第8章材料的变形与断裂

材料的力学性能－断裂与断口分析材料的断裂断裂是工程材料的主要失效形式之一。

工程结构或机件的断裂会造成重大的经济损失，甚至人员伤亡。

如何提高材料的断裂抗力，防止断裂事故发生，一直是人们普遍关注的课题。

任何断裂过程都是由裂纹形成和扩展两个过程组成的，而裂纹形成则是塑性变形的结果。

对断裂的研究，主要关注的是断裂过程的机理及其影响因素，其目的在于根据对断裂过程的认识制定合理的措施，实现有效的断裂控制。

✓材料在塑性变形过程中，会产生微孔损伤。

✓产生的微孔会发展，即损伤形成累积，导致材料中微裂纹的形成与加大，即连续性的不断丧失。

✓损伤达到临界状态时，裂纹失稳扩展，实现最终的断裂。

按断裂前有无宏观塑性变形，工程上将断裂分为韧性断裂和脆性断裂两大类。

断裂前表现有宏观塑性变形者称为韧性断裂。

断裂前发生的宏观塑性变形，必然导致结构或零件的形状、尺寸及相对位置改变，工作出现异常，即表现有断裂的预兆，可能被及时发现，一般不会造成严重的后果。

脆性断裂断裂前，没有宏观塑性变形的断裂方式。

脆性断裂特别受到人们关注的原因：脆性断裂往往是突然的，因此很容易造成严重后果。

脆性断裂断裂前不发生宏观塑性变形的脆性断裂，意味着断裂应力低于材料屈服强度。

对脆性断裂的广义理解，包括低应力脆断、环境脆断和疲劳断裂等。

脆性断裂一般所谓脆性断裂仅指低应力脆断，即在弹性应力范围内一次加载引起的脆断。

主要包括：与材料冶金质量有关的低温脆性、回火脆性和蓝脆等；与结构特点有关的如缺口敏感性；与加载速率有关的动载脆性等。

材料的断裂比较合理的分类方法是按照断裂机理对断裂进行分类。

微孔聚集型断裂、解理断裂、准解理断裂和沿晶断裂。

有助于→揭示断裂过程的本质→理解断裂过程的影响因素→寻找提高断裂抗力的方法。

材料的断裂将环境介质作用下的断裂和循环载荷作用下的疲劳断裂按其断裂过程特点单独讨论。

金属材料的断裂－静拉伸断口材料在静拉伸时的断口可呈现3种情况：(a)(b)：平断口；(c)(d)：杯锥状断口；(e)尖刃断口平断口：材料塑性很低、或者只有少量的均匀变形，断口齐平，垂直于最大拉应力方向。

第八章聚合物的屈服和断裂一、基本概念1、韧性破坏；脆性破坏；脆化温度2、强迫高弹形变；冷流；细颈3、银纹；屈服；银纹屈服；剪切屈服4、拉伸强度；抗弯强度；弯曲模量；冲击强度；硬度5、应变诱发塑料─橡胶转变6、应变软化现象；应变变硬化现象7、银纹；裂缝；应力集中二、选择题1、下列高聚物中，拉伸强度最高的是( )A,低密度聚乙烯B,聚苯醚C,聚甲醛2、非晶态聚合物作为塑料使用的最佳温度区间为( )A,Tb---Tg B,Tg---Tf C,Tg以下3、甲乙两种聚合物材料的应力---应变曲线如图所示, 其力学性能类型和聚合物实例分别为( )A,甲聚合物:硬而强,硬聚氯乙稀;乙聚合物:软而韧,聚异戊二稀B,甲聚合物:硬而脆,聚甲基丙稀酸甲酯;乙聚合物:软而弱,聚丁二稀C,甲聚合物:硬而强,固化酚醛树酯;乙聚合物:软而韧 ,聚合物凝胶D,甲聚合物:硬而脆,硬聚氯乙稀;乙聚合物:软而弱,聚酰胺4、韧性聚合物单轴拉伸至屈服点时，可看到剪切带现象，下列说法错误的是（）。

