第11講斷裂類型及物理本質(zhì)

1、金屬塑性變形理論Theory of metal plastic deformation 第十一講第十一講Lesson Eleven張貴杰張貴杰Zhang GuijieTel-Mail： 河北理工大學(xué)金屬材料與加工工程系Department of Metal Material and Process EngineeringHebei Polytechnic University, Tangshan 0630092022-2-52第六章 金屬的斷裂 主要內(nèi)容Main Content 斷裂的基本類型及物理本質(zhì) 影響斷裂類型的因素 塑性加工中的各種斷裂現(xiàn)象分析 2022-2

2、-536.1 斷裂的基本類型及物理本質(zhì) 斷裂的概念斷裂的概念 斷裂的基本類型斷裂的基本類型 脆性斷裂脆性斷裂 韌性斷裂韌性斷裂2022-2-546.1.1 斷裂的概念 金屬的斷裂是指金屬材料在變形超過其塑性金屬的斷裂是指金屬材料在變形超過其塑性極限而呈現(xiàn)完全分開的狀態(tài)。極限而呈現(xiàn)完全分開的狀態(tài)。 材料受力時(shí)，原子相對(duì)位置發(fā)生了改變，當(dāng)材料受力時(shí)，原子相對(duì)位置發(fā)生了改變，當(dāng)局部變形量超過一定限度時(shí)，原于間結(jié)合力局部變形量超過一定限度時(shí)，原于間結(jié)合力遭受破壞，使其出現(xiàn)了裂紋，裂紋經(jīng)過擴(kuò)展遭受破壞，使其出現(xiàn)了裂紋，裂紋經(jīng)過擴(kuò)展而使金屬斷開。而使金屬斷開。2022-2-55現(xiàn)象：扁擔(dān)從彈性變形到塑性變

3、形，再到斷裂現(xiàn)象：扁擔(dān)從彈性變形到塑性變形，再到斷裂 飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片從損傷到斷裂飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片從損傷到斷裂斷裂遠(yuǎn)比彈塑性失穩(wěn)、磨損、腐蝕等，更具有危險(xiǎn)性斷裂遠(yuǎn)比彈塑性失穩(wěn)、磨損、腐蝕等，更具有危險(xiǎn)性! 2022-2-56壓力加工制品的斷裂形式壓力加工制品的斷裂形式 2022-2-572022-2-58 金屬塑性的好壞表明了它抑制斷裂能力的高低。金屬塑性的好壞表明了它抑制斷裂能力的高低。 在塑性加工生產(chǎn)中，尤其對(duì)塑性較差的材料，斷裂在塑性加工生產(chǎn)中，尤其對(duì)塑性較差的材料，斷裂常常是引起人們極為關(guān)注的問題。加工材料的表面常常是引起人們極為關(guān)注的問題。加工材料的表面和內(nèi)部的裂紋，以至整體性的

4、破壞皆會(huì)使成品率和和內(nèi)部的裂紋，以至整體性的破壞皆會(huì)使成品率和生產(chǎn)率大大降低。為此，有必要了解斷裂的物理本生產(chǎn)率大大降低。為此，有必要了解斷裂的物理本質(zhì)及其規(guī)律，有效地防止斷裂，盡可能地發(fā)揮金屬質(zhì)及其規(guī)律，有效地防止斷裂，盡可能地發(fā)揮金屬材料的潛在塑性。材料的潛在塑性。 2022-2-596.1.2 斷裂的基本類型 按服役條件分類按服役條件分類 按斷裂應(yīng)變分類按斷裂應(yīng)變分類 按斷裂面取向分類按斷裂面取向分類 按斷口形貌分類按斷口形貌分類 按斷裂路徑分類按斷裂路徑分類（1）過載斷裂）過載斷裂 （2）疲勞斷裂）疲勞斷裂 （3）蠕變斷裂）蠕變斷裂 （4）環(huán)境斷裂）環(huán)境斷裂 （1）韌性斷裂）韌性斷裂

