金属材料的断裂韧度参考幻灯片

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第五章--冲击韧性PPT课件

第五章--冲击韧性PPT课件
❖ 当加载速度提高时,塑性变形来不及充 分进行。
❖ 在冲击载荷下,塑性变形比较集中在某 些局部区域,从而会导致塑性变形极不 均匀。塑性变形极不均匀,必然限制塑 性变形的发展,导致变形抗力(主要是 屈服强度)提高。
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变形速度对断裂的影响
❖ 变形速度增加时,断裂过程的变化比较复杂, 塑性的变化与断裂方式有关:
从而导致脆性断裂。
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❖ 实际上,即使在解理断裂中,裂纹形核 也是塑性变形的结果,而当应力达到 c 时(c<s)尚无裂纹成核,不满足裂纹 失稳的充分条件。因此,只有当应力继
续增大到s时,因塑性变形使裂纹成核 和裂纹扩展同时进行,即断裂强度与屈 服强度重合,材料呈脆性断裂。
因此,Tk称为冷脆转变温度。
❖ 若塑性功占比例很大,裂纹扩展的撕裂功 也大,则断口则是以呈纤维状为主的韧性 断口。
❖ 因此,Ak值的大小并不能直接反映材料的 韧或脆的性质,只有其中的塑性功,特别 是撕裂功的大小才显示材料的韧性本质。
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冲击实验的应用
❖ 冲击试验采用了缺口试样,在缺口根部由于三向应力的 形成,使所处的应力状态变“硬”,加之冲击加载在缺 口根部形成很高的应变速率,这些作用提高了材料的脆 化倾向,而且这种脆化倾向主要是缺口所致(因为冲击 加载使缺口周围区域产生塑性变形,而松弛应力集中的 过程来不及进行)。所以,从这个意义上说,冲击吸收 功主要是反映材料的缺口敏感性。
❖ 主要机制与位错被钉扎有关。当位错运动与其它 位错交割或因遇到内应力峰而受阻从而暂时停滞 时,在一定温度下溶质原子可借热激活而扩散并 重新在位错周围聚集形成气团,钉扎位错使之运 动受到更大的阻力,相应地提高变形抗力,并使 塑性下降而呈现出脆性。
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❖重结晶脆性是在A1 A3温度区间,钢 中为+二相混合组织,冲击值降低 的现象。

金属断裂韧PPT教案

金属断裂韧PPT教案
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19
同样,可以计算平面应变塑性区宽度为:
塑性 区宽 度
R0
( K
s
)2
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2.有效裂纹及KI的修正
当 塑 性 区 一 经产生 并且修 正之后 ,原来 裂纹尖 端的应 力分布 已经改 变。原 来的应 力分布 为DBC线 ,现 改变为 ABEF线 。
虚拟有效裂纹长度a+ry代替实际裂 纹长度。
金属断裂韧
高 强度材 料
宏 观尺寸 的裂纹 扩展
夹杂


焊 接质量 不高
经 过焊接 大 型构件
原因
意 外事故
应 力集中
列车
屈 服前断 裂
轮船
飞机
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2
传 统设计
σ许 ≤σs /n

实 际材料
宏 观裂纹
断 裂强度
应 力应变 场
裂 纹体的 断裂力 学
断 裂判据
断 裂韧性
断 裂机制
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向) y x θ=0 xy 0
k1
2r
拉应力分量最大;切应力分
量为0;
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∴裂纹最易沿X轴方向扩展。
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(二)应力场强度因子KI
由 应 力 分 量的 表达式 可知, 对于某 一确定 的点, 其应力 分量就 由KI决 定;KI越 大, 则应力 场各应 力分量 越大∴ KI值可 以反映 应力场 的强弱 程度, 称之为 应力场强度因子。
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主要内容
第一节 线弹性条件下的断裂 韧度
第二节 断裂韧度的测试 第三节 影响断裂韧度的因素 第四节 断裂韧度在工程上的
应用 第五节 弹塑第性3页/共条86页件下的断裂

韧性断裂PPT课件

韧性断裂PPT课件

多个微裂纹通过滑移长大、聚集 连接,扩展过程需要消耗大量能 量
宏观:平行于最大剪切应力或垂 直于最大主应力方向 微观:穿晶
通过滑移变形慢速扩展
沿晶分离(可能伴有微量塑性 变形),或沿一定晶面快速劈 开,扩展过程只需要很少能量 宏观:垂直于正应力 微观:沿晶、解理
通过沿晶分离或解理快速扩展
断裂控制因素 应变控制 ε> εf
应力控制 σ> σf
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项目
断口形态
断口颜色 塑性变形
断裂原因
韧性断裂和脆性断裂的比较
韧性断裂
脆性断裂
宏观:纤维状 微观:蛇形滑移、涟波、延伸、 韧窝
粗糙、灰暗
宏观:放射状(人字纹)、颗粒 状
微观:解理扇形、河流、舌状花 样、沿晶韧窝、岩石状
细瓷状、光亮
伴有大量塑性宏观变形:拉伸— —缩颈,扭转——扭角,冲击— —转角,弯曲——挠度,压缩— —镦粗
2)纤维区是断裂过程中某瞬间的裂纹前沿, 各排纤维的法线方向代表裂纹扩展方向,沿此 方向可以找到冲击力作用点。
3)微观上成撕裂型韧窝,匹配断口上韧窝 弯曲方向相同,且被拉长。
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4、压缩
1)断口为剪切型。 2)裂纹走向与正应力成45°。 3)微观断口上出现半弧形韧窝,匹配断口 上弯曲方向相反。
过载或强度不足
无宏观塑性变形
材质:白点、分层、夹杂 工艺:过热、过烧、回火脆、焊 接脆、时效脆等 环境:应力腐蚀、氢脆、低温脆 应力:低应力脆断、应力状态过 硬引起的脆断
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感谢您的观看!
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不同形状的韧窝 第11页/共22页
无夹杂韧窝
有夹杂韧窝 第12页/共22页

