1、返回三者既相對獨立，又會發(fā)生交互作用：三者既相對獨立，又會發(fā)生交互作用：1. 腐蝕與斷裂常相伴發(fā)生，如應(yīng)力腐蝕開裂（腐蝕與斷裂常相伴發(fā)生，如應(yīng)力腐蝕開裂（SCC, Stress Corrosion Crack)，這是指受拉伸應(yīng)力作用的金屬材料在這是指受拉伸應(yīng)力作用的金屬材料在某些特定的介質(zhì)中，由于腐蝕介質(zhì)與應(yīng)力的協(xié)同作用而某些特定的介質(zhì)中，由于腐蝕介質(zhì)與應(yīng)力的協(xié)同作用而發(fā)生的脆性斷裂現(xiàn)象。發(fā)生的脆性斷裂現(xiàn)象。2. 磨損與斷裂也常常同時發(fā)生。磨損實際上是由一個個微磨損與斷裂也常常同時發(fā)生。磨損實際上是由一個個微小的斷裂過程組成的。小的斷裂過程組成的。3. 廣義地講，材料或構(gòu)件在失效前的所有劣化過

2、程均為損廣義地講，材料或構(gòu)件在失效前的所有劣化過程均為損傷。因此，損傷是失效的前提，失效是損傷積累到極限傷。因此，損傷是失效的前提，失效是損傷積累到極限情況的必然結(jié)果。任何延緩損傷的措施均可提高材料或情況的必然結(jié)果。任何延緩損傷的措施均可提高材料或構(gòu)件的服役壽命。構(gòu)件的服役壽命。 (b) dynamic re-crystallization (a) dynamic restoration圖圖1-1 動態(tài)回復(fù)與再結(jié)晶曲線動態(tài)回復(fù)與再結(jié)晶曲線單向拉伸單向拉伸(Uniaxial-Tensile Test)過程過程 拉伸過程中的組織結(jié)構(gòu)演變：拉伸過程中的組織結(jié)構(gòu)演變： 1. 產(chǎn)生均勻塑性變形，內(nèi)部缺陷

3、密度增大產(chǎn)生均勻塑性變形，內(nèi)部缺陷密度增大, 產(chǎn)生位錯塞積。產(chǎn)生位錯塞積。 2. 在缺陷處形成應(yīng)力集中，產(chǎn)生微裂紋；微裂紋擴(kuò)展、合并。在缺陷處形成應(yīng)力集中，產(chǎn)生微裂紋；微裂紋擴(kuò)展、合并。 3. 發(fā)生宏觀頸縮。幾何因素：拉伸過程中截面變小。物理因素：加工硬化。發(fā)生宏觀頸縮。幾何因素：拉伸過程中截面變小。物理因素：加工硬化。 4. 宏觀裂紋形成，擴(kuò)展，合并。宏觀裂紋形成，擴(kuò)展，合并。 5. 試樣斷裂。試樣斷裂。 損傷力學(xué)是研究材料斷裂前內(nèi)部缺陷發(fā)展規(guī)律損傷力學(xué)是研究材料斷裂前內(nèi)部缺陷發(fā)展規(guī)律 ；而；而斷裂力學(xué)則是研究材料的斷裂條件。斷裂力學(xué)則是研究材料的斷裂條件。因此，損傷是斷裂因此，損傷是斷裂的

4、前奏，斷裂是損傷積累到極限的必然結(jié)果。的前奏，斷裂是損傷積累到極限的必然結(jié)果?？梢?，可見，損損傷與斷裂是密切相關(guān)的力學(xué)現(xiàn)象。損傷力學(xué)與斷裂力學(xué)傷與斷裂是密切相關(guān)的力學(xué)現(xiàn)象。損傷力學(xué)與斷裂力學(xué)二者是互補的。二者是互補的。xm2sinxx22sinxm20aExE02aEmmmdxxU2/002sinsm2ms2210aEsm1.2 Griffith脆性斷裂理論脆性斷裂理論22221aEaaEU如圖如圖1.2所示，薄板中心裂紋長為所示，薄板中心裂紋長為2a，外應(yīng)力為，外應(yīng)力為。當(dāng)材料。當(dāng)材料完好無損時，材料具有彈性應(yīng)變能，其密度為完好無損時，材料具有彈性應(yīng)變能，其密度為1/2應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)變。當(dāng)裂紋形