5、（2）脆性斷裂）脆性斷裂 （1）正斷）正斷 （2）切斷）切斷 （1)1)沿晶斷裂沿晶斷裂 （2)2)解理斷裂解理斷裂 （3)3)微孔聚集型斷裂微孔聚集型斷裂 （4)4)準(zhǔn)解理斷裂準(zhǔn)解理斷裂 （5)5)純剪切斷裂純剪切斷裂（1）沿晶斷裂）沿晶斷裂 （2）穿晶斷裂）穿晶斷裂 2022-2-510正斷與剪斷的宏觀與微觀形式正斷與剪斷的宏觀與微觀形式 2022-2-5112022-2-512晶間斷裂晶間斷裂a(bǔ)）和穿晶斷裂）和穿晶斷裂b） 2022-2-513斷裂機(jī)理斷裂機(jī)理脆性斷裂脆性斷裂 韌性斷裂韌性斷裂 1脆性斷口脆性斷口 2理論斷裂強(qiáng)度理論斷裂強(qiáng)度 3Griffith裂紋生長理論裂紋生長理論4脆

6、性斷裂的位錯(cuò)理論脆性斷裂的位錯(cuò)理論1變溫引起的韌變溫引起的韌-脆轉(zhuǎn)變脆轉(zhuǎn)變 2環(huán)境引起的韌環(huán)境引起的韌-脆轉(zhuǎn)變脆轉(zhuǎn)變 3影響韌脆轉(zhuǎn)變的因素影響韌脆轉(zhuǎn)變的因素 脆性脆性-韌性轉(zhuǎn)變韌性轉(zhuǎn)變 1韌性斷口韌性斷口 2微孔成核、長大和聚合微孔成核、長大和聚合 3影響韌性斷裂擴(kuò)展的因素影響韌性斷裂擴(kuò)展的因素 2022-2-5146.1.3 脆性斷裂 根據(jù)斷裂前金屬是否呈現(xiàn)有明顯的塑性變形，可將根據(jù)斷裂前金屬是否呈現(xiàn)有明顯的塑性變形，可將斷裂分為韌性斷裂與脆性斷裂兩大類。通常以單向斷裂分為韌性斷裂與脆性斷裂兩大類。通常以單向拉伸時(shí)的斷面收縮率大于拉伸時(shí)的斷面收縮率大于5%者為韌性斷裂，而小者為韌性斷裂，而小

7、于于5%者為者為脆性斷裂脆性斷裂。 脆性斷裂在斷面外觀上沒有明顯的塑性變形跡象，脆性斷裂在斷面外觀上沒有明顯的塑性變形跡象，直接由彈性變形狀態(tài)過渡到斷裂，斷裂面和拉伸軸直接由彈性變形狀態(tài)過渡到斷裂，斷裂面和拉伸軸接近正交，斷口平齊。接近正交，斷口平齊。 2022-2-515 在單晶體試樣中常表現(xiàn)為沿解理面的解理斷裂。在單晶體試樣中常表現(xiàn)為沿解理面的解理斷裂。 在多晶體試樣中則可能出現(xiàn)兩種情況：在多晶體試樣中則可能出現(xiàn)兩種情況： 一是裂紋沿解理面橫穿晶粒的穿晶斷裂，斷口一是裂紋沿解理面橫穿晶粒的穿晶斷裂，斷口可以看到解理亮面；若晶粒較粗，則可以看到許多可以看到解理亮面；若晶粒較粗，則可以看到許多

8、強(qiáng)烈反光的小平面強(qiáng)烈反光的小平面(或稱刻面或稱刻面)，這些小平面就是解，這些小平面就是解理面或晶界面，可叫做晶狀斷口。理面或晶界面，可叫做晶狀斷口。 二是裂紋沿晶界的晶間斷裂，斷口呈顆粒狀。二是裂紋沿晶界的晶間斷裂，斷口呈顆粒狀。 資料：資料： 所謂解理面，一般都所謂解理面，一般都是晶面指數(shù)比較低的晶面，是晶面指數(shù)比較低的晶面，如體心立方的（如體心立方的（100）面。）面。 2022-2-516解理斷裂成因：解理斷裂成因：原子間結(jié)合鍵遭原子間結(jié)合鍵遭到破壞，沿表面能最小、低指數(shù)到破壞，沿表面能最小、低指數(shù)的晶面（解理面）劈開而成。的晶面（解理面）劈開而成。 解理斷裂特點(diǎn)：解理斷裂特點(diǎn)：（1）斷

