K I >K IC 发生裂纹扩展，直至断裂 4、K I 的塑性修正 裂纹扩展前，在尖端附近，材料总要先出现一个或大或小的塑性变形区。
∴单纯的线弹性理论必须进行修正。 ①塑性区的形状和尺寸
应用材料力学中学过的知识，结合前述的弹性力场表达式得到： （式4-8）（式4-9）
由Von Mises 屈服准则，材料在三向应力状态下的屈服条件为：
将主应力公式代入Von Mises 屈服准则中，便可得到裂纹尖端塑性区的边界方程，即
整理合并得到（式4-10） r= （平面应力） r= （平面应变） 形状：r=f(θ)
尺寸：当θ=0 r0=f(0) （裂纹扩展方向）
平面应力 2
)
(21S
Ⅰo K r σπ=
平面应变
2
2
)
(
2)21(s
Ⅰ
o K r σ
π
ν-=
ν一般为0.3
∴平面应变的应力场比平面应力的硬。 ≤r 0区载的材料产生屈服。 ②应力松驰的塑性区
材料屈服后，多出来的应力将要松驰（即传递给r>r 0的区域）使r 0前方局部地区的应力生高，又导致这些地方发生屈服。
σys —屈服应力 不考虑加工硬化 σys （R-r 0） 积分应力
r
K r R dr Ⅰ
Ⅰr o ys
ys
Ⅰπσσ
σ
σ2)
()(0
=
-=-?
积分后可知
ys
o
Ⅰr K R σ
π22=
将σys →σs r o (前式)代入
o
s
Ⅰo r K R 2)(12
==σπ （平面应力）
∴Ro=2ro
裂纹尖端区塑性区的宽度计算公式，见表4-2 ③有效裂纹及K I 的修正 有效裂纹长度a+r y
根据计算 r y =（1/2）Ro
平面应力 2
)(21s
Ⅰy k r σπ=
平面应变
2
)
(241s
Ⅰ
y K r σ
π
=
∴y Ⅰr a Y K +=σ
不同的试样形状、和裂纹纹形式， K I 不同。需要修正的条件：σ/σs ≥0.6~0.7时，K I
就需要修正。
三、裂纹扩展能量释放率G 及断裂韧度G IC
从能量转换关系，研究裂纹扩展力学条件及断裂韧度。 1、裂扩展时能量转换关系
?w=?U e +(γp +2γs ) ?A ?w —外力做功
?U e —弹性应变能的变化 ?A —裂纹扩展面积
γp ?A —消耗的塑性功 2γs ?A —形成裂纹后的表面能
-（?U e -?w ）=(γp +2γs ) ?A (4-24) 2、裂纹扩展能量释放率G I U=U e -w 系统能量
式4-24负号表示系统能量下降
A
U G Ⅰ??=
量纲为能量的量纲MJ ·m -2
当裂纹长度为a ，裂纹体的厚度为B 时
a
U B G Ⅰ??=
1
令B=1 a
U G Ⅰ??=
物理意义：G I 为裂纹扩展单位长度时系势能的变化率。又称，G I 为裂纹扩展力。MN · m -1
。
恒位移与恒载荷
恒位移——应力变化，位移速度不变； 恒载荷——应力不变，位移速度变化。 格雷菲斯公式，是在恒位移条件下导出。
得知：①平面应力
E
a U e 2
2πσ-
=
②平面应变
E
a U e )
)(1(2
2
πσ
ν--
= ()E a E a a a U G e Ⅰ2
222)()2(2πσπσδ
=-??
-
=????????=
E a G Ⅰ2
2)1(πσν-=
G I 也是应力σ和裂纹尺寸的复合参量，仅表示方式不同。 3、断裂韧度GIC 和断裂GI 判据
当即将失效扩展，而断裂所对应的平均应力σc ；对应的裂纹尺寸a c [临界值]
E a G c
c Ⅰc 2
2)1(σπν-=
G I ≥G IC 裂纹失稳扩展条件 4、G IC 与K IC 的关系
E a G a K c
c Ⅰc c c Ⅰc 2
σππσ==
∴ E K G E
K G Ⅰc
Ⅰc Ⅰc Ⅰc 2
22
)1(ν-=
=
5）裂纹扩展阻力曲线
裂纹扩展分为亚稳扩展和失稳扩展。 韧性材料的亚稳扩展阶段较长
令：R=(γp+2γs)为裂纹扩展拉力
R —a 裂纹扩展阻力曲线（图4-7，P93） 脆性材料γp ≈0 ，R ≈2γs ∴R 曲线几乎与a 平行 韧性材料，则不然。
裂纹扩展能量释放率
ππσ==
Y 2
E
a G I
∴
2
2E
a G I σγ=
（亦称为裂纹扩展的动力） GI —a 曲线 （动力曲线） 将两条曲线重合
(a) σ≤σ0 阻力≥动力 (b) σ0<σ≤σc 亚稳扩展
σ≤σc 失效扩展 裂纹失稳扩展条件
a R
a G I
??≥
??
∴?GI/?a=?R/?a 的交点，就是裂纹扩展的临界点。它所对应的裂纹长度ac （临界长度），σc （临界应力）。一般情况下，平面应变临界点与裂纹相对扩展量为2%的点相对应。 R-a 曲线的应力：描述构件的断裂行为和估算承载能力。
§4-2弹塑性条件下的金属断裂韧性 裂纹尖端塑性区尺寸
o
s
I r K R 2)(12
0==σπ （4-13）
线弹性理论，只适用于小范围屈服；
在测试材料的KIC ，为保证平面应变和小范围屈服，要求试样厚度B ≥2.5（KIC/σs ）2 试样太大，浪费材料，一般试验机也做不好。 ∴发展了弹塑性断裂力学
原则：①将线弹性理论延伸；
②在试验基础上提出新的断裂韧度和断裂判据； ③常用的J 积分法，COD 法。
一、J 积分原理及断裂韧度JIC 。 1、J 积分的概念
①来源 由裂纹扩展能量释放率GI 延伸出来。
A u
G I ??-
= ②推导过程
a ）有一单位厚度（B=1）的I 型裂纹体。
b ）逆时针取一回路Γ，Γ上任一点的作用力为T
c ）包围体积内的应变能密度为ω
d ）弹性状态下，Γ所包围体积的系统势能，U=Ue-w ，弹性应变能U
e 和外力功W 之差。
e ）裂纹尖端的 )
(W U a G e I -??
-=
f ）Γ回路内的总应变能为： dV=BdA=dxdy dU=ωdxdy
∴???