5、成后，一部分彈性能釋放出來。設(shè)彈性應(yīng)變。當(dāng)裂紋形成后，一部分彈性能釋放出來。設(shè)彈性能受影響的區(qū)域為一長軸為裂紋長度能受影響的區(qū)域為一長軸為裂紋長度2a、短軸為、短軸為a的橢圓的橢圓形，平板厚度為單位形，平板厚度為單位1，則所釋放的彈性應(yīng)變能為，則所釋放的彈性應(yīng)變能為 式中：式中： E 楊氏模量，楊氏模量， 系數(shù)。系數(shù)。對于薄板可取，對于薄板可取，=1，于是得，于是得EaU22圖圖1.2 平板的中心裂紋平板的中心裂紋 釋放的應(yīng)變能轉(zhuǎn)換成新生斷面的表面能，若用釋放的應(yīng)變能轉(zhuǎn)換成新生斷面的表面能，若用表示表面能密表示表面能密度，則表面能為：度，則表面能為： W=（4a）。）。裂紋體的總能量為：裂紋體

6、的總能量為： EaaUWE224 由上式可知，當(dāng)裂紋長度達(dá)到由上式可知，當(dāng)裂紋長度達(dá)到2ac時，總能量的變化達(dá)到極大值。時，總能量的變化達(dá)到極大值。當(dāng)裂紋長度大于當(dāng)裂紋長度大于2ac時，隨著裂紋長度的增加，總能量下降，裂紋時，隨著裂紋長度的增加，總能量下降，裂紋可自然擴(kuò)展。也就是說，裂紋超過此值繼續(xù)擴(kuò)大的過程是系統(tǒng)總能可自然擴(kuò)展。也就是說，裂紋超過此值繼續(xù)擴(kuò)大的過程是系統(tǒng)總能量降低的過程，因而裂紋擴(kuò)展的能量判據(jù)可表示為：量降低的過程，因而裂紋擴(kuò)展的能量判據(jù)可表示為： EadadUdadWdaEd224 當(dāng)當(dāng)d(E)/da0時，為臨界狀態(tài)；時，為臨界狀態(tài)； 當(dāng)當(dāng)d(E)/da0時，裂紋即擴(kuò)展。時

7、，裂紋即擴(kuò)展。aEc2或可求得裂紋擴(kuò)展時的臨界長度為：或可求得裂紋擴(kuò)展時的臨界長度為：22Eac由此可求得裂紋擴(kuò)展的臨界應(yīng)力為：由此可求得裂紋擴(kuò)展的臨界應(yīng)力為：1 裂紋擴(kuò)展的判據(jù)：裂紋擴(kuò)展的判據(jù)： a 一定時，一定時， c c 時，裂紋擴(kuò)展；時，裂紋擴(kuò)展； 一定時，一定時， a a c c 時，裂紋擴(kuò)展。時，裂紋擴(kuò)展。另有判據(jù)：另有判據(jù)： G Gc c為材料對裂紋臨界擴(kuò)展的抗力。該臨界裂紋擴(kuò)展力是一個為材料對裂紋臨界擴(kuò)展的抗力。該臨界裂紋擴(kuò)展力是一個可由實驗確定的材料性質(zhì)?？捎蓪嶒灤_定的材料性質(zhì)。 當(dāng)當(dāng)G GG Gc c時，裂紋不會擴(kuò)展、長大；時，裂紋不會擴(kuò)展、長大；G GG Gc c是裂紋起