9、口呈河流，扇形或羽毛）斷口呈河流，扇形或羽毛狀花樣，如圖示狀花樣，如圖示 螺型位錯(cuò)穿過解理面，遇到第二個(gè)螺位螺型位錯(cuò)穿過解理面，遇到第二個(gè)螺位錯(cuò)，產(chǎn)生臺(tái)階。錯(cuò)，產(chǎn)生臺(tái)階。 （2）舌狀花樣，如圖示）舌狀花樣，如圖示 解理裂紋與孿晶相遇時(shí)，便沿孿晶面發(fā)解理裂紋與孿晶相遇時(shí)，便沿孿晶面發(fā)生局部二次解理，二次解理面與主解理面生局部二次解理，二次解理面與主解理面之間的連接部分?jǐn)嗔?，形成舌狀花樣之間的連接部分?jǐn)嗔?，形成舌狀花?2022-2-517沿晶斷裂特點(diǎn)：沿晶斷裂特點(diǎn)：在斷面上可看到在斷面上可看到晶粒輪廓線或多邊體晶粒的截面晶粒輪廓線或多邊體晶粒的截面圖，如圖示。有時(shí)仍可看到河流圖，如圖示。有時(shí)仍可

10、看到河流或扇形花樣?；蛏刃位?。 沿晶斷裂成因：沿晶斷裂成因：晶粒邊界的結(jié)晶粒邊界的結(jié)合強(qiáng)度遠(yuǎn)比晶內(nèi)要低，脆性裂合強(qiáng)度遠(yuǎn)比晶內(nèi)要低，脆性裂紋就會(huì)擇優(yōu)在晶界形核，并沿紋就會(huì)擇優(yōu)在晶界形核，并沿晶界擴(kuò)展。晶界擴(kuò)展。晶界存在連續(xù)分布的脆性第二相晶界存在連續(xù)分布的脆性第二相 微量有害雜質(zhì)元素在晶界上偏聚微量有害雜質(zhì)元素在晶界上偏聚由于環(huán)境介質(zhì)的作用損害了晶界，如氫脆、應(yīng)力腐由于環(huán)境介質(zhì)的作用損害了晶界，如氫脆、應(yīng)力腐 蝕、應(yīng)力和高溫的復(fù)合作用在晶界造成損傷。蝕、應(yīng)力和高溫的復(fù)合作用在晶界造成損傷。 2022-2-518理論斷裂強(qiáng)度理論斷裂強(qiáng)度 理論斷裂強(qiáng)度是指完整晶體在正應(yīng)力作用下沿其一理論斷裂強(qiáng)度是

11、指完整晶體在正應(yīng)力作用下沿其一晶面拉斷的強(qiáng)度。如圖所示，此強(qiáng)度就是兩相鄰原晶面拉斷的強(qiáng)度。如圖所示，此強(qiáng)度就是兩相鄰原子面在拉應(yīng)力子面在拉應(yīng)力s s作用下克服原子間鍵合力作用，使作用下克服原子間鍵合力作用，使原子面分開的應(yīng)力。原子面分開的應(yīng)力。 2022-2-519 由外力抵抗原子間結(jié)合力所做的功等于產(chǎn)生斷裂新由外力抵抗原子間結(jié)合力所做的功等于產(chǎn)生斷裂新表面的表面能，可以求得理論斷裂強(qiáng)度為：表面的表面能，可以求得理論斷裂強(qiáng)度為： 式中式中 a斷裂面間的原子間距；斷裂面間的原子間距； g g表面能；表面能； E彈性模量。彈性模量。 2022-2-520 對(duì)于鐵，可以估算理論斷裂強(qiáng)度對(duì)于鐵，可以估

