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1、金属材料的断裂韧性 李慕姚 小 结 一、应力场强度因子 1. 裂纹体的三种断裂模式 2. 裂纹尖端应力场 3. 应力场强度因子KI的物理意义 二、断裂韧性的影响因素 1. 杂质 2. 晶粒尺寸 3. 组织结构 4. 热处理 三、裂纹尖端塑性区及其修正 1. 裂纹尖端塑性区大小 2. 应力松弛对塑性区的影响 3. 线弹性理论公式的修正 张开型I型 正应力垂直于裂纹面 扩展方向与正应力垂直 压力容器 一、应力场强度因子 1、裂纹体的三种断裂模式 （1）张开型 I型（2）滑开型II型（3）撕开型III型 滑开型II型 切应力平行于裂纹面 扩展方向与切应力平行 撕开型III型 切应力平行于裂纹前缘 扩
2、展方向与切应力垂直 I型裂纹最危险：缺口根部为三向应力状态 2、裂纹尖端应力场 应力场强度因子 Y 裂纹形状因子 用线弹性断裂力学分析 3、应力场强度因子KI的物理意义 KI是衡量裂纹顶端应力场强烈程度的参量，决定 于应力水平、裂纹尺寸和形状，是各因素在裂纹顶端产生 效果的综合体现 KIC断裂韧性：裂纹失稳扩展的临界状态所对应的 应力场强度因子，表示对裂纹扩展的阻力，是材料本身固 有的性能 KC：平面应力状态断裂韧性 KIC：平面应变状态断裂韧性 断裂判据：KI KIC KI和KIC的区别： KI：裂纹前端应力场强度的度量KIC：材料阻止宏观裂纹失稳扩 展能力的度量 与裂纹大小、形状和外加应
3、力有关 与裂纹大小、形状和外加应 力无关 与材料成分、热处理工艺等 有关，是材料特性参数 （1）含中心穿透裂纹的有限宽板 （2）紧凑拉伸试样 （3）单边裂纹弯曲试样 （4）体内椭圆裂纹 （5）表面半椭圆裂纹 二、断裂韧性的影响因素 影响因素具体影响原理 杂质和第二相夹杂物数量 KIC1. d夹杂物间距 d KIC 2.杂质晶界偏聚： 晶界结合力KIC 晶粒尺寸晶粒尺寸 KIC 晶粒尺寸，晶界面积 1裂纹扩展阻力KIC 2单位面积杂质含量KIC 组织结构应力诱发相变钢奥氏体 板条马氏体针状马氏 体 第二相 特殊热处理超高温淬火，亚临界区淬 火，压力加工和热处理提 高KIC 细化晶粒 外部因素 影
4、响因素具体影响 温度温度 KIC 应变速率应变速率 KIC 有绝热效应 三、裂纹尖端塑性区及其修正 弹性应力场计算存在的问题： r0时，x、y、xy 线弹性力学不适用 实际情况： 应力超过屈服强度后，材料产生塑性变形 公式修正： 塑性区很小时，修正后线弹性力学仍有效 1、裂纹尖端塑性区大小 平面应变状态 = 0时 平面应力状态 = 0时 表面塑性区大，平面应力状态 中心塑性区小，平面应变状态 米赛斯屈服判据 2、应力松弛对塑性区的影响 应力松弛效应： y达到ys以后，把高出的 应力部分传递给r r0的区域 ，使r0前方区域发生屈服 应力松弛结果： 屈服区域从r0扩大到R 能量分析：ABD等于BEHG 平面应力状态 平面应变状态 应力松弛使得塑性区扩大1倍 3、线弹性理论公式的修正 修正方法：有效裂纹长度 修正思路：塑性区松弛弹性应力的作用等同于裂纹长度增加 后松弛弹性应力的作用 有效裂纹长度 平面应力状态 平面应变状态 应力场强度因子 有效裂纹与真实裂纹塑性区之外（rR）的应力场分布相同 不同裂纹的求解公式 能量判据 弹塑性条件下断裂韧度 KIC测试法 Thanks