=
=
Γ
wdxdy
dU
U e
e
g ）Γ回路外面对里面部分在任一点的作用应力为T 。 ∴外侧面积上作用力为 P=TdS (S 为周界弧长) 设边界Γ上各点的位移为u
∴外力在该点上所做的功 dw=u.TdS ∴外围边界上外力作功为
??ΓΓ==ds
T u
dw W h ）合并
???Γ-=-ds
T u
wdxdy W U e
i ）定义（J ·R 赖斯）
?Γ??=ds)
T x u -(wdy
J
③“J ”积分的特性
a ）守恒性 能量线积分，与路径无关
b ）通用性和奇异性
积分路线可以在整个地在裂纹附近的弹性区域内，也可以在接近裂纹的顶端附近。 c ）J 积分值反映了裂纹尖端区的应变能，即应力应变的集中程度。 2、J 积分的能量率表达式与几何意义 ①能量率表达式
)(1a U B G J ⅠⅠ??-
==
这是测定JI 的理论基础 ②几何意义
设有两个外形尺寸相同，但裂纹长度不同，a ，a+△a ，分别在作用力p ，p+△p 作用下，发生相同的位移δ。
将两条P —δ曲线重在一个图上 U1=OAC U2=OBC
两者之差△U= U1- U2=OAB
则 δ
)(1)(10a U
B a U B J Lim a Ⅰ??-=??-=→?
物理意义为：J 积分的形变功差率 ③注意事项：
∵塑性变形是不逆的。 ∴测JI 时，只能单调加载
J 积分应理解为裂纹相差单位长度的两个试样加载达到相同位移时的形变功差率。 ∴其临界值对应点只是开裂点，而不一定是最后失稳断裂点。 3、断裂韧度JIC 及断裂J 判据
JIC 的单位与GIC 的单位相同，MPa.m JI ≥JIC 裂纹会开裂。
实际生产中很少用J 积分来计算裂纹体的承载能力。一般是用小试样测JIC ，再用KIC 去解决实际断裂问题。
4、JIC 和KIC 、GIC 的关系
2
2
)1(ⅠC
ⅠC ⅠC K E
G J ν-=
= （平面应变）
上述关系式，在弹塑性条件下，还不能用理论证明它的成立，但在一定条件下，大致可延伸到弹塑性范围。
二、裂纹尖端张开位移（COD ）及断裂韧度δc
裂纹尖端附近应力集中，必定产生应变材料发生断裂，即 应变量大到一定程度，但，这些应变量很难测量。
∴有人提出用裂纹向前扩展时，同时向垂直方向的位移（张开位移）来间接表示应变量的大
小；用临界张开位移来表示材料的断裂韧度。 1）COD 概念
在平均应力σ作用下，裂纹尖端发生塑性变形，出现塑性区ρ。在不增加裂纹长度（2a ）的情况下，裂纹将沿σ方向产生张开位移δ，称为COD 。 2）断裂韧度δc 及断裂δ判据 δ≥δc
δc 越大，说明裂纹尖端区域的塑性储备越大。δ、δc 是长度 量纲为mm ，可用精密仪器测量。一般钢
材的δc 大约为0.几到几mm 是裂纹开始扩展的判据。不是裂纹失稳扩展的断裂判据。
3）线弹性条件下的COD 表达式 平面应力时
2
)
(21s
I y K r σπ=
令：σ=2v
=
=
+=υθθσπu K r s I )]
2sin 31(2[cos )(21222
当θ=π时 s
I
E K σ
πυδ2
42=
= 对于I 型穿透裂纹：
s
c c c s I E a E a a
K σ
σδσ
σδπσ
2
2
44=
==
（σ≤0.6σs ）该式可用于小范围屈服条件，进行断裂分析和破损安全设计。 4、弹塑性条件下的COD 表达式
达格代尔，建立了带状屈服模型，D-M 模型裂纹长度2a →2c ；割面上上、下方的阻力为δs 。
∴裂纹张开位移s
s a E σπσσπδ2sec
ln 8=
级数展开 ∵1
/σ
σ ∴
)
2(
s
σ
πσ高次方项可以忽略
∴s E a
σ
πσδ2
=
临界条件下 s
c
c
c E a σπσ
δ2=
5）δc 与其他断裂韧度间的关系 断裂应力≤0.5σs 时
平面应力 s
IC
s IC
s IC
s c
c c J G E K E a σσσσπσδ=
=
=
=
2
2
平面应变（三向应力，尖端材料的硬化作用）
s
IC s
IC IC
s
c n J n G K nE σ
σ
σ
υδ=
==
?-=
2
2
)1(
n 为关系因子，1≤n ≤1.5~2.0
（平面应力，n=1；平面应变n=2）
§4-3断裂韧度的测试 有严格的测试标准
（1）四种试样：三点弯曲，紧凑拉伸，C 型拉伸，圆形紧凑拉伸试样。
大小及厚度有严格要求 2
)
(
5.2y
IC
K B σ≥ 预先估计KIC （类比），再逼近。 预制裂纹长度有一定要求，2.5%W （2）方法
弯曲、拉伸；传感器测量，绘出有关曲线。 （3）结果处理
根据有关的函数（可以查表） （有兴趣者可以自看）
§4-4影响断裂韧度的因素 （图片）
一、与常规力学性能之间的关系
KIC 、GIC 、JIC 、δC 最后均是以常规力学性能之一的σ、σS 作自变量。 AK 值~GIC （JIC ），均是吸收的能量位AK 值的误差本身就较大；缺口形状，加载速率等不同。 ∴缺乏可靠的理论依据 二、影响断裂韧度的因素 1）材料因素（内在因素）
①晶体特征 （晶体结构、位错） ②化学成分
③显微组织（晶粒大小，各相，第二相，夹杂） ④处理工艺（热处理、强化处理） 2）（外因）环境因素 温度、应变速度等。
§4-5断裂韧度在工程上的应用 一、高压容器承载能力的计算 二、高压壳体的材料选择 三、大型转轴断裂分析 四、钢铁材料的脆性评定
金属材料-准静态断裂韧性测试的方法
ICS 77.040.10 Ref. No. ISO 12135:2002/Cor.1:2008(E) ? ISO 2008 – All rights reserved Published in Switzerland INTERNATIONAL STANDARD ISO 12135:2002 TECHNICAL CORRIGENDUM 1 Published 2008-06-01 INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION ? МЕЖДУНАРОДНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ ? ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION Metallic materials — Unified method of test for the determination of quasistatic fracture toughness TECHNICAL CORRIGENDUM 1 Matériaux métalliques — Méthode unifiée d'essai pour la détermination de la ténacité quasi statique RECTIFICATIF TECHNIQUE 1 Technical Corrigendum 1 to ISO 12135:2002 was prepared by Technical Committee ISO/TC 164, Mechanical testing of metals , Subcommittee SC 4, Toughness testing — Fracture (F), Pendulum (P), Tear (T). Page 1, Clause 2 Replace the reference to ISO 7500-1:— with the following: ISO 7500-1, Metallic materials — Verification of static uniaxial testing machines — Part 1: Tension/compression testing machines — Verification and calibration of the force-measuring system Delete the reference to Footnote 1) and the footnote “To be published. (Revision of ISO 7500-1:1999)”. Page 13, Figure 6 Add “(not to scale)”. Move the note from under the title of Figure 6 to above the title. Page 16, Figure 9, Footnote d) Replace “on” with “or” to give d Edge of bend or straight compact specimen.
