所屬欄目:百科知識作者:越聯(lián)儀器點擊率:發(fā)布時間:2013-02-28 15:08:08
在彈塑性條件下,當應(yīng)力場強度因子增大到某一臨界值,裂紋便失穩(wěn)擴展而導致材料斷裂,這個臨界或失穩(wěn)擴展的應(yīng)力場強度因子即斷裂韌度。它反映了材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴展即抵抗脆斷的能力,是材料的力學性能指標,是材料強度和韌性的綜合體現(xiàn)。它與裂紋的大小,形狀,外加應(yīng)力等無關(guān),主要取決于材料的成分、內(nèi)部組織和結(jié)構(gòu)。
一般認為零件在許用應(yīng)力下工作是安全可靠的,既不會發(fā)生塑性變形,更不會斷裂。但實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(yīng)力遠低于屈服強度時發(fā)生脆性斷裂。這種在屈服強度以下的脆性斷裂稱為低應(yīng)力斷裂。
試驗研究表明,大量的低應(yīng)力脆性斷裂和機件的內(nèi)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(yīng)力脆斷的一個重要指標。
根據(jù)應(yīng)力和裂紋擴展的取向不同,裂紋擴展可分為張開型(Ⅰ型),滑開型(Ⅱ型),撕開型(Ⅲ)三種基本形式。在實踐中,三種裂紋擴展形式中以張開型最危險,最容易引起脆性斷裂。
以Ⅰ型為例,當材料受外力作用時,裂紋尖端附件會出現(xiàn)應(yīng)力集中,形成一個裂紋尖端的應(yīng)力場,反應(yīng)這個應(yīng)力場強弱程度的有關(guān)參量稱為應(yīng)力場強度因子KⅠ,單位Mpa·m1/2,下標Ⅰ表示Ⅰ型裂紋強度因子,KⅠ越大,應(yīng)力場的應(yīng)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。是個無量綱的系數(shù),一般Y為1~2;σ是外加拉應(yīng)力,單位為Mpa;a是裂紋長度的一半,單位為m
當外加拉應(yīng)力逐漸增大或裂紋逐漸擴展時,裂紋尖端的應(yīng)力強度因子隨之增大,故應(yīng)力場也隨著增大,當增大到某一臨界值時,就能使裂紋擴展,最終使得材料斷裂。這個應(yīng)力強度因子 KⅠ 的臨界值就稱為斷裂韌度, KⅠc表示。
斷裂韌度是用來反映材料抵抗脆性斷裂能力的性能指標。根據(jù)應(yīng)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裂紋是否會擴展而導致斷裂。