8、裂擴(kuò)展的是裂紋起裂擴(kuò)展的必要條件，這時裂紋處于臨界狀態(tài)。對平衡態(tài)靜止裂紋，必要條件，這時裂紋處于臨界狀態(tài)。對平衡態(tài)靜止裂紋，G G不可不可能超出能超出G Gc c。 4dadWGc 2.Griffith裂紋的形核機制裂紋的形核機制 StrohStroh位錯塞積機制：位錯塞積機制： 如圖如圖1.31.3所示，位錯在運動過程所示，位錯在運動過程中，遇到了障礙（如晶界、相界等）中，遇到了障礙（如晶界、相界等）而被塞積，在位錯塞積前端就會引起而被塞積，在位錯塞積前端就會引起應(yīng)力集中。若外加切應(yīng)力為應(yīng)力集中。若外加切應(yīng)力為，塞積，塞積位錯個數(shù)為位錯個數(shù)為n n，此處應(yīng)力集中為，此處應(yīng)力集中為，則則nn。

9、這就表明此處的應(yīng)力集。這就表明此處的應(yīng)力集中比外加應(yīng)力大中比外加應(yīng)力大n n倍，塞積位錯個數(shù)越倍，塞積位錯個數(shù)越多，應(yīng)力集中程度越大。當(dāng)此應(yīng)力大多，應(yīng)力集中程度越大。當(dāng)此應(yīng)力大于界面結(jié)合力或脆性第二相或夾雜物于界面結(jié)合力或脆性第二相或夾雜物本身的結(jié)合力時，就會在界面或脆性本身的結(jié)合力時，就會在界面或脆性相中形成裂紋。相中形成裂紋。圖圖1.3 位錯塞積引起裂位錯塞積引起裂口胚芽示意圖口胚芽示意圖 SmithSmith機制：機制： 如果低碳鋼晶界中有一層碳化物，設(shè)厚度如果低碳鋼晶界中有一層碳化物，設(shè)厚度為為C C0 0，則在鐵素體內(nèi)位錯塞積群的應(yīng)力集中可，則在鐵素體內(nèi)位錯塞積群的應(yīng)力集中可以使碳化

10、物開裂，形成長為以使碳化物開裂，形成長為C C0 0的微裂紋，如圖的微裂紋，如圖1-41-4所示。在外應(yīng)力作用下，這個所示。在外應(yīng)力作用下，這個GriffithGriffith裂裂紋向鄰近鐵素體擴(kuò)展造成解理脆斷。按照這種紋向鄰近鐵素體擴(kuò)展造成解理脆斷。按照這種機制，機制，GriffithGriffith方程中的現(xiàn)成裂紋方程中的現(xiàn)成裂紋2 2a aC C0 0，低，低碳鋼有效表面能密度碳鋼有效表面能密度22effeff22p p2828焦焦/ /米米2 2。鋼的解理斷裂強度為：。鋼的解理斷裂強度為： 0214CEeffF 圖圖1.4 Smith1.4 Smith機制機制在晶界在晶界碳化物上產(chǎn)生微

11、裂紋碳化物上產(chǎn)生微裂紋 McMahonMcMahon和和CohenCohen證實了低碳鋼晶界碳證實了低碳鋼晶界碳化物粗化能促進(jìn)鋼的解理脆斷?；锎只艽龠M(jìn)鋼的解理脆斷。 圖圖1.5 Cottrell機制在機制在bcc結(jié)構(gòu)中交結(jié)構(gòu)中交叉滑移帶形成解理裂紋核叉滑移帶形成解理裂紋核 CottrellCottrell位錯反應(yīng)機制：位錯反應(yīng)機制： CottrellCottrell提出在提出在bccbcc結(jié)構(gòu)中兩個交叉的滑移帶結(jié)構(gòu)中兩個交叉的滑移帶可以產(chǎn)生微裂紋。在可以產(chǎn)生微裂紋。在FeFe晶體中，晶體中， 和和 兩個滑移帶中兩個滑移帶中 和和 位錯通過如下反位錯通過如下反應(yīng)應(yīng) 0111101112111121b0011112111121001001正好和（正好和（001001）垂直。如果有）垂直。如果有n n個位錯，其個位錯，其柏氏矢量為柏氏矢量為001001，就可以形成，就可以形成FeFe解理面上的微解理面上的微裂紋，如圖裂紋，如圖1.51.5。這需要。這需要n n個個 和和n n個個 匯合起來形成以匯合起來形成以nbnb為柏