金属的断裂韧度
第四章金属的断裂韧度 断裂是工程上最危险的换效形式。 特点：（a）突然性或不可预见性；（b）低于屈服力，发生断裂；（c）由宏观裂扩展引起。 ???工程上，常采用加大安全系数；浪费材料。但过于加大材料的体积，不一定能防止断裂。 ???发展出断裂力学 断裂力学的研究范畴： 把材料看成是裂纹体，利用弹塑性理论，研究裂纹尖端的应力、应变，以及应变能力分布；确定裂纹的扩展规律；建立裂纹扩展的新的力学参数（断裂韧度）。 主要内容： 含裂纹体的断裂判据。 固有性能的指标一断裂韧性：用来比较材料拉断能力，K C ,G IC , J IC, S C。 用于设计中： K IC 已知，b,求a max K IC已知,a c已知，求b构件承受最大承载能力。 K IC已知，a已知，求b。 讨论：K C的意义，测试原理，影响因素及应用。 § 4-1线弹性条件下的断裂韧度 一、裂纹扩展的基本形式 1、张开型（I型） 2、滑开型（II型） 3）撕开型（III型） 裂纹的扩展常常是组合型，I型的危险性最大 二、应力场强度因子KI和断裂韧度K C。 1、裂纹尖端应力场，应力分析 耳=---------- cos — 耳（加严2 旺=---------- COS — . e e 邸—⑵^严2 2 （应力分量，极座标） 1 -sin —sin — 2 2 1+ sin—sm 一 2 2 鼻輩用*11三弹母案 0 U ①应力场 离裂纹尖端为（尸,占）的一点的应力:
平面应力（T x=0 平面应变T x=U（T x+ T y） 对于某点的位移则有 平面应力情况下'''-' ' 1 平面应变情况时址■了-斗创 上式为平面应变状态，位移分量。 越接近裂纹尖端（即r越小）精度越高；最适合于②应力分 析 在裂纹延长线上，（即v的方向）B =0 r<金属的断裂条件及断口
金属的断裂条件及断口 金属在外加载荷的作用下，当应力达到材料的断裂强度时，发生断裂。断裂是裂纹发生和发展的过程。 1. 断裂的类型 根据断裂前金属材料产生塑性变形量的大小，可分为韧性断裂和脆性断裂。韧性断裂：断裂前产生较大的塑性变形，断口呈暗灰色的纤维状。脆性断裂：断裂前没有明显的塑性变形，断口平齐，呈光亮的结晶状。韧性断裂与脆性断裂过程的显著区别是裂纹扩散的情况不同。 韧性断裂和脆性断裂只是相对的概念，在实际载荷下，不同的材料都有可能发生脆性断裂；同一种材料又由于温度、应力、环境等条件的不同，会出现不同的断裂。 2. 断裂的方式 根据断裂面的取向可分为正断和切断。正断：断口的宏观断裂面与最大正应力方向垂直，一般为脆断，也可能韧断。切断：断口的宏观断裂面与最大正应力方向呈45°，为韧断。 3. 断裂的形式 裂纹扩散的途径可分为穿晶断裂和晶间断裂。穿晶断裂：裂纹穿过晶粒内部，韧断也可为脆断。晶间断裂：裂纹穿越晶粒本身，脆断。
机器零件断裂后不仅完全丧失服役能力，而且还可能造成不应有的经济损失及伤亡事故。断裂是机器零件最危险的失效形式。按断裂前是否产生塑性变形和裂纹扩展路径做如下分类。 韧性断裂的特征是断裂前发生明显的宏观塑性变形，用肉眼或低倍显微镜观察时，断口呈暗灰色纤维状，有大量塑性变形的痕迹。脆性断裂则相反，断裂前从宏观来看无明显塑性变形积累，断口平齐而发亮，常呈人字纹或放射花样。 宏观脆性断裂是一种危险的突然事故。脆性断裂前无宏观塑性变形，又往往没有其他预兆，一旦开裂后，裂纹迅速扩展，造成严重的破坏及人身事故。因而对于使用有可能产生脆断的零件，必须从脆断的角度计算其承载能力，并且应充分估计过载的可能性。. 金属材料产生脆性断裂的条件 （1）温度任何一种断裂都具有两个强度指标，屈服强度和表征裂纹失稳扩散的临界断裂强度。温度高，原子运动热能大，位错源释放出位错，移动吸收能量；温度低反之。 （2）缺陷材料韧性裂纹尖端应力大，韧性好发生屈服，产生塑性变形，限制裂纹进一步扩散。裂纹长度裂纹越长，越容易发生脆性断裂。缺陷尖锐程度越尖锐，越容易发生脆性断裂。 （3）厚度钢板越厚，冲击韧性越低，韧-脆性转变温度越高。原因：（A）越厚，在厚度方向的收缩变形所受到的约束作用越大，
金属塑性变形与断裂
金属塑性变形与断裂集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）
金属材料塑性变形与断裂的关系 摘要：金属的断裂是指金属材料在变形超过其塑性极限而呈现完全分开的状态。材料受力时，原子相对位置发生了改变，当局部变形量超过一定限度时，原于间结合力遭受破坏，使其出现了裂纹，裂纹经过扩展而使金属断开。任何断裂都是由裂纹形成和裂纹扩展两个过程组成的，而裂纹形成则是塑性变形的结果。金属塑性的好坏表明了它抑制断裂能力的高低。 关键词：塑性变形解理断裂准解理断裂沿晶断裂冷脆疲劳应力腐蚀 氢脆高温断裂 一、解理断裂与塑变的关系 解理断裂在主应力作用下，材料由于原子键的破断而产生的沿着某一晶面的快速破断过程。解理断裂的的产生条件是位错滑移必须遇到阻力，且位错滑移聚集到一定程度。断裂面沿一定的晶面发生，这个平面叫做解理面。解理台阶是沿两个高度不同的平行解理面上扩展的解理裂纹相交时形成的。形成过程有两种方式：通过解理裂纹与螺型位错相交形成；通过二次解理或撕裂形成。 第一种，当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个台阶，裂纹继续向前扩展，与许多螺型位错相交便形成众多台阶，他们沿裂纹前端滑动而相互交汇，同号台阶相互汇合长大，异号台阶相互抵消，当汇合台阶足够大的时候便在电镜下观察为河流状花样。