12、算理論斷裂強(qiáng)度s smE/10。這個(gè)數(shù)。這個(gè)數(shù)值是很高的，實(shí)際的斷裂強(qiáng)度比這個(gè)值低很多，只值是很高的，實(shí)際的斷裂強(qiáng)度比這個(gè)值低很多，只是它的是它的1/1001/1000。只有毫無缺陷的晶須才能近。只有毫無缺陷的晶須才能近似達(dá)到理論斷裂強(qiáng)度。這一懸殊差別的存在，是因似達(dá)到理論斷裂強(qiáng)度。這一懸殊差別的存在，是因?yàn)椴牧蟽?nèi)部存在有各種缺陷的緣故。為材料內(nèi)部存在有各種缺陷的緣故。 2022-2-521Griffith裂紋生長理論裂紋生長理論 為了解釋實(shí)際斷裂強(qiáng)度和理論斷裂強(qiáng)度的差別，早為了解釋實(shí)際斷裂強(qiáng)度和理論斷裂強(qiáng)度的差別，早在在1920年就提出了這樣的設(shè)想：由于材料中已有現(xiàn)年就提出了這樣的設(shè)想：由于

13、材料中已有現(xiàn)成裂紋存在，在裂紋尖端會(huì)引起強(qiáng)大的應(yīng)力集中。成裂紋存在，在裂紋尖端會(huì)引起強(qiáng)大的應(yīng)力集中。在外加平均應(yīng)力小于理論斷裂強(qiáng)度時(shí)，裂紋尖端已在外加平均應(yīng)力小于理論斷裂強(qiáng)度時(shí)，裂紋尖端已達(dá)到理論斷裂強(qiáng)度，因而引起裂紋的急劇擴(kuò)展，使達(dá)到理論斷裂強(qiáng)度，因而引起裂紋的急劇擴(kuò)展，使實(shí)際斷裂強(qiáng)度大為降低。由于裂紋長度的不同，所實(shí)際斷裂強(qiáng)度大為降低。由于裂紋長度的不同，所引起應(yīng)力集中的程度也不同，對(duì)于一定尺寸的裂紋引起應(yīng)力集中的程度也不同，對(duì)于一定尺寸的裂紋就有一個(gè)臨界應(yīng)力就有一個(gè)臨界應(yīng)力s sc。當(dāng)外加應(yīng)力超過。當(dāng)外加應(yīng)力超過s sc時(shí)，裂紋時(shí)，裂紋才迅速擴(kuò)大，導(dǎo)致斷裂。才迅速擴(kuò)大，導(dǎo)致斷裂。2022

14、-2-522 Griffith從能量條件導(dǎo)出了臨界應(yīng)力從能量條件導(dǎo)出了臨界應(yīng)力s sc值的大小。此值的大小。此能量條件為：裂紋擴(kuò)展所降低的彈性能恰好足以供能量條件為：裂紋擴(kuò)展所降低的彈性能恰好足以供給表面能的增加。給表面能的增加。由此求得裂紋擴(kuò)展的臨界應(yīng)力為：由此求得裂紋擴(kuò)展的臨界應(yīng)力為： 此式即為此式即為Griffith公式，它表明了裂紋傳播的臨界公式，它表明了裂紋傳播的臨界應(yīng)力應(yīng)力s sc和裂紋長度和裂紋長度C的平方根成反比。的平方根成反比。 2022-2-523 Griffith公式與理論斷裂強(qiáng)度公式比較，可知公式與理論斷裂強(qiáng)度公式比較，可知 Griffith公式的物理意義在于：裂紋兩端

