断裂韧度

断裂韧度名词解释

在弹塑性条件下，当应力场强度因子增大到某一临界值，裂纹便失稳扩展而导致材料断裂，这个临界或失稳扩展的应力场强度因子即断裂韧度。它反映了材料抵抗裂纹失稳扩展即抵抗脆断的能力，是材料的力学性能指标，是材料强度和韧性的综合体现。它与裂纹的大小，形状，外加应力等无关，主要取决于材料的成分、内部组织和结构。

一般认为零件在许用应力下工作是安全可靠的，既不会发生塑性变形，更不会断裂。但实际情况却并不总是如此，有些高强度钢制造的零件和中低强度钢制造的大型零件，往往在工作应力远低于屈服强度时发生脆性断裂。这种在屈服强度以下的脆性断裂称为低应力断裂。

试验研究表明，大量的低应力脆性断裂和机件的内部存在微裂纹有关。因此，这些微裂纹在外力作用下是否易于扩展及扩展速度的快慢，成为了材料抵抗低应力脆断的一个重要指标。

根据应力和裂纹扩展的取向不同，裂纹扩展可分为张开型（Ⅰ型），滑开型（Ⅱ型），撕开型（Ⅲ）三种基本形式。在实践中，三种裂纹扩展形式中以张开型最危险，最容易引起脆性断裂。

以Ⅰ型为例，当材料受外力作用时，裂纹尖端附件会出现应力集中，形成一个裂纹尖端的应力场，反应这个应力场强弱程度的有关参量称为应力场强度因子K_Ⅰ，单位Mpa·m^1/2，下标Ⅰ表示Ⅰ型裂纹强度因子，K_Ⅰ越大，应力场的应力值也越大。

K_Ⅰ=Yσ√a（√为根号）

式中：Y是与裂纹形状、加载方式以及试样尺寸有关的量。是个无量纲的系数，一般Y为1~2；σ是外加拉应力，单位为Mpa；a是裂纹长度的一半，单位为m

当外加拉应力逐渐增大或裂纹逐渐扩展时，裂纹尖端的应力强度因子随之增大，故应力场也随着增大，当增大到某一临界值时，就能使裂纹扩展，最终使得材料断裂。这个应力强度因子 K_Ⅰ 的临界值就称为断裂韧度， K_Ⅰc表示。

断裂韧度是用来反映材料抵抗脆性断裂能力的性能指标。根据应力强度因子 K_Ⅰc和断裂韧度 K_Ⅰc 的相对大小，可判断含裂纹的材料在受力时裂纹是否会扩展而导致断裂。

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