A、与拉伸方向平行B、有明显的双折射现象C、分子链高度取向D、每个剪切带又由若干个细小的不规则微纤构成5、拉伸实验中，应力－应变曲线初始部分的斜率和曲线下的面积分别反映材料的（）。

A、拉伸强度、断裂伸长率B、杨氏模量、断裂能C、屈服强度、屈服应力D、冲击强度、冲击能6、在聚甲基丙烯酸甲酯的拉伸试验中，温度升高则（）。

Ａ、σB升高、εB降低，B、σB降低、εB升高，C、σB升高、εB升高，Ｄ、σB降低、εB降低，7、聚苯乙烯在张应力作用下，可产生大量银纹，下列说法错误的是（）。

A、银纹是高度取向的高分子微纤构成。

B、银纹处密度为0，与本体密度不同。

C、银纹具有应力发白现象。

D、银纹具有强度，与裂纹不同。

8、杨氏模量、冲击强度、应变、切变速率的量纲分别是（）。

A、N/m2, J/m2, 无量纲, S-1，B、N, J/m, 无量纲, 无量纲C、N/m2, J, 无量纲, 无量纲D、N/m2, J, m, S-19、可较好解释高抗冲聚苯乙烯（HIPS）增韧原因的为（）。

名词解释（1）加工硬化（变形强化）：当金属外加应力超过屈服强度后，随着变形程度的增加，变形的抗力也增加，要继续变形，必须增加外力，这种现象就叫加工硬化。

（2）颈缩：当应力达到抗拉强度时，试样不在均匀伸长，而是试样局部地方截面开始变细。

（3）位错宽度：（4）孪晶变形：晶体在切应力作用下沿着一定的晶面和晶向，在一个区域内发生连续顺序的切变，变形导致这部分的晶体取向改变了。

（5）多滑移：在多个滑移系上同时或交替进行的滑移。

（6）交滑移：晶体在两个或者多个滑移面上沿同一滑移方向进行的滑移。

（7）发生多系滑移时，在两个相交滑移面上运动的位错必然会互相交截，原来一直线位错经过交截后就会出现弯折部分，如果弯折部分仍在滑移面上，就叫扭折，若弯折部分不再滑移面上，就叫割阶。

（8）派纳力：在理想晶体中位错在点阵周期场中运动时所需克服的阻力（9）纤维组织：金属经过冷变形后，等轴状晶粒沿受力方向拉长，其中的夹杂物或者第二相也随之拉长。

（10）形变织构：金属在形变时，晶体的滑移面会移动，使滑移层逐渐转向与拉力轴平行。

原来的各个晶粒是任意取向的，现在由于晶粒的转动使各个晶粒的取向趋于一致，这就形成了晶体的择优取向。

（11）回复：在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷及位错近距离迁移而引起的晶体某些变化。

（12）再结晶：冷变形金属由拉长的变形晶粒生成无畸变的新的等轴晶粒的过程。

（13）二次再结晶：（14）热变形：金属在再结晶温度以上的加工变形。

（15）蠕变：材料在高温下的变形不仅与应力有关，而且和应力作用的时间有关。

（16）应变时效：低碳钢经过少量预变形后，如果去载后立即再行加载则不会出现明显的屈服平台；若在室温下放置一较长的时间或在低温下经过短时加热后在进行拉伸试验，则屈服点又复出现，且屈服应力提高。

（17）第二相强化：当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相中时，将会产生显著的强化作用。

（18）固溶强化：合金在形成单向固溶体后，变形时的临界切应力都高于纯金属，这叫做固溶强化。

/jxtd/caike/这个网址有很多东西,例如教学录像,你可以上去看看,另外左下角有个“释疑解惑”，应该很有用第一章材料结构的基本知识习题1．原子中的电子按照什么规律排列?什么是泡利不相容原理?2．下述电子排列方式中，哪一个是惰性元素、卤族元素、碱族、碱土族元素及过渡金属?(1) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s2(2) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6(3) 1s2 2s2 2p5(4) 1s2 2s2 2p6 3s2(5) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2(6) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s13．稀土元素电子排列的特点是什么?为什么它们处于周期表的同一空格内?4．简述一次键与二次键的差异。