15、所引起的應(yīng)公式的物理意義在于：裂紋兩端所引起的應(yīng)力集中，相當(dāng)將外力放大了力集中，相當(dāng)將外力放大了(C/a)1/2倍，使局部區(qū)域倍，使局部區(qū)域達(dá)到了理論斷裂強(qiáng)度達(dá)到了理論斷裂強(qiáng)度s sm，而導(dǎo)致斷裂?；蛘哒f，當(dāng)，而導(dǎo)致斷裂?；蛘哒f，當(dāng)裂紋兩端的應(yīng)力集中程度是外力應(yīng)力的裂紋兩端的應(yīng)力集中程度是外力應(yīng)力的(C/a)1/2倍時(shí)，倍時(shí)，裂紋兩端的應(yīng)力便達(dá)到了理論斷裂強(qiáng)度裂紋兩端的應(yīng)力便達(dá)到了理論斷裂強(qiáng)度s sm ，從而導(dǎo)，從而導(dǎo)致斷裂。由此可見，致斷裂。由此可見， Griffith理論可以說明實(shí)際斷理論可以說明實(shí)際斷裂強(qiáng)度和理論斷裂強(qiáng)度間的差異。裂強(qiáng)度和理論斷裂強(qiáng)度間的差異。 2022-2-524裂紋形

16、核脆性斷裂的位錯(cuò)理論裂紋形核脆性斷裂的位錯(cuò)理論 金屬發(fā)生斷裂，先要形成微裂紋。這些微裂紋主要金屬發(fā)生斷裂，先要形成微裂紋。這些微裂紋主要來自兩個(gè)方面：來自兩個(gè)方面： 一是材料內(nèi)部原有的，如實(shí)際金屬材料內(nèi)部的一是材料內(nèi)部原有的，如實(shí)際金屬材料內(nèi)部的氣孔、夾雜、微裂紋等缺陷；氣孔、夾雜、微裂紋等缺陷； 二是在塑性變形過程中，由于位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)和塞二是在塑性變形過程中，由于位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)和塞積等原因而使裂紋形核。積等原因而使裂紋形核。 隨著變形的發(fā)展導(dǎo)致裂紋不斷長大，當(dāng)裂紋長大到隨著變形的發(fā)展導(dǎo)致裂紋不斷長大，當(dāng)裂紋長大到一定尺寸后，便失穩(wěn)擴(kuò)展，直至最終斷裂。一定尺寸后，便失穩(wěn)擴(kuò)展，直至最終斷裂。 2022

17、-2-525 位錯(cuò)塞積理論位錯(cuò)塞積理論 位錯(cuò)反應(yīng)理論位錯(cuò)反應(yīng)理論 位錯(cuò)墻側(cè)移理論位錯(cuò)墻側(cè)移理論 位錯(cuò)銷毀理論位錯(cuò)銷毀理論2022-2-526位錯(cuò)塞積理論位錯(cuò)塞積理論 位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)過程中，遇到了障礙（如晶界、相界面位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)過程中，遇到了障礙（如晶界、相界面等）而被塞積，在位錯(cuò)塞積群前端就會(huì)引起應(yīng)力集等）而被塞積，在位錯(cuò)塞積群前端就會(huì)引起應(yīng)力集中，若外加切應(yīng)力為中，若外加切應(yīng)力為t t，塞積位錯(cuò)個(gè)數(shù)為，塞積位錯(cuò)個(gè)數(shù)為n，此處應(yīng)，此處應(yīng)力集中為力集中為nt t，這就說明此處的應(yīng)力集中比外加切應(yīng)，這就說明此處的應(yīng)力集中比外加切應(yīng)力大力大n倍，塞積位錯(cuò)越多，應(yīng)力集中程度越大。當(dāng)倍，塞積位錯(cuò)越多，應(yīng)力集中

18、程度越大。當(dāng)此應(yīng)力大于界面結(jié)合力或脆性第二相或夾雜物本身此應(yīng)力大于界面結(jié)合力或脆性第二相或夾雜物本身的結(jié)合力時(shí)，就會(huì)在界面或脆性相中形成裂紋核。的結(jié)合力時(shí)，就會(huì)在界面或脆性相中形成裂紋核。 2022-2-527位錯(cuò)塞積引起裂口胚芽示意圖位錯(cuò)塞積引起裂口胚芽示意圖 2022-2-528位錯(cuò)反應(yīng)理論位錯(cuò)反應(yīng)理論 在相交的滑移面上，由于位錯(cuò)反應(yīng)發(fā)生了同號(hào)位錯(cuò)在相交的滑移面上，由于位錯(cuò)反應(yīng)發(fā)生了同號(hào)位錯(cuò)的聚合，便形成了微裂紋。在體心立方中，兩位錯(cuò)的聚合，便形成了微裂紋。在體心立方中，兩位錯(cuò)相遇反應(yīng)的結(jié)果，可在解理面上形成不易滑移的相遇反應(yīng)的結(jié)果，可在解理面上形成不易滑移的001刃型位錯(cuò)，刃型位錯(cuò)的合并

