金属力学性能04.ppt

金属力学性能;S6-1断裂力学的产生背景; 经过传统强度理论严格设计的结构，为什么不断出现断裂呢？;上述典型事故中，脆性断裂总是由宏观裂纹引起的；

这些裂纹要么由冶金夹杂物及加工和装配引起，要么由疲劳载荷及工作环境引起；

对于大多数结构和零件来说，宏观裂纹的存在是不可防止的；

含裂纹材料的强度，取决于材料对裂纹扩展的抗力，这种抗力由材料的内部属性决定。;S6-2Griffith理论;Griffith理论：;Griffith判据：;Griffith理论的缺乏与修正：;S6-3线弹性断裂力学根本原理;2.裂纹尖端应力场;3.应力场强度因子;4.断裂韧性和脆断判据;K判据与Griffith判据之关系？;K判据的应用;5.裂纹尖端塑性区与KI的修正;X轴上塑性区宽度：;应力松弛对塑性区尺寸的影响：;塑性区修正：;6.裂纹扩展能量释放率;S6-4裂纹体的断裂过程;习题七：比照分析Griffith理论与裂纹失稳断裂判据及其应用。;S6-5断裂韧性的测定及其影响因素;载荷-裂纹张开位移(P-V)曲线;注意：;2.影响因素;最大应力值：;2.疲劳断裂的特点

?疲劳断裂是一种低应力脆断，断裂应力低于材料的屈服强度，甚至低于材料的弹性极限

?断裂前没有明显的塑性变形，即使伸长率δ和断面收缩率ψ很高的塑性材料也是如此

?裂纹萌生、扩展和最后断裂三阶段明显，是一个较长期的开展过程；

?疲劳断裂对材料的外表和内部缺陷非常敏感，裂纹萌生于外表缺陷处；

?实验数据分散性较大。;1988年，美Aloha航空一架波音737-200在飞行中顶部脱落。

影片“九霄惊魂”〔MiracleLanding〕;3.疲劳断口特征;不同应力载荷下的断口;微观特征：;旋转弯曲疲劳试验装置;疲劳试件;S－N曲线;S－N曲线;疲劳寿命设计：;疲劳试验数据离散性;疲劳试验数据的统计处理：;S7-3低周疲劳;2.应力-应变循环;3.?-N曲线;S7-4疲劳断裂过程;晶界萌生裂纹;夹杂物或第二相界面开裂;2.疲劳裂纹扩展;S7-5疲劳裂纹扩展速率;S7-5疲劳裂纹扩展速率;疲劳裂纹扩展寿命的估算：;S7-6材料疲劳抗力的影响因素;习题八：试分析宏观疲劳行为、疲劳裂纹扩展行为，比照说明如何基于上述行为进行疲劳寿命设计及其应用。;S8-1高温下力学行为特点;高温软化原因：

——晶格阻力下降，原子活动能力提高

(1)位错运动障碍↓；

(2)位错运动方式↑：交滑移、攀移；

(3)回复、再结晶等软化；

(4)新的形变机制(晶界运动等)。;〔1〕动态回复

动态回复是在热变形过程中发生的回复，金属即使在远高于静态再结晶温度下塑性变形时一般也只发生动态回复。

〔2〕动态再结晶

动态再结晶是在热变形过程中发生的再结晶，与静态再结晶一样，也是通过形核和生长来完成的。它容易发生在层错能较低且有较大热变形程度的金属上。;热塑性变形机制：;晶界滑动：;图4-11扩散蠕变示意

a〕空位和原子的移动方向b〕晶内扩散c〕晶界扩散;热塑性变形的主要机理仍然是晶内滑移；由于晶界滑动和扩散蠕变作用的增加，再加之变形时会产生动态回复和再结晶。因此，热态下金属塑性变形能力比冷态下高，变形抗力较低。;高温力学行为的典型时间效应：;S8-2高温蠕变及其断裂过程;蠕变速度：;2、蠕变机制;3、蠕变断裂过程;蠕变断裂特征：;机制一：在三晶粒交会处形成楔形裂纹

高应力，较低温度下，晶界滑动在三晶粒交汇处受阻→应力集中→形成空洞→相互连接形成楔形裂纹→长大→引起断裂;机制二：在晶界上由空洞形成晶界裂纹

较低应力，较高温度下，当晶界受垂直拉应力作用时，周围晶界或晶粒内部的空穴聚集于此晶界，形成空洞核心→空洞超过临界尺寸〔r〕而稳定存在→长大→引起断裂。

空洞位置：晶界上的凸起部位，细小的第二相质点附近，〔晶界夹杂物〕;晶界滑动形成空洞示意图

a〕晶界滑动与晶内滑移带交割；b〕晶界上存在第二相质点;2、蠕变极限

高温持续载荷作用下，材料塑性变形抗力指标——引入蠕变极限;蠕变极限的表示方法一：;蠕变极限的表示方法二：;3、持久强度

蠕变极限：高温长期载荷下对塑性变形的抗力〔考虑了变形量〕

持久强度：

高温长期载荷下对断裂的抗力〔不考虑变形量〕;持久强度

在给定温度T下，到达规定的持续时间τ而不发生断裂的最大应力，以MPa表示。;应力松弛曲线;

〔1〕剩余应力σsh是评定金属材料松弛稳定性的指标

——剩余应力愈高，松弛稳定性愈好。

〔2〕松弛