当前课程知识点：材料科学基础 > 第九章 金属材料的变形与再结晶 > 9.8 晶体的断裂 > 晶体的断裂
同学们
这节课我们开始学习晶体的断裂
我们对晶体进行拉伸时
随着载荷的增加
材料会经历弹性变形
或多或少的塑性变形
最终都会发生断裂
因此我们工程上就按照材料
在断裂前产生塑性变形的程度
我们将断裂分为脆性断裂
韧性断裂和半脆性断裂三种
脆性断裂的宏观特征是断裂前
没有明显的塑性变形
吸收的能量很少
而裂纹的扩展速度很快
很多陶瓷材料
金属陶瓷和某一些金属间的化合物
都属于这样一种断裂
对于脆性断裂
我们在显微镜下观察到的它的脆性断口
为结晶状的断口
可以分为两类
一类呢是脆性的穿晶断口
表现出来是河流状的花样
一类是脆性的沿晶断口
表现出来是晶界的撕裂棱
通常晶体过程中裂纹的扩展
总是沿着原子结合力最弱的区域进行
而并非一定是沿着晶界
但是呢有一些特殊的情况会产生晶界脆断
比如说晶界存在着连续分布的脆性第二相
晶界上有微量元素或杂质的偏析
或者由于环境损害的晶界
形成了氢脆应力腐蚀等
使得晶界的抗力大大降低
那么在这样一些情况下
那么晶体的断裂会沿着晶界进行
对于脆性的穿晶断口
我们可以看到
它是由许许多多具有很大反射能力的
结晶小平面组成的
使端口呢具有金属光泽
在电镜下我们可以发现断口表面有许多条纹
我们称之为河流
形成这样一种断口的裂纹
是沿着晶粒的一定的结晶学平面
穿过晶粒而发展的
这样一种现象呢叫做解理
我们把面的结晶学平面叫做解理面
通常呢是一种相互平行的晶面
那么在不同高度的平行解理面之间
就形成了解理台阶
就是我们所说的河流状的花样
对于脆性的沿晶断口
在裂纹沿晶界扩展而导致的断裂断口上
可以看到明显的晶界撕裂棱
韧性断裂是指晶体在断裂前经历了
较大的塑性变形以后发生的断裂
和脆性断裂相比
裂纹的扩展速度缓慢
那么对于很多面心立方金属
比如说铜 铝 金 镍以及固溶体
或者二氧化锆增韧的陶瓷等材料呢
都属于韧性断裂
断裂以后断口上也有明显的塑性变形的痕迹
因此断口多为纤维状或者是剪切状
宏观特征断口呈暗灰色
没有金属光泽看不到颗粒状的形貌
断口的外形轮廓显示了断裂前的塑性变形
断口边缘呢有比较大的剪切唇
在电子显微镜下
可以观察到断口上有许多裂纹
俗称韧窝
所以我们说韧性断裂的典型特征
在电镜下我们就可以看到是韧窝
工程上材料以断裂前是否发生塑性变形
来区分韧性断裂还是脆性断裂
鉴于二者之间的就是半脆性断裂
这样一类材料
在较低温度下可以表现为脆性
在较高温度下又可以表现出韧性
存在着韧-脆的转化温度
那么影响材料韧性-脆性转换的因素有很多
比如说应力状态
那么在外力作用下的物体
每一点的应力状态
都可以用正应力和切应力来表示
其中呢切应力会引起材料的塑性变形
对材料的韧性有利
而正应力呢会促进材料的断裂
不利于韧性
那么温度也会影响材料的韧-脆转变
由于升温可以激活位错元
使得位错运动的阻力变小
利于晶体发生塑性变形
所以断裂是韧性的
材料成分作用呢
根据具体的材料而定
一般降低材料塑性的元素
都会使得材料的韧-脆转化温度升高
那么晶粒大小也会影响材料的韧-脆转换
细化晶粒有利于提高材料的塑性
同时由于晶界对裂纹扩展的阻碍作用
会使得解理断裂强度比较高
容易发生微孔聚合性的韧性断裂
因此晶粒尺寸越小
韧-脆转换温度越低
也就是说韧性越好
那么格里菲斯在1920年
就认为实际晶体中
原本就存在着一些微裂纹
裂纹尖端会有应力集中
从而使得材料的断裂强度大大降低
那么这样一个理论很好的解释了
实际断裂强度小于理论断裂强度的原因
晶体中原来存在的裂纹长度越大
强度降低越多
那么断裂强度越低
那么塑性材料中的裂纹扩展
不仅要增加表面能
而且裂纹尖端处发生塑性变形
还要增加塑性变形功
所以
就有了我们的
格里菲斯-欧罗万-伊尔文公式
好这就是我们晶体断裂的全部内容
谢谢大家
-绪论
-绪论
-讨论1
-讨论2
-2.1 原子结构与原子轨道
--原子结构与轨道
-2.2 电子排布规律
--电子排布规律
--电子排布规律
-2.3 晶体中的结合键
--晶体中的结合键
--原子结构与键合
-2.4 晶体结构与空间点阵
-2.5 晶系与布拉菲点阵
--晶系与布拉菲点阵
--晶系与布拉菲点阵
-2.6 晶向指数与晶面指数
-2.7 晶面间距与晶面夹角
-2.8 晶体的宏观对称性
--晶体的宏观对称性
--晶体的宏观对称性
-讨论1
-讨论2