19、即是體心立方的解刃型位錯(cuò)，刃型位錯(cuò)的合并即是體心立方的解理面（理面（001）面上形成解理裂紋。）面上形成解理裂紋。 2022-2-529位錯(cuò)反應(yīng)形成裂紋示意圖位錯(cuò)反應(yīng)形成裂紋示意圖 2022-2-530位錯(cuò)墻側(cè)移理論位錯(cuò)墻側(cè)移理論 由于刃型位錯(cuò)的垂直排列構(gòu)成了位錯(cuò)墻。同時(shí)引起由于刃型位錯(cuò)的垂直排列構(gòu)成了位錯(cuò)墻。同時(shí)引起了滑移面的彎折。當(dāng)在適當(dāng)?shù)耐饬ψ饔孟?，晶體發(fā)了滑移面的彎折。當(dāng)在適當(dāng)?shù)耐饬ψ饔孟拢w發(fā)生滑移，就會(huì)使位錯(cuò)墻發(fā)生側(cè)移，而促使裂紋在滑生滑移，就會(huì)使位錯(cuò)墻發(fā)生側(cè)移，而促使裂紋在滑移面上生成。這一理論可以說明，密排六方金屬沿移面上生成。這一理論可以說明，密排六方金屬沿滑移面斷裂的原因

20、。有人已觀察到，在鋅中由于滑滑移面斷裂的原因。有人已觀察到，在鋅中由于滑移面的彎折所形成的裂紋。移面的彎折所形成的裂紋。2022-2-531位錯(cuò)墻側(cè)移使裂口形核位錯(cuò)墻側(cè)移使裂口形核2022-2-532位錯(cuò)銷毀理論位錯(cuò)銷毀理論 在兩個(gè)相距為在兩個(gè)相距為h的平行滑移面上，存在有異號(hào)刃型的平行滑移面上，存在有異號(hào)刃型位錯(cuò)。在外力作用下位錯(cuò)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，若位錯(cuò)。在外力作用下位錯(cuò)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，若h10個(gè)原子間距時(shí)，它們相互接近后，就會(huì)彼此合并而個(gè)原子間距時(shí)，它們相互接近后，就會(huì)彼此合并而消毀。此時(shí)便在中心處形成小孔隙，隨著滑移的進(jìn)消毀。此時(shí)便在中心處形成小孔隙，隨著滑移的進(jìn)行，孔隙逐漸擴(kuò)大，形成長條形空

21、洞。當(dāng)兩排位錯(cuò)行，孔隙逐漸擴(kuò)大，形成長條形空洞。當(dāng)兩排位錯(cuò)數(shù)目不等時(shí)，多余位錯(cuò)并入空洞，會(huì)引起強(qiáng)大的應(yīng)數(shù)目不等時(shí)，多余位錯(cuò)并入空洞，會(huì)引起強(qiáng)大的應(yīng)力集中，而形成斷裂源。力集中，而形成斷裂源。2022-2-533由不同號(hào)刃型位錯(cuò)群消毀而形成由不同號(hào)刃型位錯(cuò)群消毀而形成裂口胚芽的示意圖裂口胚芽的示意圖2022-2-5346.1.5 韌性斷裂韌性斷裂 韌性斷裂在斷裂前金屬經(jīng)受了較大的塑性變韌性斷裂在斷裂前金屬經(jīng)受了較大的塑性變形，其斷口呈纖維狀，灰暗無光。形，其斷口呈纖維狀，灰暗無光。 韌性斷裂主要是穿晶斷裂，如果晶界處有夾韌性斷裂主要是穿晶斷裂，如果晶界處有夾雜物或沉淀物聚集，則也會(huì)發(fā)生晶間斷裂。