材料失效分析(第二至四章-解理断裂与沿晶断裂)ppt课件

材料失效分析(第二至四章-解理断裂与沿晶断裂)ppt课件
扭转晶界——在亚晶界出产生新的裂纹,河流激增
大角度晶界:河流不能通过,在晶界出产生新的裂纹,向外扩展 ,
形成扇形花样
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精品课件
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大角度晶界,扇形花样
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3、舌状花样
特点:形状象“舌头”,一般在钢铁材料中成组出 现。
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形成机理:
解理裂纹沿着孪晶面{112}产生二次解理及局部塑性变 形撕裂的结果。在低温、高速变形时容易发生孪生变形, 也就容易出现舌状花样。
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例1: 1、结晶状脆性断口(过热脆性结晶状断口) 2、产生原因:
①锻造温度过高,使原奥氏体晶粒过分粗大。 ②压下量不足,终锻温度过高,晶粒破碎不够,而再
结晶充分进行并发生了晶粒长大,使晶粒过粗或粗 细不均造成沿晶断裂裂纹所致。 3、正火发生可使晶粒细化,改善锻件质量。
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例2 晶粒过分粗大—细化晶粒处理 晶界弱化——净化晶界 环境介质——改善工作环境 热应力——退火消除
存在确定的位向关系
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准解理裂纹形成机理示意图
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准解理断口形貌
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准解理断口形貌
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第四章 沿晶断裂
1、定义:材料沿晶界(原奥氏体晶界、相界、焊合界面) 发生的断裂。
2、类型:韧性沿晶断裂(沿晶韧断) 脆性沿晶断裂(沿晶脆断)
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3、产生原因
※脆性沉淀相沿晶界析出:钢中的碳化物
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青鱼骨花样、瓦纳线
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§3、影响解理断裂的因素
1、晶体结构 bcc、hcp—易发生解理断裂 fcc——不易发生解理断裂

演示文稿第四章材料的断裂

演示文稿第四章材料的断裂
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理论断裂强度 (P45)
基于弹性变形的双原子
模型给出的原子内结合
力随原子间距的变化关
系可得晶体沿某晶面被
拉开产生纯弹性正断的
理论断裂强度 :
c
E
a0
可见,金属晶体纯弹性正断的理论断裂强度
是由三个材料常数决定的。
❖ 例:纯铁的理论断裂强度为40000MPa,经过一系列强化
,实际断裂强度也大致在2000 MPa左右。
如图,设有一单位厚度的无限宽 平板,先使其受均匀拉应力作用 而弹性伸长后,将两端固定形成 一个隔离系统。然后在此平板上 开一垂直于拉应力的、长度为2a 的裂纹,则平板内总能量为:
U U0 Ue Ur
释放的弹性应变能:U e
2a 2
E
裂纹新表面形成消耗的能量:U r 2(2a s ) 4a s
则系统总能量:
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4.2裂纹体的断裂强度-Griffith准则
❖ Griffith理论的出发点: 假定在实际材料中已经存在裂纹(可视为裂
纹体),当名义应力很低时,在裂纹尖端的局 部应力已经达到很高数值(达到理论断裂强
度 ),从c 而使裂纹快速扩展并导致材料
脆性断裂。
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Griffith准则
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3.材料脆性或韧性的相对性
工程材料的韧脆是由内在和外在二方面因素共同决定 的。
❖ 内在因素:主要是材料的塑性和强度。如纯铁与玻璃。 前者塑性优良、强度较高,通常呈韧性断裂;后者塑 性差、强度较低,则一般呈脆性断裂。特别是在冲击 条件下。
❖ 外在因素:主要是温度、加载速度和应力状态(加载 方式)等。如:同一灰铸铁材料试样,分别进行拉伸 和硬度(相当于侧压)实验,结果是前者呈脆性断裂, 后者可只压出压痕而不断裂。