5．描述氢键的本质，什么情况下容易形成氢键?6．为什么金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体为高?7．应用式(1-2)~式(1-5)计算Mg2+O2-离子对的结合键能，以及每摩尔MgO晶体的结合键能。

假设离子半径为；；n=7。

8．计算下列晶体的离子键与共价键的相对比例(1) NaF(2) CaO9．什么是单相组织?什么是两相组织?以它们为例说明显微组织的含义以及显微组织对性能的影响。

10．说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义，说明稳态结构与亚稳态结构之间的关系。

11．归纳并比较原子结构、原子结合键、原子排列方式以及晶体的显微组织等四个结构层次对材料性能的影响。

第二章材料中的晶体结构习题第三章高分子材料的结构习题1．何谓单体、聚合物和链节?它们相互之间有什么关系?请写出以下高分子链节的结构式：①聚乙烯；②聚氯乙烯；③聚丙烯；④聚苯乙烯；⑤聚四氟乙烯。

2．加聚反应和缩聚反应有何不同?3．说明官能度与聚合物结构形态的关系。

要由线型聚合物得到网状聚合物，单体必须具有什么特征?4．聚合物的分子结构对主链的柔顺性有什么影响?5．在热塑性塑料中结晶度如何影响密度和强度，请解释之。

第一章：单向静拉伸试验：是应用最广泛的力学性能试验方法之一。

1）可揭示材料在静载下的力学行为（三种失效形式）：即：过量弹性变形、塑性变形、断裂。

2）可标定出材料最基本力学性能指标：如：屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率等。

拉伸力－伸长曲线拉伸曲线：拉伸力F －绝对伸长△L 的关系曲线。

在拉伸力的作用下，退火低碳钢的变形过程四个阶段：1）弹性变形：O ～e2）不均匀屈服塑性变形：A ～C3）均匀塑性变形：C ～B4）不均匀集中塑性变形：B ～k5）最后发生断裂。

k ～第二章：弹性变形：当外力去除后，能恢复到原形状或尺寸的变形。

特点：可逆性、单值线性、同相位、变形量小本质：都是构成材料的原子(离子)或分子从平衡位置产生可逆位移的反映。

弹性模量E ：是表征材料对弹性变形的抗力，工程称材料的刚度.E 值越大，在相同应力下产生的弹性变形就越小。

弹性模量是结构材料的重要力学性能指标之一。

影响因素：1、键合方式 2、原子结构 3、晶体结构 4、化学成分 5.微观组织 6.温度 弹性模量 E 与切变模量 G 关系：(其中： ν－泊松比。

)比例极限σp ：是材料弹性变形按正比关系变化的最大应力，即拉伸应力一应变曲线上开始偏离直线时的应力值。

弹性极限：材料由弹性变形过渡到弹－塑性变形时的应力，当应力超过弹性极限σe 后，便开始产生塑性变形。

（比例极限σp 和弹性极限σe 与屈服强度的概念基本相同，都表示材料对微量塑性变形的抗力，影响因素也基本相同。

）弹性比功ae ：（弹性比能、应变比能）表示材料在弹性变形过程中吸收弹性变形功的能力。

一般用材料开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。

物理意义：吸收弹性变形功的能力。

几何意义：应力σ -应变ε曲线上弹性阶段下的面积。

欲提高材料的弹性比功：提高σe ，或降低 E2E G ν=（1＋）弹簧钢：含碳较高并添加Si 、Mn 等合金元素强化基体，经淬火＋中温回火获得回火托氏体组织及冷变形强化，以提高其弹性极限，使弹性比功ae 和弹性提高。

材料力学中的变形与断裂研究材料力学是研究材料在外界作用下的变形与断裂行为的科学，应用广泛于各个领域。

变形与断裂的研究不仅关乎着材料的性能与稳定性，也对于材料的设计和制造具有重要意义。

一、材料的变形材料的变形是指材料由原来的形状、尺寸、结构和性质等相应地发生改变的过程。

材料的变形可以是弹性或塑性的，而弹性变形是指在外力作用下，材料发生形变但在去掉外力后能完全恢复原状；而塑性变形则是指材料在外力的作用下形成的变形会部分或完全保留下来。

