第一章 金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能 - 副本

材料性能學(xué)第一章金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能主要內(nèi)容塑性變形彈性變形拉伸力-伸長曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線金屬的斷裂單向靜拉伸試驗(yàn)特點(diǎn):應(yīng)力狀態(tài)、加載速率、溫度、試樣等都有嚴(yán)格規(guī)定；可揭示最基本的力學(xué)行為（彈性、塑性、斷裂等）；最廣泛使用的力學(xué)性能檢測手段→強(qiáng)度、塑性等。§1-1拉伸力-伸長曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線

力—伸長曲線試驗(yàn)過程（GB/T228-2002）常溫光滑試樣拉伸試驗(yàn)機(jī)緩慢加載，低的變形速率

拉伸試樣（GB/T6397-1986）長試樣：L0=10d0短試樣：L0=5d0拉伸強(qiáng)度：材料抵抗塑性變形或斷裂的能力σe

、σs

、σb、δ、ψ圖1-29圓形拉伸試樣圖1-30低碳鋼單向靜拉伸曲線F－Δl→σ－ε公式：σ=F/s0

,ε=Δl/l0

拉伸曲線

彈性變形oe

Eσ=Eε

σe

均勻塑性變形（強(qiáng)化）sb

σb

不均勻集中塑性變形bz“縮頸”現(xiàn)象低碳鋼單向靜拉伸曲線

不均勻屈服變形es

σs、σ0.2z點(diǎn)：試樣發(fā)生斷裂σs、σ0.2及σb是設(shè)計(jì)和選材的主要依據(jù)陶瓷、玻璃塑料含雜質(zhì)鐵合金淬火高溫回火高碳鋼黃銅低合金鋼S—真應(yīng)力，e—真應(yīng)變，K—強(qiáng)度系數(shù)n—應(yīng)變硬化指數(shù)，材料的應(yīng)變強(qiáng)化能力§1-2彈性變形一、彈性變形及其實(shí)質(zhì)可逆變形本質(zhì)：

材料的原子（離子）或分子自平衡位置產(chǎn)生可逆位移的反映。二、虎克定律簡單應(yīng)力狀態(tài)的虎克定律1.單向拉伸2.剪切和扭轉(zhuǎn)3.E、G和ν的關(guān)系廣義虎克定律(復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)）三、彈性模量物理意義：材料對彈性變形的抗力，其值越大，在相同應(yīng)力下產(chǎn)生的彈性變形越小，工程上被稱為材料的剛度。用途：

工程上，剛度；梁、曲軸，彈簧鋼特點(diǎn)：

決定于金屬原子本性和晶格類型，對組織不敏感E定義：產(chǎn)生100%彈性變形時(shí)所需要的應(yīng)力。四、彈性比功定義：材料在彈性變形過程中吸收彈性變形功的能力。幾何意義：σ-ε曲線上彈性階段下的面積用途：彈簧鋼、橡膠（減震、儲能），要求ae大①提高σe，或者降低E。②體積越大，ae越大五、滯彈性（彈性后效）現(xiàn)象：

彈性應(yīng)變落后于應(yīng)力，與時(shí)間相關(guān)。定義：在彈性范圍內(nèi)快速加載或卸載后，隨時(shí)間延長產(chǎn)生附加彈性應(yīng)變的現(xiàn)象。影響因素：材料成分、組織均勻性彈性滯后環(huán)：由于具有滯彈性，金屬在彈性區(qū)快速加載卸載時(shí)，應(yīng)變落后于應(yīng)力，使加載線與卸載線不重合而形成一封閉回線（圖a）。存在滯后環(huán)說明加載時(shí)消耗于金屬的變形功大于卸載時(shí)金屬恢復(fù)變形放出的變形功，有一部分變形功為金屬所吸收，大小用滯后環(huán)面積度量。σ＜σe

