2450~4120 3140~3240 2550
抗弯强度 MPa 24.5~39.2
60.0~87.4 24.8~93.0 89.8~117.5 41.4~55.2 69.2~110.4 98.0~108.0 98.0