第二种，二次解理是指在解理裂纹扩展的两个互相平行解理面间距较小时产生的，但若解理裂纹的上下两个面间距远大于一个原子间距时，两解理裂纹之间的金属会产生较大的塑性变形，结果由于塑性撕裂而形成台阶，称为撕裂棱晶界。舌状花样是由于解理裂纹沿孪晶界扩散留下的舌头状凹坑或凸台。 从宏观上看，解理断裂没有塑性变形，但从微观上看解理裂纹是以塑性变形为先导的，尽管变形量很小。解理断裂是塑性变形严重受阻，应力集中非常严重的一种断裂。 二、准解理断裂与塑变的关系 准解理断裂介于解理断裂和韧窝断裂之间，它是两种机制的混合。产生原因： （1）、从材料方面考虑，必为淬火加低温回火的组织，回火温度低，易产生此类断裂。 （2）、构件的工作温度与钢材的脆性转折温度基本相同。 （3）、构件的薄弱环节处处于平面应变状态。 （4）、材料的尺寸比较粗大。 （5）、回火马氏体组织的缺陷，如碳化物在回火时的定向析出。 准解理断裂往往开始是因为碳化物，析出物或者夹杂物在外力作用下产生裂纹，然后沿某一晶面解理扩展，之后以塑性变形方式撕裂，其断裂面上显现有较大的塑性变形，特征是断口上存在由于几个地方的小裂纹分别扩展相遇发生塑性撕裂而形成的撕裂岭。准解理断裂面不是一
金属材料的断裂韧性
金属材料的断裂韧性 摘要不同的金属材料的断裂韧性是不一样的，对不同金属材料的断裂韧性进行研究并找出影响的因素对提高金属材料断裂韧性具有非常重要的意义。根据影响金属材料断裂韧性因素的不用，可以总体上概括为两个部分的因素，分别是金属材料外部因素和金属材料内部因素，本文分别就影响金属材料的外部因素和内部因素综合进行分析，以得出影响金属材料动态断裂韧性的因素。 关键词金属材料；失效；断裂韧性；影响因素 0引言 随着现代社会经济的不断发展，对金属材料的使用也大大的增加，在工程构件设计和使用的过程中，最为严重的就是金属材料的断裂，金属材料一旦发生断裂就会发生生产安全事故，同时也会造成一定的经济损失。通过对以往发生的大量的金属材料的断裂事件的分析，得出构件的低应力脆断是由宏观裂纹扩展引起的，其中最为主要的是金属材料的断裂纹，裂纹一般是在金属加工和生产的过程中引起的[1]。 根据影响金属材料断裂韧性因素的不用，可以总体上概括为两个部分的因素，分别是金属材料外部因素和金属材料内部因素，本文分别就影响金属材料的外部因素和内部因素综合进行分析，以得出影响金属材料动态断裂韧性的因素。 1影响金属材料断裂韧性的外部因素 1.1几何因素的影响 几何因素是影响金属材料断裂韧性的一个最为重要的外部因素。几何因素主要包括两个方面的内容，分别是试样厚度和试样取向等因素，下面对这两个因素进行分析： 1）试样厚度 目前在对金属材料的断裂韧性进行研究的过程中发现，不同厚度的金属材料会对会对裂纹前端的应力约束产生较大的影响，同样也会对金属材料的断裂韧性有一定的影响，所以我们分别用不同厚度的同一个金属材料进行断裂韧性的实验，在实验的过程中发现厚试样的断裂韧性值明显的比薄试样的断裂韧性值要低，换而言之，不同厚度的金属材料，其自身的断裂韧性也不同，厚度也是影响金属材料断裂韧性的一个重要的因素[2]。 2）试样的取向 在对金属材料进行取样测试的时候，试样的去向业余金属材料的断裂韧性之
金属材料的断裂认识
金属材料的断裂 金属在外加载荷的作用下，当应力达到材料的断裂强度时，发生断裂。断裂是裂纹发生和发展的过程。 1. 断裂的类型 根据断裂前金属材料产生塑性变形量的大小，可分为韧性断裂和脆性断裂。韧性断裂：断裂前产生较大的塑性变形，断口呈暗灰色的纤维状。脆性断裂：断裂前没有明显的塑性变形，断口平齐，呈光亮的结晶状。韧性断裂与脆性断裂过程的显著区别是裂纹扩散的情况不同。 韧性断裂和脆性断裂只是相对的概念，在实际载荷下，不同的材料都有可能发生脆性断裂；同一种材料又由于温度、应力、环境等条件的不同，会出现不同的断裂。 2. 断裂的方式 根据断裂面的取向可分为正断和切断。正断：断口的宏观断裂面与最大正应力方向垂直，一般为脆断，也可能韧断。切断：断口的宏观断裂面与最大正应力方向呈45°，为韧断。 3. 断裂的形式 裂纹扩散的途径可分为穿晶断裂和晶间断裂。穿晶断裂：裂纹穿过晶粒内部，韧断也可为脆断。晶间断裂：裂纹穿越晶粒本身，脆断。 4. 断口分析 断口分析是金属材料断裂失效分析的重要方法。记录了断裂产生原因，扩散的途径，扩散过程及影响裂纹扩散的各内外因素。所以通过断口分析可以找出断裂的原因及其影响因素，为改进构件设计、提高材料性能、改善制作工艺提供依据。断口分析可分为宏观断口分析和微观断口分析。 （1）宏观断口分析 断口三要素：纤维区，放射区，剪切唇。纤维区：呈暗灰色，无金属光泽，表面粗糙，呈纤维状，位于断口中心，是裂纹源。放射区：宏观特征是表面呈结晶状，有金属光泽，并具有放射状纹路，纹路的放射方向与裂纹扩散方向平行，而且这些纹路逆指向裂源。剪切唇：宏观特征是表面光滑，断面与外力呈45°，位于试样断口的边缘部位。 （2）微观断口分析（需要深入研究） 5. 脆性破坏事故分析 脆性断裂有以下特征： （1）脆断都是属于低应力破坏，其破坏应力往往远低于材料的屈服极限。（2）一般都发生在较低的温度，通常发生脆断时的材料的温度均在室温以下20℃。（3）脆断发生前，无预兆，开裂速度快，为音速的1/3。（4）发生脆断的裂纹源是构件中的应力集中处。
金属断裂机理完整版
