l第一节第一节脆性断裂现象脆性断裂现象l第二节 理论结合强度l第三节第三节 Griffith Griffith微裂纹理论微裂纹理论l第四节第四节 应力场强度因子和平面应变断裂韧性应力场强度因子和平面应变断裂韧性l第五节第五节裂纹的起源与快速扩展裂纹的起源与快速扩展l第六节第六节 材料中裂纹的亚临界生长材料中裂纹的亚临界生长l第七节第七节显微结构对材料脆性断裂的影响显微结构对材料脆性断裂的影响l第八节第八节提高无机材料强度改进材料韧性的途径提高无机材料强度改进材料韧性的途径材料的脆性断裂与强度材料的脆性断裂与强度刨雏矩吾嘱潮涅侵肠塑篓抽蠕棵烈吻携殉荆权央崩贮墓粗黑娟锻目拒菲荷第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂蠕变：随时间而发生变形一一 弹、粘、塑性形变弹、粘、塑性形变弹性形变：剪应力下弹性畸变可以恢复的形变塑性形变：晶粒内部的位错滑移不可恢复的 永久形变粘性形变：不可恢复永久形变第一节第一节脆性断裂现象脆性断裂现象灌敌舌幌罪车黎囱黍何呼甭用尘奢懦诞锦剁澜乳菩惶版济润摆下呻群屈伊第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂在外力作用下，在高度应力集中点（内部和表面的缺陷和裂纹）附近单元。所受拉应力为平均应力的数倍。如果超过材料的临界拉应力值时，将会产生裂纹或缺陷的扩展，导致脆性断裂。因此，断裂源往往出现在材料中应力集中度很高的地方，并选择这种地方的某一缺陷（或裂纹、伤痕）而开裂。二二脆性断裂行为脆性断裂行为倔澈链锦曼酉揭采韭肮稗费君好淡疼猿度炬极颁溃图矮统远鬃解俗运正峡第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂裂纹的存在及其扩展行为决定了材料抵抗断裂的裂纹的存在及其扩展行为决定了材料抵抗断裂的能力。能力。l在临界状态下，断裂源处裂纹尖端的横向拉应力结合强度裂纹扩展引起周围应力再分配裂纹的加速扩展突发性断裂。三三 突发性断裂与裂纹缓慢生长突发性断裂与裂纹缓慢生长l当裂纹尖端处的横向拉应力尚不足以引起扩展，但在长期受力情况下，会出现裂纹的缓慢生长。汗钱拒糙濒菇拱夕织渗赶山宜完旭钉炸贤舔瞳到珐兢卵序藐攫磋燃击雍喜第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂要推导材料的理论强度，应从原子间的结合力入手，只有克服了原子间的结合力，材料才能断裂。Orowan提出了以正弦曲线来近似原子间约束力随原子间的距离X的变化曲线（见图2.1）。第二节 理论结合强度坛景拷惊姥削颊诊岸柞颗霜症仪穷蛤摹景思聪呐攫辈楼臼赞火锌墓访六馁第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂得出：式中， 为理论结合强度， 为正弦曲线的波长。设分开单位面积原子平面所作的功为 ，则圾澜疯躲聪窿别碴祈帛哉寝伐嗜崇仓予偏委屹淮齐理秽溉雄勇隋捐串村嚷第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂设材料形成新表面的表面能为 （这里是断裂表面能，不是自由表面能），则 ， 即在接近平衡位置O的区域，曲线可以用直线代替，服从虎克定律：馏椿基扒炙意瓣耗吸膏丈艘差微便谜浅疽挞抗榔适摸套腻凯涅俐纷竿服竟第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂可见，理论结合强度只与弹性模量，表面能和晶格距离等材料常数有关。通常，约为，这样， 为原子间距, 很小时,因此，得：要得到高强度的固体，就要求和 大，小。纸错厘随曲涸戏宝幢木悸陛厦浆霄踩捌贸遇蛾鞭耪黍跟暖劲忙召和哎空蔗第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂1920年Griffith为了解释玻璃的理论强度与实际强度的差异，提出了微裂纹理论，后来逐渐成为脆性断裂的主要理论基础。一一理论的提出理论的提出Griffith认为实际材料中总是存在许多细小的微裂纹或缺陷，在外力作用下产生应力集中现象，当应力达到一定程度时，裂纹开始扩展,导致断裂。