，圖b。σ＞σe

，圖c。六、金屬的循環(huán)韌性定義：金屬在交變載荷（或振動）下吸收不可逆變形功的能力，稱為金屬的循環(huán)韌性，也叫金屬的內(nèi)耗或消振性。意義：

力學(xué)性能之一；

循環(huán)韌性越高，機(jī)件的消振能力越好。七、包申格效應(yīng)（Bauschinger）定義：材料經(jīng)過預(yù)先加載并產(chǎn)生少量塑性變形，卸載后，再同向加載，規(guī)定殘余伸長應(yīng)力（彈性極限或屈服極限）增加，反向加載規(guī)定殘余伸長應(yīng)力降低（特別是彈性極限幾乎降低到零）的現(xiàn)象。微觀本質(zhì)：

預(yù)塑性變形，位錯(cuò)增殖、運(yùn)動、纏結(jié)。同向加載，位錯(cuò)運(yùn)動受阻，規(guī)定殘余應(yīng)力σr增加；反向加載，位錯(cuò)被迫作反向運(yùn)動，運(yùn)動容易，規(guī)定殘余應(yīng)力σr降低。度量指標(biāo)：包申格應(yīng)變在給定應(yīng)力下，正向加載和反向加載兩應(yīng)力-應(yīng)變曲線之間的應(yīng)變差。β=bc危害影響疲勞壽命（交變載荷）

低周：應(yīng)變控制，β↑，變形能力↑，抗疲勞↑。高周：應(yīng)力控制，β↑，強(qiáng)度↓，抗疲勞↓。

造成強(qiáng)度損失

對于需要高強(qiáng)度的構(gòu)件有害

對于需要塑性成型的構(gòu)件有利消除方法預(yù)先進(jìn)行較大的塑形變形：位錯(cuò)增殖難于重分布，反向加載時(shí)強(qiáng)度變化不大。反向受力前做回復(fù)或再結(jié)晶退火處理§1-3塑性變形一、塑性變形的方式及特點(diǎn)微觀結(jié)構(gòu)的相鄰部分產(chǎn)生永久性位移，并不引起材料破裂的現(xiàn)象方式：滑移主要方式通過位錯(cuò)的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)方式：滑移主要方式孿生低溫或快速形變時(shí)切應(yīng)力多晶體的塑性變形特點(diǎn)(1)晶界阻礙位錯(cuò)運(yùn)動

晶界使變形抗力提高，

細(xì)晶強(qiáng)化(2)晶粒分批逐步變形，具有不同時(shí)性和不均勻性

材料表面優(yōu)先軟位向先變形(3)各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性需要多系滑移，應(yīng)變硬化速率比單晶體高。二、屈服現(xiàn)象和屈服強(qiáng)度材料產(chǎn)生宏觀塑性變形的一種標(biāo)志屈服現(xiàn)象彈性向塑性變形過渡明顯，外力保持恒定時(shí)試樣仍繼續(xù)伸長，或外力增加到一定數(shù)值時(shí)突然下降，然后外力幾乎不變時(shí)，試樣仍繼續(xù)伸長變形。屈服伸長變形是不均勻塑性變形，外力從上屈服點(diǎn)下降到下屈服點(diǎn)時(shí)，在試樣局部區(qū)域開始形成與拉伸軸約成45的雷德斯帶或屈服線，隨后在試樣長度方向逐漸擴(kuò)展，當(dāng)屈服線布面整個(gè)長度方向時(shí)，屈服伸長結(jié)束，試樣開始進(jìn)入均勻塑性變形階段。

屈服機(jī)理外應(yīng)力作用下，晶體中位錯(cuò)萌生、增殖和運(yùn)動過程三個(gè)因素：

①變形前可動位錯(cuò)密度很小柯氏氣團(tuán)：溶質(zhì)原子聚集在位錯(cuò)線的周圍，形成氣團(tuán)，位錯(cuò)被釘扎位錯(cuò)塞積群：n個(gè)位錯(cuò)同向運(yùn)動受阻，形成塞積群②隨塑性變形發(fā)生，位錯(cuò)能快速增殖③位錯(cuò)運(yùn)動速率與外加應(yīng)力有強(qiáng)烈依存關(guān)系