22、雜物或沉淀物聚集，則也會(huì)發(fā)生晶間斷裂。 2022-2-535某些單晶體某些單晶體 高純金屬多晶體高純金屬多晶體 拉伸時(shí)可沿滑移面分離而導(dǎo)致剪切斷拉伸時(shí)可沿滑移面分離而導(dǎo)致剪切斷裂，如圖裂，如圖 (a)所示。這種韌斷過程和所示。這種韌斷過程和空洞的形核長大無關(guān)，故在斷口上看空洞的形核長大無關(guān)，故在斷口上看不到韌窩。不到韌窩。 拉伸產(chǎn)生縮頸后，試樣中心三向應(yīng)力拉伸產(chǎn)生縮頸后，試樣中心三向應(yīng)力區(qū)空洞不能形核長大，故通過不斷縮區(qū)空洞不能形核長大，故通過不斷縮頸使試樣變得很細(xì)頸使試樣變得很細(xì)(圓柱試樣或薄板圓柱試樣或薄板試樣試樣)，最終斷裂時(shí)斷口接近一個(gè)點(diǎn)，最終斷裂時(shí)斷口接近一個(gè)點(diǎn)或一條線，如圖或一條線

23、，如圖(b)所示。所示。 2022-2-536韌性斷口韌性斷口杯錐狀宏觀斷口杯錐狀宏觀斷口光滑圓柱拉伸試樣光滑圓柱拉伸試樣 放射區(qū)放射區(qū) 纖維區(qū)纖維區(qū) 剪切唇剪切唇 斷口呈纖維狀，斷口呈纖維狀，如圖示如圖示 材料屈服后就會(huì)出現(xiàn)縮頸，由于應(yīng)力集中，導(dǎo)致空洞在夾材料屈服后就會(huì)出現(xiàn)縮頸，由于應(yīng)力集中，導(dǎo)致空洞在夾雜或第二相邊界處形核、長大和連接。在試樣中心形成很多小雜或第二相邊界處形核、長大和連接。在試樣中心形成很多小裂紋，它們擴(kuò)展并互相連接就形成鋸齒狀的纖維區(qū)。中心裂紋裂紋，它們擴(kuò)展并互相連接就形成鋸齒狀的纖維區(qū)。中心裂紋向四周放射狀的快速擴(kuò)展就形成效射區(qū)。當(dāng)裂紋快速擴(kuò)展到試向四周放射狀的快速擴(kuò)展

24、就形成效射區(qū)。當(dāng)裂紋快速擴(kuò)展到試樣表面附近時(shí)，由于試樣剩余厚度很小，故變?yōu)槠矫鎽?yīng)力狀態(tài)，樣表面附近時(shí)，由于試樣剩余厚度很小，故變?yōu)槠矫鎽?yīng)力狀態(tài)，從而剩余的表面部分剪切斷裂，斷裂面沿最大剪應(yīng)力面，故和從而剩余的表面部分剪切斷裂，斷裂面沿最大剪應(yīng)力面，故和拉伸軸成拉伸軸成45的剪切唇。的剪切唇。 2022-2-537韌性斷口韌性斷口韌窩斷口韌窩斷口空洞形核、長大并連接就導(dǎo)致韌斷，空洞形核、長大并連接就導(dǎo)致韌斷，在斷口上就顯示出韌窩結(jié)構(gòu)在斷口上就顯示出韌窩結(jié)構(gòu)實(shí)際材料存在夾雜、碳化物或第實(shí)際材料存在夾雜、碳化物或第二相，空洞擇優(yōu)在這些粒子處形二相，空洞擇優(yōu)在這些粒子處形核。微空洞也可在基體上形核。核