金属断裂机理 1 金属的断裂综述 断裂类型根据断裂的分类方法不同而有很多种，它们是依据一些各不相同的特征来分类的。 根据金属材料断裂前所产生的宏观塑性变形的大小可将断裂分为韧性断裂与脆性断裂。韧性断裂的特征是断裂前发生明显的宏观塑性变形，脆性断裂在断裂前基本上不发生塑性变形，是一种突然发生的断裂，没有明显征兆，因而危害性很大。通常，脆断前也产生微量塑性变形，一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5％为脆性断裂；大于5％为韧性断裂。可见，金属材料的韧性与脆性是依据一定条件下的塑性变形量来规定的，随着条件的改变，材料的韧性与脆性行为也将随之变化。 多晶体金属断裂时，裂纹扩展的路径可能是不同的。沿晶断裂一般为脆性断裂，而穿晶断裂既可为脆性断裂（低温下的穿晶断裂），也可以是韧性断裂（如室温下的穿晶断裂）。沿晶断裂是晶界上的一薄层连续或不连续脆性第二相、夹杂物，破坏了晶界的连续性所造成的，也可能是杂质元素向晶界偏聚引起的。应力腐蚀、氢脆、回火脆性、淬火裂纹、磨削裂纹都是沿晶断裂。有时沿晶断裂和穿晶断裂可以混合发生。 按断裂机制又可分为解理断裂与剪切断裂两类。解理断裂是金属材料在一定条件下（如体心立方金属、密排六方金属、合金处于低温或冲击载荷作用），当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面的穿晶断裂。解理面一般是低指数或表面能最低的晶面。对于面心立方金属来说（比如铝），在一般情况下不发生解理断裂，但面心立方金属在非常苛刻的环境条件下也可能产生解理破坏。 通常，解理断裂总是脆性断裂，但脆性断裂不一定是解理断裂，两者不是同义词，它们不是一回事。 剪切断裂是金属材料在切应力作用下，沿滑移面分离而造成的滑移面分离断裂，它又分为滑断（又称切离或纯剪切断裂）和微孔聚集型断裂。纯金属尤其是单晶体金属常发生滑断断裂；钢铁等工程材料多发生微孔聚集型断裂，如低碳钢拉伸所致的断裂即为这种断裂，是一种典型的韧性断裂。 根据断裂面取向又可将断裂分为正断型或切断型两类。若断裂面取向垂直于最大正应力，即为正断型断裂；断裂面取向与最大切应力方向相一致而与最大正应力方向约成45°角，为切断型断裂。前者如解理断裂或塑性变形受较大约束下的断裂，后者如塑性变形不受约束或约束较小情况下的断裂。
金属的断裂韧性
第四章金属的断裂韧性 断裂是工程构件最危险的一种失效方式，尤其是脆性断裂，它是突然发生的破坏，断裂前没有明显的征兆，这就常常引起灾难性的破坏事故。自从四五十年代之后，脆性断裂的事故明显地增加。 1．强度储备法，许用应力，强度储备系数（安全系数） 按照传统力学设计，只要求工作应力σ小于许用应力[σ]，即σ<[σ],就被认为是安全的了。而[σ]，对塑性材料[σ]=σs/n，对脆性材料[σ]=σb/n，其中n为安全系数。经典的强度理论无法解释为什么工作应力远低于材料屈服强度时会发生所谓低应力脆断的现象。 2．低应力脆性断裂（低应力脆断）：高强度机件及中低强度大型件。 3．裂纹体：传统力学是把材料看成均匀的，没有缺陷的，没有裂纹的理想固体，但是实际的工程材料，在制备、加工及使用过程中，都会产生各种宏观缺陷乃至宏观裂纹。 4．人们在随后的研究中发现低应力脆断总是和材料内部含有一定尺寸的裂纹相联系的，当裂纹在给定的作用应力下扩展到一临界尺寸时，就会突然破裂。因为传统力学或经典的强度理论解决不了带裂纹构件的断裂问题，断裂力学就应运而生。可以说断裂力学就是研究带裂纹体的力学，它给出了含裂纹体的断裂判据，并提出一个材料固有性能的指标——断裂韧性，用它来比较各种材料的抗断能力。断裂力学，建立了材料性质、裂纹尺寸和工作应力之间的关系。 5．断裂韧性，断裂韧度 §4.1 线弹性条件下的断裂韧性 断口分析表明，金属机件的低应力脆断断口没有宏观塑性变形痕迹，可以应用线弹性断裂力学。两种分析方法：（1）应力场强度分析方法；（2）能量分析方法。 一、裂纹扩展的基本形式 根据外加应力与裂纹扩展面间的取向关系，裂纹主要有三种基本形式： 张开型（I型），滑开型（II型）、撕开型（III型）。 二、应力场强度因子K I及断裂韧性K IC
材料力学 论金属的断裂
工程材料力学期中作业 班级成型2班 姓名陶帅 学号20113650
论述金属的断裂 一、基本介绍 概念：金属材料在外力作用下断裂成两部分的现象。 磨损、腐蚀和断裂是机件的三种主要失效形式，其中以断裂的危害最大。在应力作用下（有时还兼有热及介的共同作用），金属材料被分成两个或几个部分，称为完全断裂；内部存在裂纹，则为不完全断裂。实践证明，大多数金属材料的断裂过程都包括裂纹形成与扩展两个阶段。对于不同的断裂类型，这两个阶段的机理与特征并不相同。 二、断裂的基本类型 弹性变形→塑性变形→断裂 1，根据材料断裂前产生的宏观塑性变形量的大小来确定断裂类型，可分为韧性断裂和脆性断裂。 2，多晶体金属断裂时，按裂纹扩展路径可以分为穿晶断裂和沿晶断裂。 3，根据应力类型可分为纯剪切断裂和微孔聚集型断裂、解理断裂。 三、具体分析 1，韧性断裂 韧性断裂是金属材料断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量。韧性断裂的断裂面一
般平行于最大切应力并与主应力成45o角。用肉眼或放大镜观察时，端口呈纤维状，灰暗色。纤维状是苏醒变形过程中微裂纹不断扩展和相连造成的，灰暗色则是纤维断口表面对光反射能力很弱所致。 中、低强度钢的光滑圆柱试样在室温下的静拉伸断裂是典型的韧性断裂，其宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。 当光滑圆柱拉伸试样受拉伸力作用，在试验力达到拉伸力-伸长曲线最高点时，便在试样局部区域产生缩颈，同时试样的应力状态也由单向变为三向，且中心轴向应力最大。在中心三向拉应力作用下，塑性变形难于进行，致使试样中心部分的夹杂物或第二相质点本身碎裂，或使夹杂物质点与基体界面脱离而形成微孔。微孔不断长大和聚合就形成显微裂纹。早期形成的显微裂纹，其端部产生较大塑性变形，且集中于极窄的高变形带内。这些剪切变形带从宏观上看大致与径向呈50o~60o角。新的微孔就在变形带内成核、长大和聚合，当其与裂纹连接时，裂纹便向前扩展了一段距离。这样的过程重复进行就形成锯齿
