就有一个临界应力sc。当外加应力超过sc时，裂纹
才迅速扩大，导致断裂。
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Lesson Eleven
▪ Griffith从能量条件导出了临界应力sc值的大小。此
能量条件为：裂纹扩展所降低的弹性能恰好足以供
给表面能的增加。由此求得裂纹扩展的临界应力为：
此式即为Griffith公式，它表明了裂纹传播的临界
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Lesson Eleven
▪ 在单晶体试样中常表现为沿解理面的解理断裂。
▪ 在多晶体试样中则可能出现两种情况：
一是裂纹沿解理面横穿晶粒的穿晶断裂，断口 可以看到解理亮面；若晶粒较粗，则可以看到许多 强烈反光的小平面(或称刻面)，这些小平面就是解 理面或晶界面，可叫做晶状断口。
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Lesson Eleven
▪ 对于铁，可以估算理论断裂强度sm≈E/10。这个数
值是很高的，实际的断裂强度比这个值低很多，只 是它的1/100~1/1000。只有毫无缺陷的晶须才能近 似达到理论断裂强度。这一悬殊差别的存在，是因 为材料内部存在有各种缺陷的缘故。
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裂强度和理论断裂强度间的差异。
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Lesson Eleven
裂纹形核－脆性断裂的位错理论
▪ 金属发生断裂，先要形成微裂纹。这些微裂纹主要 来自两个方面： 一是材料内部原有的，如实际金属材料内部的 气孔、夹杂、微裂纹等缺陷； 二是在塑性变形过程中，由于位错的运动和塞 积等原因而使裂纹形核。
二是裂纹沿晶界的晶间断裂，断口呈颗粒状。
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资料： 所谓解理面，一般都
是晶面指数比较低的晶面， 如体心立方的（100）面。 15
解理断裂成因：原子间结合键遭 到破坏，沿表面能最小、低指数 的晶面（解理面）劈开而成。
解理断裂特点： （1）断口呈河流，扇形或羽毛 状花样，如图示
螺型位错穿过解理面，遇到第二个螺位 错，产生台阶。
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6.1.3 脆性断裂
Lesson Eleven
▪ 根据断裂前金属是否呈现有明显的塑性变形，可将 断裂分为韧性断裂与脆性断裂两大类。通常以单向 拉伸时的断面收缩率大于5%者为韧性断裂，而小 于5%者为脆性断裂。
▪ 脆性断裂在断面外观上没有明显的塑性变形迹象， 直接由弹性变形状态过渡到断裂，断裂面和拉伸轴 接近正交，断口平齐。
▪ 按断口形貌分类
（2)解理断裂
（3)微孔聚集型断裂
▪ 按断裂路径分类
（4)准解理断裂
（1）沿晶断裂
（5)纯剪切断裂
（2）穿晶断裂
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Lesson Eleven
正断与剪断的宏观与微观形式
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Lesson Eleven 11
Lesson Eleven
沿晶断裂成因：晶粒边界的结 合强度远比晶内要低，脆性裂 纹就会择优在晶界形核，并沿 晶界扩展。
①晶界存在连续分布的脆性第二相 ②微量有害杂质元素在晶界上偏聚 ③由于环境介质的作用损害了晶界，如氢脆、应力腐
蚀、应力和高温的复合作用在晶界造成损伤。
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理论断裂强度
Lesson Eleven
应力sc和裂纹长度C的平方根成反比。
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Lesson Eleven
▪ Griffith公式与理论断裂强度公式比较，可知
▪ Griffith公式的物理意义在于：裂纹两端所引起的应 力集中，相当将外力放大了(C/a)1/2倍，使局部区域
达 裂纹到两了端理的论应断力裂集强中度程sm度，是而外导力致应断力裂的。(或C/者a)1说/2倍，时当， 裂 致纹断两裂端 。的 由应 此力 可便见达，到G了rif理fit论h理断论裂可强以度说s明m ，实从际而断导
▪ 理论断裂强度是指完整晶体在正应力作用下沿其一 晶面拉断的强度。如图所示，此强度就是两相邻原
子面在拉应力s作用下克服原子间键合力作用，使
原子面分开的应力。
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Lesson Eleven
▪ 由外力抵抗原子间结合力所做的功等于产生断裂新 表面的表面能，可以求得理论断裂强度为：
式中 a——断裂面间的原子间距； g——表面能； E——弹性模量。
晶间断裂a）和穿晶断裂b）
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断裂机理
脆性断裂 韧性断裂
Lesson Eleven
1．脆性断口 2．理论断裂强度 3．Griffith裂纹生长理论 4．脆性断裂的位错理论
1．韧性断口 2．微孔成核、长大和聚合 3．影响韧性断裂扩展的因素
脆性-韧性转变
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1．变温引起的韧-脆转变 2．环境引起的韧-脆转变 3．影响韧脆转变的因素
Lesson Eleven
Lesson Eleven
Lesson Eleven
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6.1.2 断裂的基本类型
▪ 按服役条件分类 ▪ 按断裂应变分类
（1）韧性断裂 （2）脆性断裂
（1）过载断裂 （2）疲劳断裂 （3）蠕变断裂 （4）环境断裂
▪ 按断裂面取向分类
（1）正断 （2）切断 （1)沿晶断裂
（2）舌状花样，如图示
解理裂纹与孪晶相遇时，便沿孪晶面发 生局部二次解理，二次解理面与主解理面 之间的连接部分断裂，形成舌状花样
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沿晶断裂特点：在断面上可看到 晶粒轮廓线或多边体晶粒的截面 图，如图示。有时仍可看到河流 或扇形花样。
Lesson Eleven
金属塑性变形理论 第11讲 断裂 类型及物理本质
第六章 金属的断裂
Lesson Eleven
主要内容
Main Content
▪ 断裂的基本类型及物理本质 ▪ 影响断裂类型的因素 ▪ 塑性加工中的各种断裂现象分析
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Lesson Eleven
Lesson Eleven
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Griffith裂纹生长理论
Lesson Eleven
▪ 为了解释实际断裂强度和理论断裂强度的差别，早 在1920年就提出了这样的设想：由于材料中已有现 成裂纹存在，在裂纹尖端会引起强大的应力集中。 在外加平均应力小于理论断裂强度时，裂纹尖端已 达到理论断裂强度，因而引起裂纹的急剧扩展，使 实际断裂强度大为降低。由于裂纹长度的不同，所 引起应力集中的程度也不同，对于一定尺寸的裂纹