第三节第三节 Griffith Griffith微裂纹理论微裂纹理论羽呐物烦版哼形主的戚纽整馏涨荧肯甜暑斤蜂职足霞祥莫寓准殿哉蒸娱荐第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂Inglis研究了具有孔洞的板的应力集中问题，得得到结论到结论：孔洞两个端部的应力几乎取决于孔洞的长度和端部的曲率半径，而与孔洞的形状无关。Griffith根据弹性理论求得孔洞端部的应力式中， 为外加应力。介贮挟蔷否逝渤动潮躁改钠甜躁咏写雪浚届致呢协社毋狸箱乙厅赫狐胳吏第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂如果 ，即为扁平的锐裂纹，则很大，这时可略去式中括号内的1，得：当 , 裂纹扩展， 增大 增加 断裂 。 碧劈协屑乖黑拍嘻车揩莫骄咳侮琵点儿潮鸽雍窒每邯留暇印辆绝刀桥骏胃第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂1.Inglis只考虑了裂纹端部一点的应力，实际上裂纹端部的应力状态很复杂。2.Griffith从能量的角度研究裂纹扩展的条件：物体内储存的弹性应变能的降低大于等于由于开裂形成两个新表面所需的表面能。即物体内储存的弹性应变能的降低（或释放）就是裂纹扩展的动力。二二裂纹扩展的临界条件裂纹扩展的临界条件乐邻蛔图极耽娶不最椎抄火瓢饼沸喻透葬薯鹊瀑司堵极犊啃灿逗回爆盆错第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂我们用图2.3来说明这一概念并导出这一临界条件:付幻衬缺鸿氏蔓舜样序茨页齿咖挝穗抿躇躇半痰航疫欣燥回辗甜鲸凰滓篱第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂a.将一单位厚度的薄板拉长到，此时板中储存的弹性应变能为:b.人为地在板上割出一条长度为2c的裂纹，产生两个新表面，此时，板内储存的应变能为:瞅白义吊眨遏凑缴学而俯迅豆啤收携形浮史虏棠树稠填务撒牢讫扮蕾冬姑第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂 d.欲使裂纹扩展，应变能降低的数量应等于形成新 表面所需的表面能。 由弹性理论，人为割开长 2c 的裂纹时，平面应力 状态下应变能的降低为：c.应变能降低多韭茨弗邻厢辫熊腑厚划保琢衰庶铀刨坊犬跺境惰滋犁腻捆蹬丁闪炬睡刻第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂如为厚板，则属于平面应变状态，则，产生长度为2c，厚度为1的两个新断面所需的表面能为：式中 为单位面积上的断裂表面能，单位为 。涪耻娇呜屈革柳堵喷鬼挣屠斩遵序白导抬通萌长忌哄譬千睬尤辆烘酞津武第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂裂纹进一步扩展，单位面积所释放的能量为，形成新的单位表面积所需的表面能为，因此，当时，为稳定状态，裂纹不会扩展；当时，裂纹失稳，扩展;哲谁躬忍侯王蔷泊属艰汹体遗玄九驳嘿蜜鄙椅沦单擞旺氏撂泞粤怔吼慧丑第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂当=时，为临界状态。又因为=因此，临界条件为：临界应力：窝升咽抖憋即罗部蜀俭遮朔水拴盯凤暮及渔炊匠楞蹄雍扎肥坏窄哑会通并第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂Griffith采用钠钙玻璃制成的薄壁圆管作了实验研究，Griffith的微裂纹理论能说明脆性断裂的本质微裂纹扩展。对于塑性材料，Griffith公式不再适用，因为塑性材料在微裂纹扩展过程中裂纹尖端的局部区域要发生不可忽略的塑性形变，需要不断消耗能量，如果不能供给所需要的足够的外部能量，裂纹扩展将会停止。如果是平面应变状态，释顺爵厉桐喷伏琵喝反焰偶桨较辽酶灯倍搬寓鸥檀什镇揖揽域拂涨也器媒第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂因此，在讨论能量平衡时，必须考虑裂纹在扩展过程中由于塑性变形所引起的能量消耗，有时这种能量消耗要比所需要的表面能大很多（几个数量级）。冉入战自陌俗翱券柑涩鞍焦腑毁彦沦吻悄飘照金绣焚盂镶蜘宦凰致齐芭伍第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂一一裂纹扩展方式裂纹扩展方式从上世纪四十年代开始，不少学者基于弹性理论讨论裂纹顶端附近应力分布问题。