固体材料的变形与断裂
- 格式:ppt
- 大小:1.35 MB
- 文档页数:29
1、强度:固体材料在外力的抵抗产生塑性变形和断裂的特性。
常用的强度指标有屈服点和抗拉强度等。
2、屈服点:金属材料承受载荷作用。
当载荷不再增加或缓慢增加时,金属材料仍继续发生明显的塑性变形。
这种现象称为屈服。
发生屈服现象时的应力,即开始出现塑性变形时的应力,称为屈服点用σ()表示3、抗拉强度(σ):金属材料在拉伸条件下,从开始加载到发生断裂所能承受的最大应力值4、工程上所用的金属材料,不仅希望具有高的σ值,而且还希望具有一定的屈强比(σ/σ).屈强比越小,材料的塑性储备就越大,越不容易发生危险的脆性破坏,但是屈强比太小,材料的强度水平就不能充分发挥,反之,屈强比越大,材料的强度水平就越能得到充分发挥,但塑性储备越小,实际上,一般还是希望屈强比大一些。
5、塑性:金属材料在断裂发生不可逆永久变形的能力。
塑性指标:金属在外力作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。
常用的塑性指标有延伸率(δ)和断面收缩率(ψ)6、硬度:金属材料表面上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入表面发生变形或破裂的能力。
7、冲击韧性:衡量材料韧性的一个指标,是材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力,常以标准试样的冲击吸收功A表示韧性高的材料,一般都有较高的苏醒指标,但塑性较高的材料,却不一定都有高的韧性。
8、材料的性能包括力学性能、物理性能、化学性能、和加工工艺性能等9、弹性模量(E= )、泊松比(μ=0.3)10、耐腐蚀性:金属和合金对周围介质,如大气、水汽、各种电解液侵蚀的抵抗能力11、金属和合金的加工工艺性能:在保证加工质量的前提下加工过程的难易程度12、工程上一般将金属材料分为黑色金属和有色金属两大类。
13、铬:是合金钢主加元素之一,他不仅能提高金属耐腐蚀性能,也能提高抗氧化性能。
铬能提高钢的淬透性,显著提高钢的强度、硬度、耐磨性,但它使钢的塑性和韧性降低。
14、钼:能提高钢的高温强度、硬度、细化晶粒,防止回火脆性,能抗氢腐蚀。
谈塑性变形与断裂的关系----------------------塑性变形是断裂的基础,断裂是塑性变形的最终结果。
0 引言塑性变形指的是永不可恢复的变形,其具体的机制包括位错滑移、孪生、晶界滑动、扩散性蠕变。
其中一般情况下位错滑移起主要作用,孪生多发生在低温、高应变速率时滑移系少的材料中,而晶界滑动与扩散性蠕变一般在高温下发生。
断裂指材料在应力的作用下分离两个或多个部分的现象。
如若有上文四种机制的作用,我们便可认为材料发生了塑性变形,因此,讨论塑性变形与断裂的关系就可转化为讨论各种不同断裂的机理与塑性变形机制的关系,以明确塑性变形在断裂中的作用,阐明他们之间的必然联系。
本文核心论点为:塑性变形是断裂的基础,断裂是塑性变形的必然结果。
接下来讨论以下从八个具有不同断裂机理的断裂,以阐明塑性变形与断裂的关系,论证塑性变形是断裂的基础,断裂是塑性变形的最终结果。
1延性断裂延性断裂是指在断裂过程中,塑性变形起主导作用的断裂形式,包括切离和微孔聚集型断裂。
首先来看切离断裂,单晶体在拉伸塑性变形中只有一个滑移系统开动(如hcp中只沿基面滑移的情况),试样将沿着滑移面分离,对于多晶体,多滑移系统同时动作,协调变形,试样将经过均匀变形和颈缩等阶段,变形至颈部截面积为零时断裂,形成尖锥状的断口。
切离断裂是位错无限发展的结果,位错运动贯穿切离断裂的始终,没有位错不断滑移,就不可能发生切离断裂。