金属材料的力学性能PPT课件

金属材料的力学性能PPT课件

材料的ak值愈大,韧性就愈好; 材料的ak值愈小,材料的脆性愈大。 通常把ak值小的材料称为脆性材料 研究表明,材料的ak值随试验温度的降低而降低。
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2. 断裂韧性
低应力脆断 工程零(构)件有时在应力低于许用应力的情况
下也会发生突然断裂,称为低应力脆断。
低应力脆断的原因 由于实际应用的材料中常常存在一些裂纹和本身
缺陷,如夹杂物、气孔等或加工和使用过程中产生 的缺陷,裂纹在应力的作用下失稳而扩展,最终导 致零(构)件断裂。
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1.1.5 疲劳强度
① 疲劳破坏
零件、工具等即使在低于材料屈服强度的交变载荷作用下, 经过一定的循环次数后也会发生突然断裂,这种现象称为疲劳 断裂。 表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力值。
(4)应用:广泛用于科研单位和高校,以及薄件表面硬度 检验。不适于大批生产和测量组织不均匀材料。
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1.1.4 冲击韧性
1. 冲击韧性
是指金属材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。
冲击韧性的测定方法
摆锤式一次冲击试验 小能量多次冲击试验
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摆锤式一次冲击试验 摆锤式冲击实验机
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试验原理
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拉伸试验(应力—应变)曲线
e — 弹性极限点 S — 屈服点 b — 极限载荷点
(缩颈点) K — 断裂点
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拉伸过程变化的三个阶段
(1) 弹性变形阶段 (2) 屈服变形阶段 (3) 强化阶段 (4) 缩颈阶段
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
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弹性与塑性
弹性: 金属材料受外力作用时产生变形,当外力去掉后能回复 其原来形状的性能,叫做弹性。 弹性变形: 随着外力消失而消失的变形,叫做弹性变形。 塑性变形: 在外力消失后留下来的这部分不可恢复的变形,叫 做塑性变形。

材料力学性能课件金属的断裂韧度

材料力学性能课件金属的断裂韧度
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能 第4章 金属的断裂韧度
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K Ic的意义: (1)材料是否断裂的判据
KI > KIc,断裂;KI < KIc,不断裂 (2)断裂韧性K Ic
K Ic 越大,则裂纹体的断裂应力或临界裂纹尺寸越大,表明难以
断裂。K
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能 第4章 金属的断裂韧度
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1、塑性区的形状和尺寸
�Irwin根据Von Mises屈服判据,计算出裂纹尖端塑性区 的形状和尺寸。 �将主应力公式代入Von Mises 屈服准则中,便可得到裂 纹尖端塑性区的边界方程。
σ1
=
σx
+σ 2
y
+
⎛ ⎜⎜⎝
σ
σx
=
k1
(2π r )1/2
cos θ 2
⎡⎢⎣1

sin
θ 2
sin
3θ 2
⎤ ⎥⎦
σ
y
=
k1
(2π r )1/2
cos θ 2
⎡⎢⎣1 +
sin
θ 2
sin
3θ 2
⎤ ⎥⎦
τ xy
=
k1
(2π r )1/ 2
sin θ 2
cos θ 2
cos 3θ 2
�当r→0时,σx,σy,σz,τxy等各应力分量均趋于无穷大 。这实际上是不可能的。对于实际金属,当裂纹尖端附 近的应力等于或大于屈服强度时,金属要发生塑性变形 ,改变了裂纹尖端的应力分布。
图 具有Ⅰ型穿透裂纹无限大板的应力分析
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能 第4章 金属的断裂韧度

第五章:断裂韧性 现代实验力学 教学课件(共11张PPT)

第五章:断裂韧性 现代实验力学 教学课件(共11张PPT)
第三页,共11页。
临界强度(qiángdù)因子
当材料的应力强度因子KI到达某一临界值KIc时, 裂纹体发生失稳扩展。平安判据: KI <=KIc KIc是表征材料抗断裂性能的一个(yī ɡè)材料常数, 通常叫断裂韧性。
第四页,共11页。
常用(chánɡ yònɡ)材料的 KIc
KIc
第五页,共11页。
3.9a/W+2.7a2/w2)]/[2(1+2a/W)(1-a/W)F/(BW1/2)f(a/W) f(a/W)=(2+a/W)[0.886-4.64a/W-
13.32(a/W)2+14.72(a/W)3-5.6(a/W)4]/(1a/W)3/2]
第七页,共11页。
测量(cèliáng)系统:
第八页,共11页。
影响(yǐngxiǎng)断裂韧性的因素
〔1〕晶粒尺寸
晶粒尺寸
强度(qiángdù)和韧性
〔2〕夹杂
夹杂
强度(qiángdù)和韧性
〔3〕组织结构
〔4〕温度和加载速度
第九页,共11页。
第十页,共11页。
复习题
• 什么叫材料(cáiliào)的断裂韧性?通常用什么符号表示, • 断裂韧性通常采用什么方法测试? • 材料(cáiliào)的断裂韧性越大说明材料(cáiliào)塑性越好,
断裂韧性的测试(cèshì)
试件: 〔1〕三点弯曲(wānqū); 〔2〕紧 凑拉伸。
第六页,共11页。
〔KI1=〕FL三/(B点W弯3曲/K2)If(a公/W式) (gōngshì)
F---载荷; L---名义跨距 f(a/W)=3(a/W)1/2[(1.99-a/W)(1-a/W)(2.15-
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