[科普中国]-亚临界裂纹扩展

亚临界裂纹扩展对料内部的微裂纹在达到临界快速失稳扩展条件之前的缓慢扩展过程。各种裂纹如疲劳裂纹、应力腐蚀裂纹、氢脆裂纹等的发展通常都经历这一阶段:可以通过降低外加应力、减缓腐蚀速度等方法阻碍裂纹的亚临界扩展，从而延长材料寿命。

断裂与塑性形变的比较塑性形变塑性形变是位错(微观缺陷)运动的结果，说明实际晶体在远低于理想晶体的屈服强度的应力下，发生塑性形变。

断裂力学断裂力学说明材料的断裂是裂纹(宏观缺陷)扩展的结果。实际晶体在远低于理论强度的应力下，发生断裂。

两者有相似之处、差异、和相关点。

相同点1.裂纹和位错的前端都将晶体划分为已断裂(滑移)和未发生变化的两部分。

2.裂纹扩展和位错运动都使原子键连续破坏。

不同点裂纹扩展使原子键永久性的撕开，位错运动之后，断开的原子键随即重新愈合1。

裂纹成核结构不连续区域都会使裂纹成核。

结构不连续区域的特点：

1.材料中任何结构不连续性都会使局部能量处于高能量状态，即应力状态；

2.外力作用下，能量高的不连续区域首先发生运动，在能量较低的不连续区域使其能量降低；

3.结构不连续区域在可能情况下总是降低其能量；

4.不连续区域在运动过程中，遇到势垒，会发生塞积，引起高度的应力集中，此应力又会激活其他结构不连续区域。

亚临界裂纹扩展特点亚临界裂纹扩展因素在受到低于临界应力的作用状态下，脆性材料的裂纹扩展取决于温度、应力和环境介质。

亚临界裂纹扩展速率与应力强度因子的关系，其典型关系式：

特点1.几乎所有材料都有一个不发生亚临界裂纹扩展的应力强度因子低限值

2.超过低限值，V与 总是呈正比，其中，n是与机理相关的常数。

3.恒速裂纹扩展区。

4.快速裂纹扩展区。

亚临界裂纹扩展机理1)环境介质的作用(应力腐蚀)引起裂纹的扩展

**例子1：**玻璃在含有OH-介质中的亚临界裂纹扩展机理2：

OH-对裂纹的强化作用有：

1.吸附导致键强的下降;

2.应力加速了裂纹尖端玻璃的溶解;

3.离子互换导致裂纹尖端张应力的增长。

**例字2：**在含水气不同的N2气氛中，玻璃Na20-CaO-Si02的亚临界裂纹扩展速率不同。

2）塑性效应引起裂纹的扩展

在高温、无害介质环境中，无机材料的亚临界裂纹扩展，是裂纹尖端的塑性效应的结果。晶体中的位错在大于临界剪应力作用下，一些位错源开始滑移并发射位错，在其露出晶面之前，发生交滑移，交滑移源发出的位错被送回到裂纹尖端，位错应力场的作用使裂纹尖端的应力提高，结果在K1