由微孔的形核、长大聚合而导致的断裂叫做微孔聚集型断裂,微孔形成的机制共有三种,分别为空位扩散机制、强化相脱粘机制与强化相碎裂机制。
空位的形成是由于位错割阶的非保守运动而产生的,空位的扩散聚集成为微孔,其过程是通过位错的运动。
而强化相脱粘机制与强化相碎裂机制是由于强化相在材料中阻碍滑移,使得强化相前方位错塞积,应力集中,当应力大于强化相强度或者强化相与基体的结合强度时,就导致了强化相本身的折断或者脱离,也即在此处产生了微孔。
而微孔的长大与连接也是塑性变形的结果:微孔间的材料形成“内颈缩”并随位错运动越来越细,内颈缩断裂,使得微孔与最近微孔相连,微孔不断聚合导致裂纹扩展,最终断裂。
材料的断裂力学断裂力学fracture mechanics固体力学的一个新分支,它是研究材料和工程结构中裂纹扩展规律的一门学科。
所说的裂纹是指宏观的、肉眼可见的裂纹。
工程材料中的各种缺陷可近似地看作裂纹。
断裂力学的基本研究内容包括:①裂纹的起裂条件;②裂纹在外部载荷和(或)其他因素作用下的扩展过程;③裂纹扩展到什么程度物体会发生断裂。
另外,为了工程方面的需要,还研究含裂纹的结构在什么条件下破坏;在一定载荷下,可允许结构含有多大裂纹;在结构裂纹和结构工作条件一定的情况下,结构还有多长的寿命等。
在断裂力学中,按照裂纹表面上质点的相对位移,可将裂纹分为三种基本类型(见图),分别称为张开型裂纹、滑开型裂纹和撕开型裂纹,或分别称为Ⅰ型裂纹、Ⅱ型裂纹和Ⅲ型裂纹。
物体中任一裂纹都可看作是这三种基本类型裂纹的组合,而断裂力学正是在研究这三种基本类型裂纹的基础上研究一般裂纹的。
简史断裂力学是20世纪50年代开始形成的。
随着航天工业等的发展出现了超高强度的材料,对于这种材料,传统的强度设计已不能满足需要。
传统的强度理论把材料和结构看成是没有裂纹的完整体。
实际材料和结构中存在着裂纹,但如果材料的强度较低,裂纹的存在对结构安全的影响通常并不明显,由于在设计中采用了一定的安全系数,设计也就能够满足工程需要。
但对于高强度材料或处在某些条件下的材料,裂纹的存在会使情况发生根本变化,这就必须考虑材料对于裂纹扩展的抵抗能力,为此引进了材料的断裂韧性这一力学概念,并出现了断裂力学。
在断裂力学出现以前,由于生产知识的积累,人们曾总结出一些材料的韧性指标,如冷脆转变温度、冲击能量等,它们都是一些定性的经验的参量,只能在一定条件下用于评定材料,而不能用于设计。
在美国的G.R.欧文等人的努力下,逐步建立起线弹性断裂力学并进而发展出弹塑性断裂力学,提出了一些描述裂纹扩展的参量,如应力强度因子、J 积分、裂纹张开位移(见COD法)等,它们可以定量地用于设计。
材料的断裂行为与断裂机制在材料科学领域中,材料的断裂行为和断裂机制是研究材料力学性能和安全性能的核心方面。
断裂行为指材料在外力作用下发生断裂的过程,而断裂机制则是指导材料断裂行为发生的原因和规律。
本文将探讨材料的断裂行为与断裂机制,并分析其在工程和科学研究中的重要性。
1. 介观断裂行为材料的断裂行为可以分为宏观断裂和微观断裂两个层次。
宏观断裂是指在裂纹扩展的过程中,材料发生明显的断裂现象,主要表现为断裂面的形成和扩展。
微观断裂则发生在材料的微观尺度上,不可见于肉眼,但对材料性能具有重要影响。
2. 断裂参数为了描述和定量分析材料的断裂行为,人们引入了一些重要的断裂参数。
其中最常用的是断裂韧性、断裂强度和断裂韧性指数。
断裂韧性反映了材料抵抗断裂的能力,是通过测量断裂前后的能量消耗来计算的。
断裂强度是指材料在断裂前能承受的最大外部应力,而断裂韧性指数则是断裂韧性和断裂强度的比值,用于衡量材料的脆性和韧性。
3. 断裂机制材料的断裂机制主要包括韧塑性断裂机制和脆性断裂机制。
韧塑性断裂机制主要发生在金属材料中,其特点是材料在断裂前发生塑性变形,能够吸收大量的能量,因此具有较高的韧性。
