第 02-3 講材料物理性能與測試PPT

2.6無機材料中裂紋的亞臨界生長

在臨界應(yīng)力之下，裂紋隨時間的推移而發(fā)生的緩慢擴展的現(xiàn)象稱為亞臨界生長，或稱為靜態(tài)疲勞。材料在循環(huán)應(yīng)力或漸增應(yīng)力作用下的延時破壞叫做動態(tài)疲勞。裂紋亞臨界生長機制1.應(yīng)力腐蝕理論要點：在一定的壞境條件和應(yīng)力場強度因子作用下，材料中關(guān)鍵裂紋尖端處，裂紋擴展的動力與裂紋阻力的相對大小，構(gòu)成裂紋生長或不生長的必要充分條件。起因：材料長期暴露在腐蝕性環(huán)境介質(zhì)中，斷裂強度降低。應(yīng)力腐蝕理論K值隨亞臨界裂紋增長的變化

應(yīng)力腐蝕理論裂紋尖端吸附介質(zhì)表面能下降新裂紋尖端動力<阻力動力>阻力動力<阻力腐蝕介質(zhì)裂紋停止生長裂紋生長裂紋快速生長斷裂應(yīng)力腐蝕理論開裂阻力：Gc=dWs/dc=2

開裂動力：G=πσ2c/E

開裂阻力的減小，使得動力大于阻力高溫下裂紋尖端的應(yīng)力腔作用裂紋尖端附近空腔的形成

高溫下裂紋尖端的應(yīng)力腔作用多晶多相陶瓷在高溫下長期受力作用，晶界玻璃相的結(jié)構(gòu)粘度下降，發(fā)生蠕變或粘性流動，形變發(fā)生在氣孔、夾雜、晶界層，甚至結(jié)構(gòu)缺陷中。使這些缺陷逐慚長大，形成空腔。它們進一步沿晶界方向長大，聯(lián)通形成次裂紋，與主裂紋匯合就形成裂紋的緩慢擴展。亞臨界裂紋及生長速率與應(yīng)力強度因子的關(guān)系亞臨界裂紋擴展的三個階段或表示成:亞臨界裂紋及生長速率與應(yīng)力強度因子的關(guān)系大量試驗表明：裂紋緩慢擴展速度用波爾茲曼因子表示為：

1、如何用應(yīng)力腐蝕理論解釋裂紋的亞臨界生長？2、裂紋的快速擴展和亞臨界生長有什么區(qū)別和聯(lián)系？思考題根據(jù)亞臨界裂紋擴展預(yù)測材料壽命無機材料n很大，根據(jù)亞臨界裂紋擴展預(yù)測材料壽命無損探傷法保證試驗法求得制品的預(yù)計壽命兩種方法無損探傷法不同ci下t－σa關(guān)系圖

保證試驗法瓷器的保證試驗圖

保證試驗法另一種保證試驗2.7顯微結(jié)構(gòu)對材料脆性斷裂的影響晶粒尺寸實驗證明：斷裂強度與晶粒直徑的平方根成反比起始裂紋受晶粒限制，其尺度與晶粒相當(dāng)，則脆性斷裂與晶粒粒度的關(guān)系為由于晶界比晶粒內(nèi)部弱，所以多晶材料破壞多是沿晶界斷裂。--顯微結(jié)構(gòu)對材料脆性斷裂的影響斷裂強度與粒徑的關(guān)系顯微結(jié)構(gòu)對材料脆性斷裂的影響氣孔的影響氣孔的存在降低了無機材料的實際承載面積，并引發(fā)應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致強度顯著下降。實驗發(fā)現(xiàn)多孔材料的強度隨氣孔率的增加呈近似指數(shù)規(guī)律下降。斷裂強度與氣孔率的關(guān)系可表示為

為沒有氣孔時的強度。透明氧化鋁陶瓷斷裂強度與氣孔率有關(guān)系

顯微結(jié)構(gòu)對材料脆性斷裂的影響溫度對材料脆性斷裂的影響斷裂應(yīng)力與溫度的關(guān)系

2.8無機材料強度的統(tǒng)計特性無機材料強度波動原因的分析材料的臨界應(yīng)力只決定于材料中的最大裂紋長度裂紋的長度c在材料內(nèi)的分布是隨機的體積越大，存在最大裂紋長度的概率也越大。而材料中，只要有一條最大長度的初始裂紋，材料就要失效。2.9提高強度改進韌性的途徑影響材料強度的因素提高材料的強度是指提高其抗彈性、塑性及斷裂形變的能力，這幾項主要決定的指標是E或G、及裂紋長度。彈性模量表示原子間的結(jié)合力，它是一種結(jié)構(gòu)不敏感性能常數(shù)，則與微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)(但單相材料的微