-习题-第2章
-3.1 金属的晶体结构
--金属的晶体结构
--金属的晶体结构
-3.2 金属晶体的堆垛与间隙
-3.3 合金基本概念
--合金的基本概念
--合金的基本概念
-3.4 固溶体
--固溶体
--固溶体
-3.5 化合物
--化合物
--化合物
-3.6 陶瓷的晶体结构
--陶瓷的晶体结构
--陶瓷的晶体结构
-3.7 高分子的基本结构
--高分子的基本结构
--高分子的基本结构
-3.8 非晶、准晶和纳米晶
-讨论1
-讨论2
-习题-第3章
-4.1 扩散的宏观规律
--扩散的宏观规律
--扩散的宏观规律
-4.2 扩散的微观机制
--扩散的微观机制
--扩散的微观机制
-4.3 扩散与原子的随机行走
-4.4 扩散系数与扩散激活能
-4.5 扩散的影响因素
--扩散的影响因素
--扩散的影响因素
-4.6 反应扩散
--反应扩散
--反应扩散
-讨论1
-讨论2
-习题-第4章
-5.1 纯金属的结晶
--纯金属的结晶
--纯金属的结晶
-5.2 金属结晶的基本条件
-5.3 液态金属的结构
--液态金属的结构
--液态金属的结构
-5.4 均匀形核
--均匀形核
--均匀形核
-5.5 非均匀形核
--非均匀形核
--非均匀形核
-5.6 晶体长大的动力学条件和液固界面微观结构
-5.7 阶梯的长大机制和生长形态
-讨论1
-讨论2
-习题-第5章
-6.1 匀晶相图
--匀晶相图
--匀晶相图
-6.2 共晶相图
--共晶相图
--共晶相图
-6.3 共析相图与包晶相图
-6.4 其他二元相图
--其他二元相图
--其它二元相图
-6.5 铁碳合金的组元及基本相
-6.6 Fe-Fe3C相图分析与工业纯铁结晶过程
-6.7 钢的结晶过程
--钢的结晶过程
--钢的结晶过程
-6.8 白口铸铁的结晶过程
-6.9 碳对铁碳合金平衡组织的影响
-6.10 碳对Fe-C合金机械性能的影响
-6.11 三元相图的表示方法
-6.12 直线法则与杠杆定律
-6.13 重心法则
--重心法则
--重心法则
-6.14 三元匀晶相图与等温截面图
-6.15 变温截面与投影图
--变温截面与投影图
--变温截面与投影图
-6.16 具有共晶三相平衡的三元系相图概况
-6.17 具有共晶三相平衡的三元系相图分析
-6.18 具有共晶三相平衡的三元系相图截面图与投影图
-讨论1
-讨论2
-习题-第6章
-7.1 固态相变的特点分类
-7.2 固态相变的形核与生长
-7.3 成分保持不变的(无扩散)相变
-7.4 过饱和固溶体的分解
-7.5 共析转变
--共析转变
--共析转变
-7.6 马氏体转变（一）
--马氏体转变（一）
--马氏体转变（一）
-7.7 马氏体转变（二）
--马氏体转变（二）
--马氏体相变（二）
-7.8 贝氏体相变
--贝氏体相变
--贝氏体转变
-讨论1
-讨论2
-习题-第7章
-8.1 点缺陷
--点缺陷
--点缺陷
-8.2 位错的基本概念
--位错的基本概念
--位错的基本概念
-8.3 柏氏矢量
--柏氏矢量
--柏氏矢量
-8.4 位错的运动
--位错的运动
--位错的运动
-8.5 位错的弹性性质
--位错的弹性性质
--位错的弹性性质
-8.6 位错的交互作用
--位错的交互作用
--位错的交互作用
-8.7 位错的生成与增殖
--位错的生成与增殖
--位错的生成与增殖
-8.8 实际晶体中的位错
--实际晶体中的位错
--实际晶体中的位错
-8.9 位错反应
--位错反应
--位错反应
-8.10 晶界与相界
--晶界与相界
--晶界与相界
-讨论1
-讨论2
-习题-第8章
-9.1 金属的应力-应变曲线
-9.2 单晶体的塑性变形-滑移
-9.3 单晶体的塑性变形-孪生
-9.4 多晶体的塑性变形
--多晶体的塑性变形
--多晶体的塑性变形
-9.5 多相合金的塑性变形
-9.6 聚合物与陶瓷的塑性变形
-9.7 变形后的组织与性能
-9.8 晶体的断裂
--晶体的断裂
--晶体的断裂
-9.9 回复和再结晶
--回复和再结晶
--回复和再结晶
-9.10 再结晶形核和长大
--再结晶形核和长大
--再结晶形核和长大
-9.11 再结晶组织控制
--再结晶组织控制
--再结晶组织控制
-9.12 蠕变、超塑性变形
--蠕变、超塑性变形
--蠕变、超塑性变形
-讨论1
-讨论2
-习题-第9章