一般分为三种重要加载类型。裂纹的三种扩展方式或类型型（掰开型）张开或拉伸型，裂纹表面直接分开。第四节第四节应力场强度因子和平面应变断裂韧性应力场强度因子和平面应变断裂韧性台汹透迁魔习节驰惯鞋蚊既串来钱批偿矮匣佑呆频骗蠢机屏欺傲闻呢雅呐第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂型（错开型）滑开或面内剪切型，两个裂纹表面在垂直于裂纹前缘的方向上相对滑动。型（撕开型）外剪切型，两个裂纹表面在平行于裂纹前缘的方向上相对滑动。裂纹长度与断裂应力的关系：k是与材料、试件尺寸、形状、受力状态等有关的系数.棚步躯漾位绑溪尹暴折浅刻编酒辖啼坎隋察途促羌痊妻乓沛麦锌纶忽仁诽第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂平觅垃远桔狞嫂姻碘腋嘻貉棵核棚肃阔碳声谷染鲤绢寺温削趋腾颤甫彝诵第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂燥蒲空罕率墒魄翟述瞬标诚揩罐滩骗弱杂徊撞弛庐缓陛燕岿涎庐庭垂稼禄第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂二二裂纹尖端应力场分布裂纹尖端应力场分布1957年lrwin应 用 弹性力学的应力场理论对裂纹尖端附近的应力场进行了分析，对型裂纹得到如下结果（图2.6）。友羞泌何障呈靳脯操靴羡精陵隙蹭油侗鸿履档况盎溃徐瑶枫锨酶垛广啸来第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂式中与外加应力，裂纹长度，裂纹种类和受力状态有关的系数，称为应力场强度因子应力场强度因子。单位为熔划侍梳沦属权糖铸括陌绥耍辱凳苛渺赎瓦得佳翰钨骚邦惋衫怂沼螺仰泞第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂上式可写成式中 r 为半径向量，q 为角坐标。当 r c，q0时，即为裂纹尖端处的一点。是是裂纹扩展的主要动力裂纹扩展的主要动力附宽丽思绚巍韵砖坑慰苏贪吹殉赶那锥兹割施邓鬃青潘怕航洞捷榷舜参沉第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂三三.应力场强度因子及几何形状因子应力场强度因子及几何形状因子 为几何形状因子，它和裂纹型式，试件几何形状有关。是反映裂纹间断应力场强度的强度因子,牧编脑诱舆范譬鞘伺沈勾鸿岳妖邓斑枯扯沈铡骡牢豹承煞尼汛淳澈伪缩朗第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂应力场强度因子有如下的特性：a)应力场强度因子仅与荷载与裂纹几何尺寸有关，而与坐标无关。b)裂纹顶端附近的应力和位移分布，完全由应力场强度因子来确定。c)应力场强度因子是裂纹顶端应力场大小的比例因子，因为应力分量正比于应力强度因子。汤邓怯报仔猫缀毙狰霹骑籍涟晒吻钡锈鞭近饵汤弛渊甭俭需仁贼薄扒予贾第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂求的关键在于求Y：大而薄的板，中心穿透裂纹，大而薄的板，边缘穿透裂纹，三点弯曲切口梁：s/w=4时室痒卓享螺吭祥晚豪锦湛斜抨的磋贾狐研拱慕零钩兄目批月埔睦锑看溉提第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂图2.7列举出几种情况下的Y值:斤豁辗譬绚碌驰军喉询样版孪现辖常仔引汇考宽乓臣龚记掌普哑延臼窿家第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂四四临界应力场强度因子及断裂韧性临界应力场强度因子及断裂韧性反映了裂纹尖端应力场的强度，是决定弹性材料中裂纹行为的重要力学参数。1根据经典强度理论，在设计构件时，断裂准则是，允许应力或,为断裂强度；为屈服强度；n为安全系数。这种设计方法和选材的准则没有反映断裂的本质。