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第一讲 概论人们为了提高材料的强度往往以损失韧性，引起脆化为代价。
要有效提高材料的强度，必须同时增加强韧性。
因此，材料的强韧化问题一直是结构材料研究和开发的主题。
材料的强韧化理论是20世纪末断裂力学理论及其应用发展的一个主要方向，无论是金属及其合金、精细结构陶瓷、结构高分子、高强混凝土、形状记忆合金和复合材料，还是其它新型结构材料，都涉及材料的变形与断裂、材料的强度和韧性、材料的疲劳等，这些都与材料的强韧化是密不可分的。
§1 材料的失效一、失效的基本概念1. 材料的失效：是指工程结构的部件在服役过程伤亡，使工程结构低效工作或提前退役的现象。
2. 失效的原因：是由于材料的性能满足不了服役(或制造、试车、贮运)时的力学、化学、热学等外界条件。
3. 失效的方式：变形、断裂、腐蚀、磨损、烧损据1982年的统计，美国每年因材料腐蚀造成的直接经济损失约占国民经济年总产值的左右，为1260亿美元。
材料断裂和磨损造成的损失分别为1190亿和1000亿美元。
腐蚀和磨损是“慢性病”，而断裂是“爆发性疾病”，最受人们重视。
对其他结构材料来说，断裂也是陶瓷材料最主要的失效方式，高分子材料由于老化，也易脆断。
对于功能材料，则物理性能的降级会引起失效，对功能材料也有断裂和腐蚀问题。
如1986年美国挑战者号航天飞机的爆炸，就是由于一个密封圈的老化，造成燃料氢的泄露而引起的。
许多国内外飞机失事，也是由于材料的质量问题所致。
泰坦尼克号的失事是低温引起材料焊接处脆断。
二、脆断的理解在失效的几种方式中，以断裂失效所带来的危害最大，而断裂又分为延性断裂和脆性断裂，其中脆性断裂最具突然性，材料的脆断有以下几点共性：(1) 脆断时，结构的宏观应力一般都低于材料的屈服强度；(2) 脆断从应力集中处开始，材料生产和机械制造过程中产生的缺陷，特别是缺口和裂纹，通常是脆断的发源地；(3) 低温、厚截面和高应变速率，易于引起脆断。
断裂事故的发生，产生以下四方面效应：(1) 冲击了原有的设计思想；m a xσσs S =S为安全系数，一般为1.5~2，σmax为依据构件的几何形状和载荷所计算的最大应力。
强化韧化机理
强化韧化机理是金属材料科学中的一个重要概念，它涉及到材料性能的改善，尤其是硬度和韧性这两个重要的力学性能指标。
强化与韧化通常是材料改性处理的目的，使其在保持足够强度的同时，提高抵抗断裂的能力。
1. 强化机制：
强化主要通过以下几种方式进行：
- 固溶强化：通过添加合金元素使基体材料内部形成固溶体，阻碍位错运动，从而提高材料的强度。
- 时效强化：通过加热、保温然后冷却的过程，使材料内部析出第二相粒子，位错运动受到阻挡，提高材料强度。
- 应变强化（加工硬化）：通过冷加工（如轧制、锻造等）使材料内部产生大量位错，位错交互作用增加，从而提高材料的抗拉强度。
- 晶粒细化强化：通过控制加工工艺使材料晶粒细化，晶界数量增多，位错运动阻力增大，材料强度提高。
2. 韧化机制：
韧化主要通过以下方式实现：
- 细化晶粒：晶粒越细，晶界越多，晶界能阻止裂纹扩展，从而提高材料韧性。
- 第二相颗粒强化：在材料基体中引入弥散分布的第二相颗粒，如陶瓷颗粒、金属间化合物等，可以阻滞裂纹的扩展，起到钉扎位错的作用，提高材料韧性。
- 亚微观结构调控：通过调整材料内部的层片状、孪晶、位错胞等亚微观结构，使材料在遭受冲击或负载时分散并吸收能量，从而提高韧性。
- 混合韧化：结合多种韧化机制，如相变韧化（马氏体钢的相变）、沉淀强化与韧化并存（航空铝合金的时效处理）等，实现强度和韧性的同步提升。