應(yīng)變速率與位錯(cuò)密度、位錯(cuò)運(yùn)動速率及柏氏矢量成正比

晶體結(jié)構(gòu)變化，b↑,應(yīng)變速率↑位錯(cuò)增值，ρ↑，應(yīng)變速率↑提高外應(yīng)力τ,υ↑,應(yīng)變速率↑

塑性變形前，位錯(cuò)密度低，欲滿足一定的應(yīng)變速率，必提高外應(yīng)力，這就是實(shí)驗(yàn)中的上屈服點(diǎn)，一旦塑性變形產(chǎn)生，位錯(cuò)大量增殖，位錯(cuò)運(yùn)動速率必然下降，相應(yīng)的應(yīng)力也就突然降低，從而產(chǎn)生屈服現(xiàn)象。位錯(cuò)運(yùn)動速率對應(yīng)力大小越敏感，屈服現(xiàn)象越明顯，如bcc的低碳鋼有明顯屈服。

屈服強(qiáng)度

σs（σsu、σsl）有些材料屈服點(diǎn)不明確,用規(guī)定微量塑性伸長應(yīng)力表示屈服強(qiáng)度，如σ0.2條件屈服強(qiáng)度——規(guī)定微量塑性伸長應(yīng)力根據(jù)測定方法不同，有三種指標(biāo)：規(guī)定非比例伸長應(yīng)力(σP)σ0.01（條件比例極限）或σ0.05，加載過程中測定規(guī)定殘余伸長應(yīng)力(σr)σr0.2（屈服強(qiáng)度），卸載后測定。試樣在外力保持恒定仍能繼續(xù)伸長的應(yīng)力稱為屈服強(qiáng)度σs=Fs/A0規(guī)定總伸長應(yīng)力(σt0.5)，彈性伸長加塑性伸長，加載過程中測定強(qiáng)度設(shè)計(jì)：[σ]=σs/n（n≥2）屈服判據(jù)：

屈雷斯加最大切應(yīng)力判據(jù)：σ1-σ3=σs

米賽斯畸變能判據(jù)：

(σ1-σ2)2+(σ2-σ3)2+(σ3-σ1)2=2σs2開始塑性變形的強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。是否越高越好?屈強(qiáng)比屈強(qiáng)比高，材料利用率高，但過高的屈強(qiáng)比，不利于某些應(yīng)力集中部位的應(yīng)力重新分布，極易引起脆性斷裂，所以應(yīng)力狀態(tài)較硬、應(yīng)變速率較高、截面變化較大的機(jī)件，選擇屈服強(qiáng)度值較低的材料。降低屈服強(qiáng)度有利于材料冷成型加工和改善焊接性。σs——工程上從靜強(qiáng)度角度選擇韌性材料的依據(jù)三、影響屈服強(qiáng)度的因素合金：基體+強(qiáng)化相塑性變形——位錯(cuò)——基體影響位錯(cuò)增殖和運(yùn)動→影響屈服強(qiáng)度內(nèi)在因素：金屬本性及晶格類型、晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)、溶質(zhì)元素、第二相外在因素：溫度、應(yīng)變速率、應(yīng)力狀態(tài)1、金屬本性及晶格類型純金屬單晶體，位錯(cuò)運(yùn)動所受的各種阻力決定晶格阻力，派納力理想晶體中僅存一個(gè)位錯(cuò)運(yùn)動時(shí)所需克服的阻力，與位錯(cuò)寬度和柏氏矢量有關(guān)位錯(cuò)交互作用阻力，與柏氏矢量和位錯(cuò)密度有關(guān)位錯(cuò)強(qiáng)化W—位錯(cuò)寬度2、晶粒大小和亞結(jié)構(gòu)晶界是位錯(cuò)運(yùn)動的障礙要使相鄰晶粒中的位錯(cuò)源開動，必須加大外應(yīng)力霍爾派奇（Hall-Petch）公式細(xì)晶強(qiáng)化3、溶質(zhì)元素溶質(zhì)——晶格畸變應(yīng)力場晶格畸變應(yīng)力場與位錯(cuò)應(yīng)力場產(chǎn)生交互作用，是位錯(cuò)運(yùn)動受阻，是屈服強(qiáng)度提高。間隙固溶體的強(qiáng)化效果比置換的大！固溶強(qiáng)化4、第二相彌散強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化位錯(cuò)切過或繞過尺寸、形狀、數(shù)量及分布；與基體的晶體學(xué)匹配程度第二相強(qiáng)化屈服強(qiáng)度對成分、組織極為敏感