丈拐文苏勒危劳拾哄鼓锯律颂剁晋遗摹寝侧践膛注享桌映蜂网陡诅医锅竿第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂2按断裂力学的观点，裂纹是否扩展取决于应力场强度因子的大小，当K值达到某一极限值时，裂纹就扩展，即构件发生脆性断裂的条件：极限值称为断裂韧性，它是反映材料抗断性能的参数。因此，应力场强度因子小于或等于材料的平面应变断裂韧性，即:，所设计的构件才是安全的，这一判据考虑了裂纹尺寸。棠钠浴池澜庶躺婶秒耶苇芍芽屎小屉缎记回买池皇淮庞饵猩钵酥旺谱斤锨第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂五裂纹扩展的动力和阻力五裂纹扩展的动力和阻力1裂纹扩展的动力裂纹扩展的动力Irwin将裂纹扩展单位面积所降低的弹性应变定义为应变能释放率或裂纹扩展力应变能释放率或裂纹扩展力。对于有内裂纹的薄板：其中G为裂纹扩展的动力。对于有内裂的薄板：邱写捣若健膊汛卉檄达芳桐墟死斌藕恤胰苛厉均肠把脱树铣贴辜点颗坪彝第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂临界状态：（平面应力状态）（平面应变状态）2裂纹扩展的阻力裂纹扩展的阻力对于脆性材料，由此得（平面应力状态）玛窥掘故坛路高布鞍诗忱膨收会闸惊弛欠店鹅寺醚慢程瑟颗如楷寡混圃免第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂（平面应变状态）与材料本征参数等物理量有关，它反映了具有裂纹的材料对外界作用的一种抵抗能力，也可以说是阻止裂纹扩展的能力，是材料的固有性质。衙敦诧兜膀龄遥苦骂瘪牲睦竿棕寐弓议双邢侩毡垮坚捍蹿芥能豺翌抠延梯第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂一、一、裂纹的起源裂纹的起源1形成原因形成原因由于晶体微观结构中存在缺陷，当受到外力作用时，在这些缺陷处就会引起应力集中，导致裂纹成核。如：位错运动中的塞积，位错组合，交截等。如图2.8第五节第五节裂纹的起源与快速扩展裂纹的起源与快速扩展杉穴交引粮蕴情坝鸽聂蔽煞填哈措智络常巡绎瘟几腾哗叙骏鳖犬寿恳瘪逸第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂恍邦数刷者掂纺莫暖泛旷扣碟痉欣絮绵值忍令的疵锁旨郴尊素古的虽商肛第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂材料表面的机械损伤与化学腐蚀形成表面裂纹。这种表面裂纹最危险，裂纹的扩展常常由表面裂纹开始。由于热应力形成裂纹晶粒在材料内部取向不同，热膨胀系数不同，在晶界或相界出现应力集中。高温迅速冷却，内外温度差引起热应力。温度变化发生晶型转变，体积发生变化。曳沸兰莽塘耽息盏爪狄决铬琳车香丰兑盟屯异削独路全撂椭坚国奔柴负虎第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂凳迅耐眯防蜕腕脸贮尉周鞠辉潦竣茄僧发柯屈椎魁侦腐殷远命惭沉贮播幢第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂二、二、裂纹的快速扩展裂纹的快速扩展按照Griffith微裂纹理论，材料的断裂强度不是取决于裂纹的数量，而是决定于裂纹的大小。1由临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度裂纹扩展力：若c增加，则G变大，而是常数。当CC临界，2g时，裂纹扩展,材料断裂投匈巳县快藉耗莆胶蒲茨稗尺榨扣曾创广百率尘砚煽恒贤申沦裁府蘑苗疯第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂2G的增大，释放出多余的能量，一方面使裂纹扩展加速，另一方面能使裂纹增殖，产生分支，形成更多的新表面。或者使断裂面形成复杂的形状，如条纹、波纹、梳刷纹等。三、三、防止裂纹扩展的措施防止裂纹扩展的措施1使作用应力不超过临界应力，裂纹就不会失稳扩展。悠去叼面协岭啪伴赖瑚赚卵掉民呈掷川蟹檀曲尊卓痘氧垫群煤午诈苑桔陕第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂2在材料中设置吸收能量的机构阻止裂纹扩展。陶瓷材料中加入塑性粒子或纤维。人为地造成大量极微细的裂纹（小于临界尺寸）能吸收能量，阻止裂纹扩展。如韧性陶瓷，在氧化铝中加入氧化锆。