第 02-3 講材料物理性能與測(cè)試PPT

2.6無(wú)機(jī)材料中裂紋的亞臨界生長(zhǎng)

在臨界應(yīng)力之下，裂紋隨時(shí)間的推移而發(fā)生的緩慢擴(kuò)展的現(xiàn)象稱(chēng)為亞臨界生長(zhǎng)，或稱(chēng)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(shí)破壞叫做動(dòng)態(tài)疲勞。裂紋亞臨界生長(zhǎng)機(jī)制1.應(yīng)力腐蝕理論要點(diǎn)：在一定的壞境條件和應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子作用下，材料中關(guān)鍵裂紋尖端處，裂紋擴(kuò)展的動(dòng)力與裂紋阻力的相對(duì)大小，構(gòu)成裂紋生長(zhǎng)或不生長(zhǎng)的必要充分條件。起因：材料長(zhǎng)期暴露在腐蝕性環(huán)境介質(zhì)中，斷裂強(qiáng)度降低。應(yīng)力腐蝕理論K值隨亞臨界裂紋增長(zhǎng)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(dòng)力<阻力動(dòng)力>阻力動(dòng)力<阻力腐蝕介質(zhì)裂紋停止生長(zhǎng)裂紋生長(zhǎng)裂紋快速生長(zhǎng)斷裂應(yīng)力腐蝕理論開(kāi)裂阻力：Gc=dWs/dc=2

開(kāi)裂動(dòng)力：G=πσ2c/E

開(kāi)裂阻力的減小，使得動(dòng)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(zhǎng)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(dòng)，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(zhǎng)大，形成空腔。它們進(jìn)一步沿晶界方向長(zhǎng)大，聯(lián)通形成次裂紋，與主裂紋匯合就形成裂紋的緩慢擴(kuò)展。亞臨界裂紋及生長(zhǎng)速率與應(yīng)力強(qiáng)度因子的關(guān)系亞臨界裂紋擴(kuò)展的三個(gè)階段或表示成:亞臨界裂紋及生長(zhǎng)速率與應(yīng)力強(qiáng)度因子的關(guān)系大量試驗(yàn)表明：裂紋緩慢擴(kuò)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(zhǎng)？2、裂紋的快速擴(kuò)展和亞臨界生長(zhǎng)有什么區(qū)別和聯(lián)系？思考題根據(jù)亞臨界裂紋擴(kuò)展預(yù)測(cè)材料壽命無(wú)機(jī)材料n很大，根據(jù)亞臨界裂紋擴(kuò)展預(yù)測(cè)材料壽命無(wú)損探傷法保證試驗(yàn)法求得制品的預(yù)計(jì)壽命兩種方法無(wú)損探傷法不同ci下t－σa關(guān)系圖

保證試驗(yàn)法瓷器的保證試驗(yàn)圖

保證試驗(yàn)法另一種保證試驗(yàn)2.7顯微結(jié)構(gòu)對(duì)材料脆性斷裂的影響晶粒尺寸實(shí)驗(yàn)證明：斷裂強(qiáng)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(duì)材料脆性斷裂的影響斷裂強(qiáng)度與粒徑的關(guān)系顯微結(jié)構(gòu)對(duì)材料脆性斷裂的影響氣孔的影響氣孔的存在降低了無(wú)機(jī)材料的實(shí)際承載面積，并引發(fā)應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致強(qiáng)度顯著下降。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)多孔材料的強(qiáng)度隨氣孔率的增加呈近似指數(shù)規(guī)律下降。斷裂強(qiáng)度與氣孔率的關(guān)系可表示為

為沒(méi)有氣孔時(shí)的強(qiáng)度。透明氧化鋁陶瓷斷裂強(qiáng)度與氣孔率有關(guān)系

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

2.8無(wú)機(jī)材料強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)特性無(wú)機(jī)材料強(qiáng)度波動(dòng)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(zhǎng)度裂紋的長(zhǎng)度c在材料內(nèi)的分布是隨機(jī)的體積越大，存在最大裂紋長(zhǎng)度的概率也越大。而材料中，只要有一條最大長(zhǎng)度的初始裂紋，材料就要失效。2.9提高強(qiáng)度改進(jìn)韌性的途徑影響材料強(qiáng)度的因素提高材料的強(qiáng)度是指提高其抗彈性、塑性及斷裂形變的能力，這幾項(xiàng)主要決定的指標(biāo)是E或G、及裂紋長(zhǎng)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