脆性断裂机制则主要发生在陶瓷、玻璃等非金属材料中,其特点是材料在断裂前几乎没有塑性变形,断裂面光滑,能量吸收较少,因此具有较低的韧性。
4. 断裂行为与材料性能材料的断裂行为直接影响着其力学性能和安全性能。
对于工程材料来说,韧性是一个重要的指标,因为它决定了材料在面对外部冲击和载荷时能否承受变形和抵抗断裂。
在设计工程结构或制造产品时,必须选择具有足够韧性的材料,以确保其在使用过程中不会出现断裂失效的问题。
此外,断裂行为还与材料的耐久性、可靠性以及使用寿命等方面密切相关。
5. 断裂行为研究方法为了研究材料的断裂行为和断裂机制,人们开展了大量的实验和理论研究。
实验方法包括拉伸试验、冲击试验、断裂韧性测试等,通过对材料断裂过程的观察和数据分析,揭示了材料在断裂过程中的力学行为。
关于陶瓷材料的脆性问题一、本文概述陶瓷材料,作为一种历史悠久的工程材料,因其独特的物理和化学性质,如高硬度、高耐磨性、良好的化学稳定性等,在日常生活和工业生产中得到了广泛应用。
然而,陶瓷材料的脆性问题一直是制约其进一步发展和应用的关键因素。
本文旨在深入探讨陶瓷材料的脆性问题,分析其原因,并提出可能的解决方案。
我们将从陶瓷材料的晶体结构、制备工艺、微观组织、外部环境等多方面出发,全面分析陶瓷材料脆性产生的原因。
在此基础上,我们将进一步探讨如何通过改进制备工艺、优化材料设计、引入增韧机制等手段,提高陶瓷材料的抗脆性能力。
本文还将对陶瓷材料脆性问题的研究进展进行梳理,总结目前的研究现状和未来的发展趋势。
希望通过本文的研究,能够为陶瓷材料的应用和发展提供一些有益的参考和启示。
二、陶瓷材料的脆性特点陶瓷材料作为一种重要的工程材料,其脆性特点一直是其应用中的关键问题。
脆性,简单来说,是指材料在受到外力作用时,容易发生突然断裂而没有显著塑性变形的性质。
陶瓷材料的脆性特点主要体现在以下几个方面。
陶瓷材料具有高硬度,这使得其在抵抗刮擦和磨损方面表现出色。
然而,这种高硬度也导致了其脆性增加。
当受到冲击或压力时,陶瓷材料往往因为无法承受过大的应力而突然断裂,这使得其在某些需要承受冲击或振动的应用场景中表现不佳。
陶瓷材料的断裂方式通常为脆性断裂,即在断裂过程中没有显著的塑性变形。
这种断裂方式使得陶瓷材料在受到外力作用时,很难通过塑性变形来吸收能量,从而容易发生突然断裂。
陶瓷材料的脆性还与其内部微观结构有关。
陶瓷材料的微观结构往往存在许多晶界和缺陷,这些晶界和缺陷是应力集中的地方,容易引发断裂。
而且,陶瓷材料的断裂韧性通常较低,这意味着一旦开始断裂,其扩展速度非常快,很难阻止。
尽管陶瓷材料的脆性特点给其应用带来了一定的挑战,但通过合理的材料设计、工艺优化以及复合材料的开发等手段,可以在一定程度上改善其脆性,拓宽其应用范围。
塑性和韧性的区别
塑性和韧性是两种不同的材料性质,它们在定义、性质、衡量方式和应用上存在差异。
1. 定义:塑性是指在一定外力下,材料表现出的固体物质抗变形的能力。
韧性是指材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。
2. 性质:塑性是不可恢复的,它所受的外力超过其弹性限度后,能永久保留形变。
而韧性是材料柔软坚实、不易折断破裂的性质,它具有能永久保留形变的能力。
3. 衡量方式:塑性的衡量包括伸长率(延伸率)A 和断面收缩率Z。
韧性的衡量方式是冲击强度的大小和晶状断面率。
4. 应用:塑性在工业上广泛应用于金属成型加工和塑料制品加工等领域。
韧性在材料科学中对于材料的抗冲击性能研究有重要意义,例如在车辆设计和制造中,车辆外壳需要具有足够的韧性以吸收冲击能量,保护乘客的安全。
塑性和韧性是两种不同的材料性质,塑性主要衡量材料抵抗变形的能力,而韧性主要衡量材料吸收冲击能量的能力。