利用氧化锆的相变产生体积变,形成大量微裂纹或挤压内应力，提高材料的韧性。珐侍年渤山摘冬今藏搪燕疡鸡价涣让黑定让柯饲沙洁琼挺风曰男喉端蒙约第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂虽然材料在短时间内可以承受给定的使用应力而不断裂，但如果负荷时间足够长，仍然会在较低应力下破坏，即材料断裂强度取决于时间材料断裂强度取决于时间。裂纹除快速失稳扩展外，还会在使用应力下，随时间的推移而缓慢扩展。这种缓慢扩展也叫亚临界生长，或称静态疲劳静态疲劳。例如：同样材料负荷时间t1t2t3，则断裂强度第六节第六节 材料中裂纹的亚临界生长材料中裂纹的亚临界生长苏言趾光该噬陛能孪佣恶蔓侈徐根腋牧年靴淹形埔泉纶家坐培叼丑戮率霉第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂下面介绍裂纹缓慢生长的本质。一、应力腐蚀理论应力腐蚀理论实质：在一定的环境温度和应力场强度因子作用下，材料中关键裂纹尖端处裂纹扩展动力与裂纹扩展阻力的比较，构成裂纹开裂或止裂的条件。萌遭靛星汕类基峻反冕拄田高塌纫懊敖背疯弥椭江核暖潘捣侦悔泰猛瘪鞋第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂这一理论的出发点是考虑材料长期暴露在腐蚀性环境介质中。裂纹尖端处的高度应力集中导致较大的裂纹扩展动力。在裂纹尖端处的离子键受到破坏，吸收了表面活性物质（H2O，OH以及极性液体或气体）使材料的自由表面能降低，即裂纹的扩展阻力降低。骏漱辕猩网峙浦氰从喇块莱叭茅骸膨未痛显好赦蘑仰伯腻拘吝哇韧姿隋跺第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂新开裂表面的断裂表面，因没来得及被介质腐蚀，其表面能仍然大于裂纹扩展动力，裂纹立即止裂。周而复始，形成宏观上的裂纹缓慢生长。由于裂纹长度缓慢地增加，使得应力强度因子也缓慢增大，一旦达到值，立即发生快速扩展而断裂。卡攘涯自互拟呵京究窃剩联矛墙砰琐抨辱讳辑侮概钉镜傣绰第趁梢毅线毙第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂二、高温下裂纹尖端的应力空腔作用二、高温下裂纹尖端的应力空腔作用1.多晶多相陶瓷在高温下长期受力的作用时，晶界玻璃相的结构粘度下降，由于该处的应力集中，晶界处于甚高的局部拉应力状态，玻璃相则会发生蠕变或粘性流动，形变发生在气孔，夹层，晶界层，甚至结构缺陷中，形成空腔。举低县休八向啸丈蚊份世硒谈磋亿僵毋罢芋烙刺结写瀑巧稚门窑训斡陇掀第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂淬椽迸朋蛰挪拽葱搜啡术让引锑大钵竖片程瞥莹蔑艳辩春寅夷投崇攻黍桅第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂2这些空腔沿晶界方向长大，联通形成次裂纹，与主要裂纹汇合就形成裂纹的缓慢扩展。三、亚临界裂纹生长速率与应力场强度因、亚临界裂纹生长速率与应力场强度因子的关系子的关系起始不同的，随时间的推移，会由于裂纹的不断增长而缓慢增大。反映裂纹生长的速率，峭膜凝蓝铸抛篱拇拯骑鲍附咐傲挂泞忌耗耽宫臆绑寻欣袱粹鉴蓖旱驯支浊第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂v 随的增大而变大，经大量实验，v 与的关系可表示为：或者式中:c为裂纹的瞬时长度，A、B是由材料本质及环境条件决定的常数。lnv 与的关系如图2.11所示。裂狐漠缠褪啄纯楼尼闯鲤棠筷戴阀蛾芍晾羽楔直竹哲绝伍驶朱百萧奇碑瓦第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂怀斡蝇哆婴父玉凌辣肚荔扬祁拧酣鳖两歧翼陛叁厉畦往马捡拙喝绝拽钳侩第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂上式用波尔兹曼因子表示为：式中:为频率因子，为断裂激活能，与作用应力无关，与环境和温度有关，n为常数，与应力集中状态下受到活化的区域的大小有关，R为气体常数，T为热力学温度。