断裂力学与断裂韧性
断裂力学与断裂韧性 3.1 概述 断裂是工程构件最危险的一种失效方式，尤其是脆性断裂，它是突然发生的破坏，断裂前没有明显的征兆，这就常常引起灾难性的破坏事故。自从四五十年代之后，脆性断裂的事故明显地增加。例如，大家非常熟悉的巨型豪华客轮－泰坦尼克号，就是在航行中遭遇到冰山撞击，船体发生突然断裂造成了旷世悲剧！ 按照传统力学设计，只要求工作应力σ小于许用应力[σ]，即σ<[σ],就 被认为是安全的了。而[σ]，对塑性材料[σ]=σ s /n，对脆性材料[σ]=σ b /n， 其中n为安全系数。经典的强度理论无法解释为什么工作应力远低于材料屈服强度时会发生所谓低应力脆断的现象。原来，传统力学是把材料看成均匀的，没有缺陷的，没有裂纹的理想固体，但是实际的工程材料，在制备、加工及使用过程中，都会产生各种宏观缺陷乃至宏观裂纹。 人们在随后的研究中发现低应力脆断总是和材料内部含有一定尺寸的裂纹相联系的，当裂纹在给定的作用应力下扩展到一临界尺寸时，就会突然破裂。因为传统力学或经典的强度理论解决不了带裂纹构件的断裂问题，断裂力学就应运而生。可以说断裂力学就是研究带裂纹体的力学，它给出了含裂纹体的断裂判据，并提出一个材料固有性能的指标——断裂韧性，用它来比较各种材料的抗断能力。 3.2 格里菲斯(Griffith)断裂理论 3.2.1 理论断裂强度 金属的理论断裂强度可由原子 间结合力的图形算出，如图3-1。 图中纵坐标表示原子间结合力，纵
轴上方为吸引力下方为斥力，当两原子间距为a即点阵常数时，原子处于平衡位置，原子间的作用力为零。如金属受拉伸离开平衡位置，位移越大需克服的引力 时吸力最大以越大，引力和位移的关系如以正弦函数关系表示，当位移达到X m σc表示，拉力超过此值以后，引力逐渐减小，在位移达到正弦周期之半时，原子间的作用力为零，即原子的键合已完全破坏，达到完全分离的程度。可见理论断裂强度即相当于克服最大引力σ 。该力和位移的关系为 c 图中正弦曲线下所包围的面积代表使金属原子完全分离所需的能量。分离后形成两个新表面，表面能为。 可得出。 若以=，=代入，可算出。 3.2.2 格里菲斯(Griffith)断裂理论 金属的实际断裂强度要比理论计算的断裂强度低得多，粗略言之，至少低一 陶瓷、玻璃的实际断裂强度则更低。 个数量级，即 。 实际断裂强度低的原因是因为材料内部存在有裂纹。玻璃结晶后，由于热应力产生固有的裂纹；陶瓷粉末在压制烧结时也不可避免地残存裂纹。金属结晶是紧密的，并不是先天性地就含有裂纹。金属中含有裂纹来自两方面：一是在制造工艺过程中产生，如锻压和焊接等；一是在受力时由于塑性变形不均匀，当变形受到阻碍(如晶界、第二相等)产生了很大的应力集中，当应力集中达到理论断裂强度，而材料又不能通过塑性变形使应力松弛，这样便开始萌生裂纹。
断裂分类
断裂类型根据断裂的分类方法不同而有很多种，它们是依据一些各不相同的特征来分类的。 根据金属材料断裂前所产生的宏观塑性变形的大小可将断裂分为韧性断裂与脆性断裂。韧性断裂的特征是断裂前发生明显的宏观塑性变形，脆性断裂在断裂前基本上不发生塑性变形，是一种突然发生的断裂，没有明显征兆，因而危害性很大。通常，脆断前也产生微量塑性变形，一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5％为脆性断裂；大于5％为韧性断裂。可见，金属材料的韧性与脆性是依据一定条件下的塑性变形量来规定的，随着条件的改变，材料的韧性与脆性行为也将随之变化。 多晶体金属断裂时，裂纹扩展的路径可能是不同的。沿晶断裂一般为脆性断裂，而穿晶断裂既可为脆性断裂（低温下的穿晶断裂），也可以是韧性断裂（如室温下的穿晶断裂）。沿晶断裂是晶界上的一薄层连续或不连续脆性第二相、夹杂物，破坏了晶界的连续性所造成的，也可能是杂质元素向晶界偏聚引起的。应力腐蚀、氢脆、回火脆性、淬火裂纹、磨削裂纹都是沿晶断裂。有时沿晶断裂和穿晶断裂可以混合发生。 按断裂机制又可分为解理断裂与剪切断裂两类。解理断裂是金属材料在一定条件下（如体心立方金属、密排六方金属与合金处于低温、冲击载荷作用），当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面的穿晶断裂。解理面一般是低指数或表面能最低的晶面。对于面心立方金属来说，在一般情况下不发生解理断裂，但面心立方金属在非常苛刻的环境条件下也可能产生解理破坏。 通常，解理断裂总是脆性断裂，但脆性断裂不一定是解理断裂，两者不是同义词，它们不是一回事。 剪切断裂是金属材料在切应力作用下，沿滑移面分离而造成的滑移面分离断裂，它又分为滑断（又称切离或纯剪切断裂）和微孔聚集型断裂。纯金属尤其是
金属材料力学性能实验断裂韧度试验
金属材料力学性能试验断裂韧度试验 6.2 断裂韧度试验 6.2.1 结构线Construction line 在J-Δa 和δ-Δa 试验记录上画一条线，代表表观裂纹扩展（即裂纹表面的位移量），包括裂纹端钝化 6.2.2 裂纹扩展阻力曲线Crack entension resistance curve R-曲线 δ 或J 与稳定裂纹扩展Δa 的变化 6.2.3 裂纹平面取向Crack plane orientation 按照裂纹平面的法向方向和试验中裂纹预期的扩展方向处理裂纹，对于锻造产品参考其特征晶粒流动方向 6.2.4 裂纹嘴张开位移Crack-mouth opening displacement (CMOD) V 在裂纹开始缺口附近，测量与原始裂纹平面垂直的裂纹平面的相对位移量 6.2.5 裂纹尖端张开位移Crack-tip opening