影響屈服強(qiáng)度的外在因素（1）溫度提高，位錯(cuò)運(yùn)動容易，σs↓BBC溫度效應(yīng)顯著FCC、HCP不顯著→結(jié)構(gòu)鋼低溫脆性（2）應(yīng)變速率提高，σs↑應(yīng)變速率硬化m——應(yīng)變速率敏感指數(shù)（3）應(yīng)力狀態(tài)切應(yīng)力τ↑，σs↓。切應(yīng)力分量越大，越有利于塑性變形，屈服強(qiáng)度越低。扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度＜拉伸強(qiáng)度＜彎曲強(qiáng)度

非材質(zhì)變化，應(yīng)力狀態(tài)硬四、應(yīng)變硬化（形變強(qiáng)化）定義：材料在應(yīng)力作用下進(jìn)入塑性變形階段，隨著變形量的增加，形變應(yīng)力不斷提高的現(xiàn)象。機(jī)理：塑變變形過程中的多系滑移和交滑移造成的位錯(cuò)增殖，運(yùn)動受阻所致

應(yīng)變硬化的意義（1）使金屬進(jìn)行均勻的塑性變形；（2）改善切削加工性能；（3）保證機(jī)器的安全工作；（4）提高材料強(qiáng)度的重要手段（形變強(qiáng)化）。應(yīng)變硬化指數(shù)

n，反映了金屬材料抵抗繼續(xù)塑性變形的能力。n=0.1~0.5n=1：s=ke,理想彈性體n=0：s=k,無硬化能力退火態(tài)、層錯(cuò)能低，n大與σs成反比，冷加工態(tài)n小直線作圖法求得定義材料在靜拉伸條件下的最大位伸應(yīng)力。意義：（1）易于測定，重現(xiàn)性好，重要的力學(xué)性能指標(biāo)（2）脆性材料產(chǎn)品設(shè)計(jì)重要依據(jù)（3）取決于σs和n，σs/σb重要五、抗拉強(qiáng)度和縮頸現(xiàn)象

縮頸現(xiàn)象：

韌性材料，變形集中于局部區(qū)域

應(yīng)變硬化與截面減小共同作用的結(jié)果B點(diǎn)之前，塑性變形均勻，應(yīng)變硬化可以補(bǔ)償因試樣截面減小所帶來的承載力下降；B點(diǎn)之后，應(yīng)變硬化跟不上塑性變化的發(fā)展，是變形集中于試樣局部區(qū)域產(chǎn)生縮頸。B點(diǎn)之前，dF>0；B點(diǎn)之后，dF<0。B點(diǎn)為拉伸失穩(wěn)點(diǎn)或塑性失穩(wěn)點(diǎn)，B后斷裂開始發(fā)生。BdS/de＞S，硬化作用較強(qiáng)，足以補(bǔ)償因截面減小所引起的應(yīng)力升高dS/de＜S，加工硬化的能力微弱，導(dǎo)致頸縮發(fā)生縮頸的判據(jù)：在縮頸點(diǎn)（拉伸失穩(wěn)點(diǎn)）處Hollomon關(guān)系成立