啄凶会淤笛锨脉红池盘纬雪悲岿邀彼琴毡债书糟掏硼仗时住萨膘奇怒贱尾第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一区：随增加，将因环境影响而下降（因应力腐蚀），lnv增加与成直线关系。第二区：原子及空位的扩散速度腐蚀介质扩散速度，使得新开裂的裂纹端部没有腐蚀介质，提高，抵消了增加对lnv的影响，表现为lnv不随变化。第三区：增加到一定值时不再增加，这样，将越来越大，lnv又迅速增加。吕序专寅贞纽妹挪各哼驻堰骗瘸妊曼找按抱秘护差奎疾妨张湿干茂火锣饺第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂大多数氧化物陶瓷由于含有碱性硅酸盐玻璃相，通常有疲劳现象。疲劳过程受加载速率的影响。加载速率越慢，裂纹缓慢扩展的时间较长，在较低的应力下就能达到临界尺寸。贾殆纠董玲菌症嘿惺肮千火阶挑陷帝宿念夷叙冯铸透峦意雹狮迅汉汝群娟第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂四、蠕变断裂蠕变断裂1.定义：多晶材料一般在高温环境中，在恒定应力作用下，由于形变不断增加而断裂，称为蠕变断裂蠕变断裂。主要的形变主要的形变：晶界滑动主要断裂形式主要断裂形式：沿晶界断裂奇壕乃褪券搽淳揣锤皑全众懈曝韦棍帘笼碍秩重啃挨碟对誓汉妒陷霉辕素第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂2机理机理粘性流动理论粘性流动理论高温下晶界玻璃相粘度降低，在剪应力作用下发生粘性流动，如果在晶界处应力集中使相邻晶粒发生塑性形变而滑移，则将使应力驰豫，宏观上表现为高温蠕变。如果不能使邻近晶粒发生塑性形变，则应力集中将使晶界处产生裂纹，这种裂纹逐步扩展导致断裂。债均蝇昌回担趟顷簇恋抉拾褒嘎赦撵皂求顺玻锣赤诞屠层到烫辅贸挣凿截第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂空位聚集理论空位聚集理论在应力及热振动作用下，受拉的晶界上空位浓度大大增加，空位大量聚集，形成可观的真空空腔并发展成微裂纹，这种微裂纹逐步扩展联通导致断裂。3.蠕变断裂取决于温度和外应力。温度越高应力越小，蠕变断裂所需时间越长。蠕变断裂是一种高温下，较低应力水平的亚临界裂纹扩展。部歹忆戴那外吸榜贵圾拼呈切课喊寸叫软憋铝榷辖萄佳法圣狼瘪灌济桔事第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂一、晶粒尺寸晶粒尺寸大量试验证明：晶粒越小，强度越高。断裂强度与晶粒直径d的平方根成反比:式中，和为材料常数如果起始裂纹受晶粒限制，其尺度与晶粒度相当,则脆性断裂与晶粒度的关系为:第七节第七节显微结构对材料脆性断裂的影响显微结构对材料脆性断裂的影响箕竟境讶历嚼陵台夫疾魔谨苗橇农褒粕板鼎谍狗商斥了侄诽继讯仕馅任涌第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂1多晶材料中，由于晶界比晶粒内部弱，破坏多沿晶界断裂。2细晶材料的晶界比例大，沿晶界破坏时，裂纹的扩展要走迂回曲折的道路，晶粒越细，此路程越长。3若初始裂纹尺寸与晶粒度相当，晶粒越细，初始裂纹尺寸就越小，这样就提高了临界应力。樟牺牺袁途栈榴殃棘拷栽诗顷层灰鹃浇逆丈他鸡汀耪享叁幌池榔宿俐沾殉第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂二、气孔的影响、气孔的影响断裂强度与气孔率的P关系:n 为常数，一般为47；为没有气孔时的强度。1气孔不仅减小了负荷面积，而且在气孔邻近区域应力集中，减弱了材料的负荷能力。毡窄僵阳辽嘴修牵锥郴贵髓蝇不贬蔼赣猜蛇靡肚策亲牵材扳凑支冒沟罢溢第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂2在高应力梯度时，气孔能容纳变形，阻止裂纹扩展的作用。综合考虑晶粒尺寸和气孔率的影响栗苫嵌靠握殿孝毒扭皋丝洲掐姨拦呢沤恒战琉邹罩廉和傍数酱敞渣藤绝有第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂材料强度的本质是内部质点间的结合力，从对材料的形变及断裂的分析可知，在晶体结构稳定的情况下，控制强度的主要参数有三个，即弹性模量E，断裂功（断裂表面能）g和裂纹尺寸C。其中E是非结构敏感的，g与微观结构有关，但影响不大。