正文 第5章 裂縫裏的學問(1 / 1)

1954年,英國兩架“彗星”號噴氣客機,先後因增壓艙突然破裂而在地中海上空爆炸墜毀。起先,人們認為是材料強度不夠而造成斷裂,於是利用高強度合金鋼來製造關鍵零部件。但是,事與願違,斷裂破壞有增無減。此事引起工程技術界的高度重視,在深入研究中發現,原來高強度材料中也存在著一些極小的裂紋和缺陷,正是這些裂紋和缺陷的擴展,才產生了斷裂破壞。在此基礎上誕生了一門嶄新的科學--斷裂力學。

傳統的材料力學認為材料是均勻的、連續的、向同性的。

而斷裂力學卻認為任何材料都是不連續的、不均勻的、有缺陷的,因為材料中不可避免地會存在一些裂紋和缺陷。它們是那樣微小,即使用高精度的無損探傷儀也難以測出來。但正是這些潛伏的缺陷和裂紋,在一定的使用條件下會造成重大的斷裂事故。

造成斷裂的影響因素是多方麵的,主要有以下幾種:①疲勞斷裂。在交變載荷的來回作用下,加速了材料中裂紋的擴展,最終導致材料斷裂。這是一種很常見的斷裂現象。例如,要弄斷一根鉛絲,隻要把它來回彎折幾次,很快就會在彎折的地方斷裂。這就是疲勞斷裂,來回彎折的力叫“交變載荷”。

②冷脆斷裂。金屬材料對溫度的變化很敏感,在正常溫度下的韌性材料,處於低溫環境時往往會變脆,當溫度下降到某個臨界值時,材料的微小裂紋就會以極快的速度擴展(高達1000米/秒),最後導致材料斷裂。③氫脆斷裂。鈦合金和高強度合金鋼等材料在使用中往往要接觸腐蝕介質,因此,在它們的表麵會發生電化學反應並產生微量的氫,這些氫原子能滲透到金屬結構中去;而且材料中哪裏的應力最大,氫原子就往哪裏跑,並聚集在那裏,使該部位的應力變得更大,當聚集的氫原子達到一定數量時,在它們聚集處就會發生突然的脆性斷裂。