displacement δ 在原始裂纹尖端（即疲劳预裂纹尖端）测量与原始裂纹平面垂直的裂纹平面的相对位移量 6.2.6 临界J Critical J 对应裂纹扩展开始时的J 值 6.2.7 临界δ Critical δ 对应裂纹扩展开始时的δ 值 6.2.8 断裂韧度fracture toughness 准静态单一加载条件下的裂纹扩展阻力的通用术语 6.2.9 J-积分J-integral 与积分路径无关的闭合回路或表面积分，用来表征裂纹前缘周围地区的局部应力-应变场，在塑性效应不可忽视的地方提供能量释放速率，用来表征对应表观裂纹扩展a 时的势能变化 J 与J 积分相当的加载参数，当测定力-加载线位移图时特指裂纹尖端塑性变形不可忽视条件下的断裂 6.2.10 J-R 曲线J-R curve J-Δa 图，在塑性效应不容忽视的地方，用于描述稳定裂纹扩展阻力 6.2.11 最大疲劳应力强度因子Maximum fatigue stress intensity factor Kf
第四章金属的断裂韧性
第四章 金属的断裂韧性 1. 名词解释： ⑴ 低应力脆断；⑵ 张开型（Ⅰ型）裂纹；⑶ 应力场强度因子 （4）裂纹扩展K 判据；（5） 裂纹扩展能量释放率；（6） 裂纹扩展G 判据 （7）小范围屈服；（8） 塑性区；（9） 有效屈服应力；（10）等效裂纹； 2. 传统强度设计与线弹性断裂力学性能设计的基本思路有何差异？它们在实 零件设计中的应用各有何局限性？ 3. 何谓“低应力脆断”？为什么会产生低应力脆断？ 4. 何谓“应力场强度因子”？ “断裂韧性”？它们的物理意义是什么？量纲 是什么？ 5. 什么是平面应力状态？什么是平面应变应力状态？实际构件承载时哪些可 以看成是平面应变应力状态？ 6. 说明IC I K a Y K ≥?=σ，式中各符号所代表的物理意义？这一不等式可以解 决哪些问题？ 7. 设有两条Ι型裂纹，其中一条长为4a ，另一条长为a ，若前者加载至σ，后 者加载至2σ,试问它们裂纹顶端附近的应力场是否相同，应力场强度因子是否相同？ 8. 改善材料断裂韧性的途径？ 9. 对实际金属材料而言，裂纹顶端形成塑性区是不可避免的，由此对线性弹性断裂力学分析带来哪些影响。反映在 试验测定上有何具体要求。 10. 有一大型板件，材料的σ0.2=1200MPa ，K IC =115 MPa·m 1/2，探伤发现有20mm 长的横向穿透裂纹，若在平均轴向应力900MPa 下工作，试计算K I 和塑性区宽度并判断该件是否安全。 11. 有一构件加工时，出现表面半椭圆裂纹，若a=1mm,a/c=0.3，在1000MPa 的 应力下工作，对下列材料应选哪一种？
σ0.2/ MPa 1100 1200 1300 1400 1500 KIC/ MPa·m 1/2110 95 75 60 55 12. 已知裂纹长2a=8mm ，σ=400MPa ，若取Y 为0.8636，求K 1？ 13. 某高压气瓶壁厚18mm ，内径380mm ，经探伤发现沿气瓶体轴向有一表面深 裂纹，长 3.8mm ，气瓶材料在-40℃时的抗拉强度为86 Kgf/mm 2，K IC = 166Kgf/mm 23，试计算在-40℃时临界压力是多少？（提示：可把表面深裂纹看作穿透裂纹）
第四章金属的断裂韧性
第四章金属的断裂韧性绪言 一、按照许用应力设计的机件不一定安全。 按照强度储备方法确定机件的工作应力，即[] n 2.0 σ σ σ= ≤。按照上述设计的零件应该 不会产生塑性变形更不会发生断裂。但是，高强度钢制成的机件以及中、低强度钢制成的大型机件有时会在远低于屈服强度的状态下发生脆性断裂——低应力脆性断裂。 二、传统塑性指标数值的大小只能凭经验。 像δ（A）、ψ（Z）、A k、T k值，只能定性地应用，无法进行计算，只能凭经验确定。往往出现取值过高，而造成强度水平下降，造成浪费。中、低强度钢材料中小截面机件即属于此类情况。而高强度钢材料机件及中、低强度钢的大型件和大型结构，这种办法并不能确保安全。 三、如何定量地把韧性应用于设计，确保机件运转的可靠性，从而出现了断裂力学。 断裂韧性——能反映材料抵抗裂纹失稳扩展能力的性能指标。 大量事例和试验分析证明，低应力脆性断裂总是由材料中宏观裂纹的扩展引起的。这种裂纹可能是冶金缺陷、加工过程中产生或使用中产生。 断裂力学运用连续介质力学的弹性理论，考虑了材料的不连续性，来研究材料和机件中裂纹扩展的规律，确定能反映材料抵抗裂纹扩展的性能指标及其测试方法，以控制和防止机件的断裂，定量地与传统设计理论并入计算。 本章主要介绍断裂韧性的基本概念、测试方法及影响因素，解决断裂韧性与外加应力和裂纹之间的定量关系。 第一节线弹性条件下的金属断裂韧性 大量断口分析表明，金属机件或构件的低应力脆性断口没有宏观塑性变形痕迹。由此可以认为，裂纹在断裂扩展时，其尖端总是处于弹性状态，应力和应变呈线性关系。因此，在研究低应力脆断的裂纹扩展问题时，可以应用弹性力学理论，从而构成了线弹性断裂力学。线弹性断裂力学分析裂纹体断裂问题有两种方法：一种是应力应变分析法（应力场分析法），考虑裂纹尖端附近的应力场强度，得到相应的断裂K判据；另一种是能量分析法，考虑裂纹扩展时系统能量的变化，建立能量转化平衡方程，得到相应的断裂G判据。从这 两种分析方法中得到断裂韧度K Ⅰc 和G Ⅰc ，其中K Ⅰc 是常用的断裂韧性指标，是本章的重点。 一、裂纹扩展的基本形式 由于裂纹尖端附近的应力场强度与裂纹扩展类型有关，所以，首先讨论裂纹扩展的基本形式。 1、张开型（Ⅰ型裂纹）：拉应力垂直作用于裂纹扩展面，裂纹沿作用力方向张开，沿裂纹面扩展。例，轴的横向裂纹在轴向拉力或弯曲力作用下的扩展，容器纵向裂纹在内压力作用下的扩展。 2、滑开型（Ⅱ型裂纹）：切应力平行作用于裂纹面，而且与裂纹线垂直，裂纹沿裂纹面平行滑开扩展。如，花键根部裂纹沿切向力扩展。 3、撕开型（Ⅲ型裂纹）：切应力平行作用于裂纹面，而且与裂纹线平行，裂纹沿裂纹面撕开扩展。轴的纵、横向裂纹在扭转作用下的扩展。 实际裂纹的扩展并不局限于这三种形式，往往是他们的组合。在这些不同的裂纹扩展