SB=keBn

作微分運(yùn)算，得：

dSB=KneBn-1deB利用頸縮判據(jù)，可得：

KeBn

＝KneBn-1于是有：

n=eB表明當(dāng)金屬材料的應(yīng)變硬化指數(shù)等于最大真實(shí)均勻塑性應(yīng)變量時(shí)，縮頸就會產(chǎn)生。

縮頸頸部應(yīng)力修正縮頸一旦產(chǎn)生，其中心部分拉伸變形的徑向收縮受到約束，單向應(yīng)力狀態(tài)被破壞，縮頸區(qū)出現(xiàn)三向應(yīng)力狀態(tài)，塑性變形比較困難，為了繼續(xù)變形，就必須提高軸向應(yīng)力，因而縮頸處的軸向真實(shí)應(yīng)力高于單向受力下的真實(shí)應(yīng)力。為了得到頸部真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線，需對頸部應(yīng)力進(jìn)行修正。六、塑性定義：金屬材料斷裂前發(fā)生不可逆永久（塑性）變形的能力。

均勻塑性變形+集中塑性變形塑性指標(biāo)

斷后伸長率δ

斷面收縮率ψ

說明用斷面收縮率更接近真實(shí)變形。直徑d0

相同時(shí)，l0，l0=10d0

，

10l0=5d0

，5

，5>10

>時(shí)，無頸縮，為脆性材料特征

<時(shí)，有頸縮，為塑性材料特征影響因素細(xì)化晶粒，塑性↑；軟的第二相，塑性↑；溫度提高，塑性↑；高固溶、硬的第二相，塑性↓。塑性的意義安全力學(xué)性能指標(biāo)塑性變形緩和應(yīng)力集中軋制、擠壓等冷熱加工變形七、靜力韌度韌性：材料斷裂前吸收塑性變形功和斷裂功的能力。韌度：度量材料韌性的力學(xué)性能指標(biāo)，

靜力韌度、沖擊韌度和斷裂韌度靜力韌度：靜拉伸時(shí)，單位體積材料斷裂前所吸收的功，它是強(qiáng)度和塑性的綜合指標(biāo)。靜力韌度對于按屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)，而在服役中可能遇到偶然過載的機(jī)件（如鏈條、起重吊鉤等），是必須考慮的重要指標(biāo)。思考題畫出該材料的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線和真應(yīng)力-應(yīng)變曲線求n和K，并寫出Hollomon方程今有10mm直徑的正火態(tài)60Mn拉伸試樣，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下(d=9.9mm為屈服平臺剛結(jié)束時(shí)的試樣直徑)：F/KN39.543.547.652.955.454.052.44843.1d/mm9.919.879.819.659.218.618.217.416.78金屬在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能§1-4金屬的斷裂失效：磨損、腐蝕和斷裂斷裂：材料在力的作用下分成若干部分的現(xiàn)象裂紋:不完全斷裂斷裂過程包括裂紋萌生與擴(kuò)展研究目的：防止斷裂一、斷口分析手段：肉眼、放大鏡、掃描電子顯微鏡（SEM）宏觀、微觀結(jié)合注意：宏觀斷裂形態(tài)，微觀斷裂特征材料斷裂的實(shí)際情況復(fù)雜目的：了解材料斷裂時(shí)裂紋萌生及擴(kuò)展的起因、經(jīng)歷及方式二、斷裂的類型斷裂前塑性變形大?。捍嘈詳嗔?；韌性斷裂斷裂面的取向：正斷；切斷裂紋擴(kuò)展的途徑：穿晶斷裂；沿晶斷裂斷裂機(jī)理：解理斷裂，微孔聚集型斷裂；純剪切斷裂（一）韌性斷裂和脆性斷裂定義：金屬斷裂前產(chǎn)生明顯的宏觀塑性變形的斷裂，在裂紋擴(kuò)展過程中不斷消耗能量。特點(diǎn)：斷裂面與主應(yīng)力成45o角斷口特征：纖維狀，灰暗色，呈杯錐形。纖維區(qū):裂紋擴(kuò)展慢放射區(qū):快速低能量撕裂剪切唇:表面光滑,切斷1.韌性斷裂（ductilefracture）韌性斷裂過程:中心夾雜物或硬質(zhì)點(diǎn)破裂或與基體脫離定義：突然發(fā)生的斷裂，基本不發(fā)生塑性變形，無明顯前兆，危害性很大。斷口特征斷口與正應(yīng)力垂直，平齊光亮，放射狀或結(jié)晶狀；人字紋花樣2.脆性斷裂（brittlefracture）3.脆性與韌性斷裂的判定ψ＜5％，脆性斷裂；(微量的均勻塑性變形，無頸縮）ψ＞5％，韌性斷裂。韌性與脆性斷裂比較斷裂類型塑性變形擴(kuò)展速度斷口特征材料韌性斷裂明顯慢灰暗色,纖維狀金屬及高分子脆性斷裂無突然,快速齊平光亮,放射或結(jié)晶狀淬火鋼,鑄鐵,陶瓷

