材料科學基礎 第九章

1、第九章失效一、學習目的一個部件或結構的設計常常要求工程師使失效的可能性降到最小。這樣，理解各種失效模式的機制就很重要，即：斷裂、疲勞和蠕變。此外，熟悉所應用的合適的設計原理，以防止服役中失效二、本章主要教學內(nèi)容學習本章后你可以做如下：1.描述韌性與脆性斷裂的裂紋擴展機理。2.解釋脆性材料的強度比理論計算值低很多的原因。3.以術語來定義斷裂韌性（a）簡單陳述（b）給出公式，說明公式中所有參數(shù)。4.分辨應力集中系數(shù)、斷裂韌性、平面應變斷裂韌

2、性。5.簡單解釋為何相同陶瓷材料的同樣試樣的斷裂強度通常會顯著分散。6.簡單描述陶器出現(xiàn)細微裂紋的現(xiàn)象。7.給出名稱并描述兩種沖擊斷裂實驗技術。8.定義疲勞并特殊說明產(chǎn)生條件。9.從某種材料的疲勞圖上確定：(a)疲勞壽命（在特定應力值下）；(b)疲勞強度（在給定循環(huán)次數(shù)條件下）。10.定義蠕變，詳細說明其產(chǎn)生條件。11.給出某種材料的蠕變圖，判定(a)穩(wěn)態(tài)蠕變率，(b)斷裂壽命。1.重要名詞、概念和基本定律（中英文對照）Ductilef

3、racture.Amodeoffracturethatisattendedbyextensivegrossplasticdefmation.延性韌性斷裂：一種伴隨大量塑性變形的斷裂方式。Brittlefracture.Fracturethatoccursbyrapidcrackpropagationwithoutappreciablemacroscopicdefmation.脆性斷裂：通過快速裂紋擴展發(fā)生斷裂，沒有明顯的宏觀變形。Tra

4、nsgranularfracture.Fractureofpolycrystallinematerialsbycrackpropagationthroughthegrains.穿晶斷裂：多晶材料裂紋穿過晶粒擴展而斷裂。Intergranularfracture.Fractureofpolycrystallinematerialsbycrackpropagationalonggrainboundaries.沿晶斷裂：多晶材料裂紋沿著晶界擴

5、展而斷裂。Fracturemechanics.Atechniqueoffractureanalysisusedtodeterminethestresslevelatwhichpreexistingcracksofknownsizewillpropagateleadingtofracture.斷裂力學：一門斷裂分析技術，用于確定已知尺寸的預先存在裂紋擴展并導致斷裂的應力水平。Stressraiser.Asmallflaw(internal

6、surface)astructuraldiscontinuityatwhichanappliedtensilestresswillbeamplifiedfromwhichcracksmay應力集中：一個小裂縫（內(nèi)部或表面的）或者是結構不連續(xù)，在該處施加的拉伸應力將被放大，裂紋會擴展。Fatiguelimit.Ffatiguethemaximumstressamplitudelevelbelowwhichamaterialcanendur

7、eanessentiallyinfinitenumberofstresscyclesnotfail.疲勞極限：對疲勞而言，最大應力幅值水平，低于該值材料可以承受無限次應力循環(huán)而不失效。Fatiguestrength.Themaximumstresslevelthatamaterialcansustainwithoutfailingfsomespecifiednumberofcycles.疲勞強度：對應某一特定循環(huán)次數(shù)，材料能承受而不失效

8、的最大應力水平。Casehardening.Hardeningoftheoutersurface(‘‘case’’)ofasteelcomponentbyacarburizingnitridingprocessusedtoimprovewearfatigueresistance.表面硬化：通過滲碳或滲氮方法使鋼件的外表面或“表面”硬化，用于改善耐磨性和抗疲勞性。Creep.Thetimedependentpermanentdefmati

9、onthatoccursunderstressfmostmaterialsitisimptantonlyatelevatedtemperatures.蠕變：承受應力時依賴于時間發(fā)生的永久性變形，對大多數(shù)材料而言只在高溫下重要。Crosionfatigue.Atypeoffailurethatresultsfromthesimultaneousactionofacyclicstresschemicalattack.腐蝕疲勞：由循環(huán)應力和化

10、學腐蝕同時作用導致的一類失效。Fatigue.Failureatrelativelylowstresslevelsofstructuresthataresubjectedtofluctuatingcyclicstresses.疲勞：在相對低的應力水平下，承受交變和循環(huán)應力結構的失效。Fatiguelife(Nf).Thetotalnumberofstresscyclesthatwillcauseafatiguefailureatsome

11、specifiedstressamplitude.疲勞壽命(Nf)：在某一指定應力幅值下，引起疲勞失效的應力循環(huán)總數(shù)。Stressintensityfact(K).Afactusedinfracturemechanicstospecifythestressintensityatthetipofacrack.應力強度因子(K)：斷裂力學中使用的一個因子，說明裂紋尖端處的應力強度。Thermalfatigue.Atypeoffatiguef

12、ailurewhereinthecyclicstressesareintroducedbyfluctuatingthermalstresses.熱疲勞：一種疲勞失效類型，循環(huán)應力是由于交變熱應力引起的。2.主要例題、習題的分析解答指導舉例9.1較大塊玻璃承受40MPa拉力，如果其比表面能和彈性模量為0.3Jm2和69GPa，求不產(chǎn)生斷裂的最大表面裂紋長度。解答：解此題必須用公式9.3，把a作為應變量重組表達式，已知：σ=40MPaγs=