所屬欄目:百科知識作者:越聯(lián)儀器點(diǎn)擊率:發(fā)布時(shí)間:2013-02-28 15:08:08
在彈塑性條件下,當應力場(chǎng)強度因子增大到某一臨界值,裂紋便失穩擴展而導致材料斷裂,這個(gè)臨界或失穩擴展的應力場(chǎng)強度因子即斷裂韌度。它反映了材料抵抗裂紋失穩擴展即抵抗脆斷的能力,是材料的力學(xué)性能指標,是材料強度和韌性的綜合體現。它與裂紋的大小,形狀,外加應力等無(wú)關(guān),主要取決于材料的成分、內部組織和結構。
一般認為零件在許用應力下工作是安全可靠的,既不會(huì )發(fā)生塑性變形,更不會(huì )斷裂。但實(shí)際情況卻并不總是如此,有些高強度鋼制造的零件和中低強度鋼制造的大型零件,往往在工作應力遠低于屈服強度時(shí)發(fā)生脆性斷裂。這種在屈服強度以下的脆性斷裂稱(chēng)為低應力斷裂。
試驗研究表明,大量的低應力脆性斷裂和機件的內部存在微裂紋有關(guān)。因此,這些微裂紋在外力作用下是否易于擴展及擴展速度的快慢,成為了材料抵抗低應力脆斷的一個(gè)重要指標。
根據應力和裂紋擴展的取向不同,裂紋擴展可分為張開(kāi)型(Ⅰ型),滑開(kāi)型(Ⅱ型),撕開(kāi)型(Ⅲ)三種基本形式。在實(shí)踐中,三種裂紋擴展形式中以張開(kāi)型最危險,最容易引起脆性斷裂。
以Ⅰ型為例,當材料受外力作用時(shí),裂紋尖端附件會(huì )出現應力集中,形成一個(gè)裂紋尖端的應力場(chǎng),反應這個(gè)應力場(chǎng)強弱程度的有關(guān)參量稱(chēng)為應力場(chǎng)強度因子KⅠ,單位Mpa·m1/2,下標Ⅰ表示Ⅰ型裂紋強度因子,KⅠ越大,應力場(chǎng)的應力值也越大。
KⅠ=Yσ√a(√為根號)
式中:Y是與裂紋形狀、加載方式以及試樣尺寸有關(guān)的量。是個(gè)無(wú)量綱的系數,一般Y為1~2;σ是外加拉應力,單位為Mpa;a是裂紋長(cháng)度的一半,單位為m
當外加拉應力逐漸增大或裂紋逐漸擴展時(shí),裂紋尖端的應力強度因子隨之增大,故應力場(chǎng)也隨著(zhù)增大,當增大到某一臨界值時(shí),就能使裂紋擴展,最終使得材料斷裂。這個(gè)應力強度因子 KⅠ 的臨界值就稱(chēng)為斷裂韌度, KⅠc表示。
斷裂韌度是用來(lái)反映材料抵抗脆性斷裂能力的性能指標。根據應力強度因子 KⅠc和斷裂韌度 KⅠc 的相對大小,可判斷含裂紋的材料在受力時(shí)裂紋是否會(huì )擴展而導致斷裂。