斷口三要素的應(yīng)用(1)斷裂分析中尋找裂紋源→放射線;(2)斷裂類型的初步判定→三區(qū)比例;(二)正斷和剪斷宏觀斷裂微觀斷裂正斷與剪斷的宏觀與微觀形式（三）穿晶斷裂與沿晶斷裂裂紋穿過晶界韌性或脆性斷裂裂紋沿晶界擴(kuò)展多數(shù)為脆性斷裂斷口一般呈結(jié)晶狀(四)純剪切斷裂、微孔聚集型、解理斷裂（1）純剪切斷裂在切應(yīng)力作用下，沿滑移面分離，斷口呈楔形或刀尖型，純粹由滑移流變造成的斷裂。單晶體金屬或者純金屬的常見斷裂形式，完全韌性斷裂。（2）微孔聚集型斷裂微孔形核、長大、聚合導(dǎo)致材料分離。沿晶界局部微孔聚合，形成沿晶脆性斷裂；在晶內(nèi)微孔聚合，形成穿晶韌性斷裂。（3）解理斷裂正應(yīng)力作用下，因原子間結(jié)合鍵斷裂，以極快速率沿一定晶體學(xué)平面產(chǎn)生的穿晶斷裂。解理面——低指數(shù)晶面或表面能量低的晶面。FCC一般不發(fā)生解理斷裂總是脆性斷裂晶體結(jié)構(gòu)材料主要解理面次要解理面BCCHCPFe,W,MoZn,Cd,Mg{001}{0001},{1100}{112}{1124}根據(jù)斷裂前塑性變形大小分類斷裂前產(chǎn)生明顯塑性變形,斷裂形貌是暗灰色纖維狀根據(jù)斷裂面的取向分類韌性斷裂正斷切斷斷裂的宏觀表面垂直于σmax方向斷裂的宏觀表面平行于τmax方向裂紋穿過晶粒內(nèi)部裂紋沿晶界擴(kuò)展穿晶斷裂沿晶斷裂脆性斷裂根據(jù)裂紋擴(kuò)展的途徑分類斷裂前沒有明顯的塑性變形,形貌是光亮的結(jié)晶狀根據(jù)斷裂機(jī)理分類解理斷裂微孔聚集型斷裂純剪切斷裂沿滑移面分離剪切斷裂(單晶體)通過縮頸導(dǎo)致最終斷裂(多晶體,高純金屬)沿晶界微孔聚合,沿晶脆性斷裂在晶內(nèi)微孔聚合,穿晶韌性斷裂無明顯塑性變形沿解理面分離,穿晶脆性斷裂三、解理斷裂機(jī)理和微觀斷口特征1、甄納-斯特羅(Zener-Stroh)位錯(cuò)塞積理論位錯(cuò)在晶界前受阻并相互靠近形成位錯(cuò)塞積塞積頭處應(yīng)力集中不能為塑性變形松弛，超過材料的強(qiáng)度極限裂紋形成（一）解理裂紋的形成和擴(kuò)展

