断裂韧度超声评估——多晶材料断裂韧度

        断裂韧度是一个非本征的力学性能，测量的是材料的断裂抗力，在此应力强度下裂纹处于不稳定状态，并且会继续长大，甚至发生失效。已经知道，在多晶固体中断裂韧度是受微观组织和形态控制的，因为超声波衰减也受类似因素的控制，所以两者之间有一定的关系。图9-22和图9-23是说明超声波衰减系数和断裂韧度与微观组织关系的两个例子。从图9-22可以推出晶粒尺寸的减小与韧度的增大相对应的结论；图9-23的显微照片则说明了相反的情况，晶粒(碳化钨晶体)尺寸的增大与韧度增大相对应。但是，这种与晶粒尺寸的视在关系是易于使人误解的，因为实际上控制断裂韧度的是带有高位错密度的钴接合剂的体积。显然，与晶粒尺寸乃至晶粒的形状和纵横尺寸相比，要更多考虑控制断裂的标志因素。超声波检测补充了在显微照片上所看到的信息，可以增加对控制动态断裂行为因素的了解。

图9-22  超声衰减系数与低碳钢断裂韧度的关系                   

图9-23  用palmovist法测得的碳化钨-钴

(WC-Co)合金韧度与超声衰减系数的关系

        分析表明，除了晶粒尺寸和形状外，能量在晶粒边界的反射和弹性散射、弹性各向异性和位错阻尼都是影响断裂韧度和超声波衰减的因素。超声衰减可以预示金属中活性裂纹附近出现的裂纹钝化区尺寸(特征长度)，以图9-24为例，图中横坐标为特征长度 ,纵坐标为超声衰减系数，其中C1为超声纵波速度，  是在频率时评定的，而δ为与平均晶粒尺寸相当的超声波波长。裂纹钝化区范围愈大，局部吸收能量就愈多、断裂韧度也就较大，此即为用超声波法将金属按断裂韧度进行分等的依据。

图9-24  超声衰减系数与断裂韧度因子(特征长度)的关系