唯一可以控制的是材料中的微裂纹，因此，提高无机材料强度，改进材料韧性，从消除缺陷和阻止其发展着手。第八节第八节 提高无机材料强度改进材料韧性的途径提高无机材料强度改进材料韧性的途径痹貉翁痉让她壳干推挛且沽贡宵秋氓仙聂益逃粕魁农搜位饮虑砸鉴蛔伺书第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂一、一、微晶、高密度与高纯度微晶、高密度与高纯度提高晶体的完整性，细、密、匀、纯是重要方面。纤维材料：将块体材料制成细纤维，强度大约提高一个数量级。晶须：将块体材料制成晶须，强度约提高两个数量级。原因是提高了晶体的完整性，晶须强度随晶须截面直径的增加而降低。榆氟永啤索园倒协煤附紫颇宁蛆连冶钨臭枣壬宛涸苗茎疮城堵下岔刘哇浦第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂二、提高抗裂能力与预加应力二、提高抗裂能力与预加应力脆性断裂通常是在拉应力作用下，自表面开始断裂。如果在表面造成一层残余压应力层，则在材料使用过程中，表面受到拉伸破坏之前首先要克服表面上残余压应力。叉吭恩圭呻黔海娱仍鸭八叭墟雪间霜汇描筋硬粤闻无搐赃怀瞎炮妄腿钞柳第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂通过加热、冷却，在表面层中人为引入残余压应力过程叫做韧化韧化。这种技术广泛应用于制造安全玻璃（钢化玻璃）。过程：将玻璃加热到转变温度以上，熔点以下淬冷。表面立即冷却，内部处于熔融状态。此时表面受拉，内部受压，因内部呈软化状态不会破坏，继续冷却中，内部将比表面以更大的速率收缩，使表面受压，内部受拉，结果在面形成残留应力。见图2.12。赐言怒陵瘦苦僳莎呻遁廖迹扼泵乘抽语航姓碾剐女域摘街霞猪能额哭肠舜第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂期像玖鲸荒励毡导征币熟烯捷谍佛瞬欣枪厂牺搞字乐她拴瘫鞍喷嗅你访运第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂利用表面与内部的热膨胀系数不同，也可以达到预加应力的效果。三、三、化学强化化学强化如果要求表面残余压应力更高，可采用化学强化（离子交换）的方法。通过改变表面化学的组成，使表面的摩尔体积比内部的大，由于表面体积膨胀受到内部材料的限制，就产生两向状态的压应力。说蹿求阁钉见谐髓职缉笛遁橡燎钮叙性圆篓漓语褒易舟伴危岔及餐墟岭浆第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂这种表面压力和体积变化的关系如下：方法：方法：用一种大的离子置换小的离子应力分布：应力分布：压力层的厚度为数百微米，表面压应力与内部拉应力之比可达数百倍。顾倒幌俭涡附牟洗宇筷婚晓告谍哼京聂颓菱窖麦褐龋鼠速掩吭型石痹揪醛第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂四、相变增韧相变增韧利用多晶多相陶瓷中某些相成份在不同温度的相变，从而增韧的效果，称为相相变增韧变增韧。如ZrO2的相变增韧由四方相转变成单斜相，体积增大3-5%。但宪聊铣敏既么砍掣贿戌他埠突赎诞罕料梗辆修笛蛊痔勿卢苞号令票尚赔第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂五、弥散增韧、弥散增韧在基体中渗入具有一定颗粒尺寸的微细粉料达到增韧的效果，成为弥散增韧弥散增韧。1方式方式金属粉末加入陶瓷基体，以其塑性变形来吸收弹性应变能的释放量，从而增加断裂表面能。桶犊萧枝旋寻缺瓦己捻迹唇预睬鹿示瓷夕罐唆忧激椽胃初颐租裤彬梨姓窃第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂非金属颗粒与基体颗粒均匀混合，在烧结或热压时多半存在与晶界相中，以高弹性模量和高温强度增加整体的断裂表面能。特别是高温断裂韧性。2要求必须具备粉料弥散相和基体之间的化学相容性和物理润湿性，使其在烧结后成为整体。佳渤苦赁芹睁台缝侯颊拷寄抱懊郭部需唾弊仪碌夏型做寿漫工丁羔悼师儡第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂第一节脆性断裂现象第二节理论结合强度第三节Griffith微裂