解理斷裂→有少量塑性變形→與位錯(cuò)運(yùn)動有關(guān)理論斷裂強(qiáng)度塞積頭處最大拉應(yīng)力：τ：外加切應(yīng)力τi：位錯(cuò)運(yùn)動阻力d：晶粒直徑r：位錯(cuò)塞積頭到裂紋形成點(diǎn)的距離形成裂紋的條件：r與a0相當(dāng)E=2G(1+ν)τf：形成裂紋所需的切應(yīng)力位

解理裂紋擴(kuò)展過程(a)塑性變形形成裂紋;(b)裂紋同一晶粒內(nèi)初期長大;(c)裂紋越過晶界向相鄰晶粒擴(kuò)展。解理裂紋形成后并不一定迅速擴(kuò)展而斷裂，其擴(kuò)展需要經(jīng)歷三個(gè)階段，要滿足一定的力學(xué)條件。解理裂紋擴(kuò)展的條件柯垂?fàn)?，能量分析法，解理裂紋擴(kuò)展的條件為：外加正應(yīng)力所做的功必須等于產(chǎn)生裂紋新表面的表面能。滑移帶上的切應(yīng)力因出現(xiàn)塑性位移nb而松弛，故彈性剪切位移等于塑性位移。彈性剪切位移塑性位移晶粒細(xì)化，臨界斷裂應(yīng)力（斷裂強(qiáng)度）提高，材料的脆性減小。合金中第二相質(zhì)點(diǎn)的間距越小，材料的斷裂強(qiáng)度↑。由于屈服時(shí)裂紋已經(jīng)形成，τ=τs，而τs與晶粒直徑之間滿足霍爾-派奇關(guān)系，即：脆性裂紋擴(kuò)展條件：ky：位錯(cuò)定扎系數(shù)2、柯垂耳(cottrell)位錯(cuò)反應(yīng)理論兩刃型位錯(cuò)相遇反應(yīng)，新形成的位錯(cuò)為不動位錯(cuò)，結(jié)果兩相交滑移面上的位錯(cuò)群在該不動位錯(cuò)附近產(chǎn)生塞積，當(dāng)塞積位錯(cuò)較多時(shí)，其多余半原子面如同楔子一樣插入解理面中間形成裂紋。2、柯垂耳(cottrell)位錯(cuò)反應(yīng)理論BCC，位錯(cuò)反應(yīng)，降低能量，自發(fā)進(jìn)行；FCC，位錯(cuò)反應(yīng)不能降低能量，不能自發(fā)進(jìn)行科垂耳理論和甄納理論共同之處：裂紋形核前均需有塑性變形；位錯(cuò)運(yùn)動受阻，在一定條件下便會形成裂紋。裂紋在晶界、亞晶界、孿晶交叉處出現(xiàn)。（二）解理裂紋的微觀斷口特征1、解理斷裂電子顯微鏡微觀特征：解理臺階、河流花樣和舌狀花樣