在材料的变形过程中，重要的参数之一是应力。

应力是指单位面积上所受的力，可以是拉伸、压缩或剪切力。

应力和材料之间的关系可根据材料的应力－应变曲线来描述。

应力－应变曲线可以反映材料的强度和韧性等性质。

二、材料的断裂随着外界条件的变化和作用力的增加，材料可能会发生断裂。

断裂是材料破裂的过程，由于材料内部承受的载荷过大而导致材料失去结构完整性。

研究材料的断裂行为有助于预测材料的寿命和安全性。

材料的断裂可以分为静态断裂和疲劳断裂两类。

静态断裂是指在静态载荷下材料的破裂，例如材料受到巨大的拉伸或压缩力时发生断裂。

疲劳断裂则是指在频繁重复的载荷作用下材料破裂，例如金属材料在长时间的交变应力下逐渐疲劳而导致断裂。

三、材料力学研究的重要性材料力学的研究对于材料的设计和制造具有重要意义。

通过研究材料的变形和断裂行为，可以对材料的强度、耐久性和寿命等进行评估和预测，从而选择合适的材料和设计出高性能的产品。

同时，材料力学的研究也为新材料的开发和创新提供了理论基础。

通过对材料内部结构和物理特性的深入了解，可以引导材料的设计和制备，提升其性能和功能。

在实际应用中，材料力学的研究对于工程和科学领域具有重要价值。

例如，航空航天领域对于材料的强度和耐久性要求极高，研究变形与断裂行为可以提供有效的材料选择和设计方案，确保航空器的安全运行。

四、材料力学研究的发展趋势随着科技的不断进步，材料力学的研究也在不断发展。

1 晶体结构不同的晶体可能有相同的晶体点阵。

正确错误2 晶体中与每一个阵点相对应的基元都是相同的。

正确错误3 晶体中与一个阵点相对应的基元都是一个原子。

正确错误4 晶体中与一个阵点相对应的基元可能是一个原子，也可能是多个原子。

正确错误5 如果晶体中与一个阵点相对应的基元是多个原子，这些原子必定不是同一种原子。

正确错误6 在由一种原子组成的晶体中，与一个阵点相对应的基元必定是一个原子。

正确错误7 对不同的晶体，与一个阵点相对应的基元必定都是不相同的。

正确错误8 一个简单正交晶体的。

正确错误9 对一个简单正交晶体：。

正确错误10 根据立方晶系晶面间距的计算公式，计算得纯铜晶体的。

正确错误11 体心立方晶体{110}中的所有晶面属于同一个晶带。

正确错误12 晶体中任意两个相交晶面一定属于同一个晶带。

正确错误13 、、三个晶面属于同一个晶带。

正确错误14 体心立方晶体{100}晶面族中的晶面属于[100]晶带。

正确错误15 Zn是密排六方结构，属简单六方点阵。

正确错误16 晶体中面密度越高的晶面，其面间距必定也越大。

正确错误17 晶体中非平衡浓度空位及位错的存在都一定会使晶体的能量升高。

正确错误18 晶体中的位错环有可能是一个纯刃型位错，但绝不可能是一个纯螺型位错。

正确错误19 晶体中的不全位错一定与层错区相连，反之亦然。

正确错误20 如果晶体中的亚晶界是由刃位错墙构成的，则相邻亚晶粒间的位向差越大，位错墙中位错的间距就越大。

正确错误21 如果晶体中的亚晶界是由刃位错墙构成的，则相邻亚晶粒间的位向差越大，亚晶界的比界面能越大。

正确错误22 位错线的运动方向总是垂直于位错线。

23 位错线的运动方向总是平行于位错线。

正确错误24 位错线的运动方向总是垂直于其柏氏矢量。

正确错误25 位错线的运动方向总是平行于其柏氏矢量。

正确错误26 位错运动所引起的晶体滑移方向总是平行于其柏氏矢量。

正确错误27 位错运动所引起的晶体滑移方向总是垂直于其柏氏矢量。