金属断裂机理
1 金属的断裂综述 断裂类型根据断裂的分类方法不同而有很多种，它们是依据一些各不相同的特征来分类的。 根据金属材料断裂前所产生的宏观塑性变形的大小可将断裂分为韧性断裂与脆性断裂。韧性断裂的特征是断裂前发生明显的宏观塑性变形，脆性断裂在断裂前基本上不发生塑性变形，是一种突然发生的断裂，没有明显征兆，因而危害性很大。通常，脆断前也产生微量塑性变形，一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5％为脆性断裂；大于5％为韧性断裂。可见，金属材料的韧性与脆性是依据一定条件下的塑性变形量来规定的，随着条件的改变，材料的韧性与脆性行为也将随之变化。 多晶体金属断裂时，裂纹扩展的路径可能是不同的。沿晶断裂一般为脆性断裂，而穿晶断裂既可为脆性断裂（低温下的穿晶断裂），也可以是韧性断裂（如室温下的穿晶断裂）。沿晶断裂是晶界上的一薄层连续或不连续脆性第二相、夹杂物，破坏了晶界的连续性所造成的，也可能是杂质元素向晶界偏聚引起的。应力腐蚀、氢脆、回火脆性、淬火裂纹、磨削裂纹都是沿晶断裂。有时沿晶断裂和穿晶断裂可以混合发生。 按断裂机制又可分为解理断裂与剪切断裂两类。解理断裂是金属材料在一定条件下（如体心立方金属、密排六方金属与合金处于低温、冲击载荷作用），当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面的穿晶断裂。解理面一般是低指数或表面能最低的晶面。对于面心立方金属来说，在一般情况下不发生解理断裂，但面心立方金属在非常苛刻的环境条件下也可能产生解理破坏。 通常，解理断裂总是脆性断裂，但脆性断裂不一定是解理断裂，两者不是同义词，它们不是一回事。 剪切断裂是金属材料在切应力作用下，沿滑移面分离而造成的滑移面分离断裂，它又分为滑断（又称切离或纯剪切断裂）和微孔聚集型断裂。纯金属尤其是单晶体金属常发生滑断断裂；钢铁等工程材料多发生微孔聚集型断裂，如低碳钢拉伸所致的断裂即为这种断裂，是一种典型的韧性断裂。 根据断裂面取向又可将断裂分为正断型或切断型两类。若断裂面取向垂直于最大正应力，即为正断型断裂；断裂面取向与最大切应力方向相一致而与最大正应力方向约成45°角，为切断型断裂。前者如解理断裂或塑性变形受较大约束下的断裂，后者如塑性变形不受约束或约束较小情况下的断裂。
断裂韧性实验报告
断裂韧性测试实验报告 随着断裂力学的发展，相继提出了材料的IC K 、()阻力曲线J J R 、)(阻力曲线CTOD R δ等一些新的力学性能指标，弥补了常规试验方法的不足，为工程应用提供了可靠的断裂判据和设计依据。下面介绍下这几种方法的测试原理及试验方法。 1、三种断裂韧性参数的测试方法简介 1. 1 平面应变断裂韧度IC K 的测试 对于线弹性或小范围的I 型裂纹试样，裂纹尖端附近的应力应变状态完全由应力强度因子 I K 所决定。I K 是外载荷P ，裂纹长度a 及试样几何形状的函数。在平面应变状态下，当P 和a 的某一组合使I K =IC K ，裂纹开始失稳扩展。I K 的临界值IC K 是一材料常数，称为平面应变断裂韧度。测试IC K 保持裂纹长度a 为定值，而令载荷逐渐增加使裂纹达到临界状态，将此时的 C P 、a 代入所用试样的I K 表达式即可求得IC K 。 IC K 的试验步骤一般包括： （1） 试样的选择和准备（包括试样类型选择、试样尺寸确定、试样方位选择、试样加工及疲 劳预制裂纹等）； （2） 断裂试验； （3） 试验结果的处理（包括裂纹长度a 的测量、条件临界荷载Q P 的确定、实验测试值Q K 的 计算及Q K 有效性的判断）。 1. 2 延性断裂韧度R J 的测试 J 积分延性断裂韧度是弹塑性裂纹试样受I 型载荷时，裂纹端点附近区域应力应变场强度 力学参量J 积分的某些特征值。测试J 积分的根据是J 积分与形变功之间的关系：
a B U J ??- = （1-1） 其中U 为外界对试样所作形变功，包括弹性功和塑性功两部分，a 为裂纹长度，B 为试样厚度。 J 积分测试有单试样法和多试验法之分，其中多试样法又分为柔度标定法和阻力曲线法。 但无论是单试样法还是多试样柔度标定法，都须先确定启裂点，而困难正在于此。因此，我国GB2038-80标准中规定采用绘制R J 阻力曲线来确定金属材料的延性断裂韧度。这是一种多试样法，其优点是无须判定启裂点，且能达到较高的试验精度。这种方法能同时得到几个J 积分值，满足工程实际的不同需要。 所谓R J 阻力曲线，是指相应于某一裂纹真实扩展量的J 积分值与该真实裂纹扩展量的关系曲线。标准规定测定一条R J 阻力曲线至少需要5个有效试验点，故一般要5~8件试样。把按规定加工并预制裂纹的试样加载，记录?-P 曲线，并适当掌握停机点以使各试样产生不同的裂纹扩展量（但最大扩展量不超过0.5mm ）。测试各试样裂纹扩展量a ?，计算相应的J 积分，对试验数据作回归处理得到R J 曲线。R J 阻力曲线的位置高低和斜率大小代表了材料对于启裂和亚临界扩展的抗力强弱。 R J 阻力曲线法测试步骤一般包括： （1） 试样准备 ①试样尺寸的选择原则： 1）平面应变条件：标准规定 )/(05.0s J B σα≥ （1-2） 其中 ?? ???铝合金钛合金钢 120 80 50 α