解理刻面：大致以晶粒大小為單位的解理面稱為解理刻面。解理臺階：解理斷裂時(shí)，裂紋跨越若干相互平行且位于不同高度的解理面，從而在一個(gè)刻面內(nèi)部出現(xiàn)了臺階狀微觀特征。河流花樣：解理臺階沿裂紋前端滑動而相互匯合，同號臺階相互匯合長大，當(dāng)匯合臺階足夠大時(shí)，便形成河流花樣。解理臺階、河流花樣形成示意圖舌狀花樣：解理裂紋沿孿晶界擴(kuò)展留下的舌頭狀凹坑或凸臺2、準(zhǔn)解理淬火回火鋼斷裂路徑主要與細(xì)小的碳化物質(zhì)點(diǎn)有關(guān)形成從晶內(nèi)某點(diǎn)發(fā)源的放射狀河流花樣。不獨(dú)立，解理斷裂的變種。相同點(diǎn)：都是穿晶斷裂，都有小刻面、臺階、河流花樣；不同點(diǎn)：準(zhǔn)解理小刻面不是晶體學(xué)解理面，解理裂紋起源于晶界、亞晶界、孿晶界處，準(zhǔn)解理起源于晶內(nèi)硬質(zhì)點(diǎn)出。四、微孔聚集斷裂機(jī)理及微觀斷口特征（1）成核：位置：點(diǎn)缺陷聚集處；界面開裂；第二相質(zhì)點(diǎn)碎裂或脫落；原因：位錯(cuò)引起的應(yīng)力集中，不均勻塑性形變/第二相與基體塑性變形不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生分離（一）微孔形核和長大斷裂過程：微孔成核、長大、聚合，直至斷裂（2）長大位錯(cuò)遇到質(zhì)點(diǎn)，形成位錯(cuò)環(huán)位錯(cuò)環(huán)在質(zhì)點(diǎn)處堆積；位錯(cuò)環(huán)移向質(zhì)點(diǎn)與基體界面是時(shí)，界面沿滑移面分離，形成微孔滑移面上的位錯(cuò)向微孔運(yùn)動，使其長大（3）聚合相鄰微孔間基體發(fā)生內(nèi)縮頸（4）裂紋長大（5）斷裂（二）微孔聚集斷裂的斷口特征（1）宏觀特征：斷口顏色灰暗，纖維區(qū)、剪切唇較大，放射線粗大（2）微觀特征：韌窩等軸韌窩、剪切韌窩和撕裂韌窩。有韌窩不一定是韌性斷裂，晶界微孔聚集斷裂屬沿晶脆斷等軸韌窩撕裂韌窩剪切韌窩解理斷裂機(jī)理形成：擴(kuò)展：微觀斷口特征：微孔聚集斷裂機(jī)理過程：微觀斷口特征：位錯(cuò)塞積，位錯(cuò)反應(yīng)解理臺階、河流花樣和舌狀花樣微孔形核、長大、聚合、斷裂韌窩五、斷裂強(qiáng)度理想完整晶體，斷裂強(qiáng)度取決于原子間結(jié)合力曲線上最大值，在彈性狀態(tài)下的最大結(jié)合力-理論斷裂強(qiáng)度該曲線可近似為正弦曲線（一）理論斷裂強(qiáng)度五、斷裂強(qiáng)度斷裂時(shí)，外力所做的功用來供給形成兩個(gè)新裂紋表面所需之表面能晶體彈性模量越大，表面能越大、原子間距越小，理論斷裂強(qiáng)度越大。解理面的表面能低，所以容易解理斷裂。理論斷裂強(qiáng)度：例：FeE=2×105MPa,γs=2J/m2,a0=2.5×10-10m實(shí)際金屬中存在缺陷，使斷裂強(qiáng)度顯著下降。實(shí)際斷裂強(qiáng)度與理論斷裂強(qiáng)度（二）斷裂強(qiáng)度的裂紋理論（Griffith理論）（1）出發(fā)點(diǎn)為了解釋玻璃、陶瓷等脆性材料斷裂強(qiáng)度理論值與實(shí)際值的巨大差異材料中已存在裂紋平均應(yīng)力還很低時(shí)，局部應(yīng)力集中已達(dá)到很高數(shù)值，致使裂紋快速擴(kuò)展并導(dǎo)致脆性斷裂；裂紋擴(kuò)展（增加新表面），使系統(tǒng)的彈性能降低，彈性能降低足以滿足裂紋表面能增加之需時(shí)，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展。（2）格雷菲斯模型單位厚度、無限寬薄板，僅施加一拉應(yīng)力（平面應(yīng)力），隔絕外界能源板內(nèi)開一長度為2a，并垂直于應(yīng)力的裂紋。拉緊的平板由于裂紋的存在將釋放彈性能釋放的彈性能裂紋形成產(chǎn)生新表面所需要的能量W=4aγs

γs:單位長度裂紋表面能系統(tǒng)總