25、。微空洞也可在基體上形核。成核粒子的大小及分布成核粒子的大小及分布應(yīng)力大小、溫度、變形速度等外界因素應(yīng)力大小、溫度、變形速度等外界因素材料的形變能力材料的形變能力韌窩的形狀、韌窩的形狀、大小和深淺的大小和深淺的影響因素影響因素 一般說來，韌窩斷口是韌斷的標(biāo)志，但也有例外。一般說來，韌窩斷口是韌斷的標(biāo)志，但也有例外。例如例如A1-Fe-Mo以及含以及含SiC的的A1合金，斷裂應(yīng)變很小，合金，斷裂應(yīng)變很小，屬于脆斷，但微觀斷口由韌窩構(gòu)成。屬于脆斷，但微觀斷口由韌窩構(gòu)成。 2022-2-538微孔成核、長大和聚合微孔成核、長大和聚合 微孔成核微孔成核很脆的夾雜物很脆的夾雜物本身堅(jiān)實(shí)與基體本身堅(jiān)實(shí)與基

26、體結(jié)合牢的強(qiáng)化相結(jié)合牢的強(qiáng)化相在不大的應(yīng)力作用下，夾在不大的應(yīng)力作用下，夾雜物粒子便與基體脫開，雜物粒子便與基體脫開，或本身裂開而成為微孔或本身裂開而成為微孔是位錯(cuò)塞積引起的應(yīng)力集中，是位錯(cuò)塞積引起的應(yīng)力集中，或在高應(yīng)變條件下，第二相或在高應(yīng)變條件下，第二相與基體塑性變形不協(xié)調(diào)而萌與基體塑性變形不協(xié)調(diào)而萌生微孔的。生微孔的。第二相粒子第二相粒子2022-2-539 微孔長大微孔長大 位錯(cuò)源不斷激發(fā)新的位錯(cuò)源不斷激發(fā)新的位錯(cuò)，新的位錯(cuò)，新的位錯(cuò)并入微孔，微孔就不斷長大位錯(cuò)并入微孔，微孔就不斷長大 若干位錯(cuò)合并成微孔若干位錯(cuò)合并成微孔，圖圖 (d) 領(lǐng)先的位錯(cuò)環(huán)向界面領(lǐng)先的位錯(cuò)環(huán)向界面推進(jìn)，圖推進(jìn)

27、，圖(c) 位錯(cuò)在質(zhì)點(diǎn)兩邊塞積起位錯(cuò)在質(zhì)點(diǎn)兩邊塞積起來，與質(zhì)點(diǎn)內(nèi)的鏡像力來，與質(zhì)點(diǎn)內(nèi)的鏡像力相平衡相平衡，圖圖 (b) 位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)遇到第二相質(zhì)點(diǎn)時(shí)，在位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)遇到第二相質(zhì)點(diǎn)時(shí)，在其周圍形成位錯(cuò)環(huán)，圖其周圍形成位錯(cuò)環(huán)，圖 (a) 位位錯(cuò)錯(cuò)長長大大模模型型2022-2-540 微孔聚合微孔聚合 裂紋尖端與裂紋尖端與微孔、微孔微孔、微孔與微孔間產(chǎn)與微孔間產(chǎn)生局部滑移生局部滑移 局部變形量大，產(chǎn)生了快速剪切裂局部變形量大，產(chǎn)生了快速剪切裂開。微孔聚合速度快，消耗的能量開。微孔聚合速度快，消耗的能量也較少，所以韌性差。也較少，所以韌性差。 正常聚合正常聚合 過程過程微孔長大后出現(xiàn)微孔長大后出現(xiàn) “內(nèi)頸縮內(nèi)頸縮”，使承載面積減少，使承載面積減少而應(yīng)力增加，起了而應(yīng)力增加，起了“幾何軟化幾何軟化”作用。促進(jìn)變形作用。促進(jìn)變形的進(jìn)一步發(fā)展，加速微孔的長大，直至聚合。的進(jìn)一步發(fā)展，加速微孔的長大，直至聚合。在較大應(yīng)力下，微孔繼續(xù)長大，直至其邊緣連在較大應(yīng)力下，微孔繼續(xù)長大，直至其邊緣連在一起，聚合成裂紋。在一起，聚合成裂紋。 變形均勻的，速度較慢，消耗的能變形均勻的，速度較慢，消耗的能量較多，韌性較好?；w的形變強(qiáng)量較多，韌性較好?；w的形變強(qiáng)化指數(shù)越化指數(shù)越高，微孔長大直至聚合的高