微裂紋韌化

微裂紋韌化(microcracktoughening)利用四方氧化鋯向單斜氧化鋯轉變時，體積發生變化，在轉變粒子周圍形成很多微小裂紋，當主裂紋在負載的作用下擴展遇到這些微裂紋寸，微裂紋的存在使主裂紋分叉，緩和了微裂紋尖端的應力集中，同時由於主裂紋前端應力場的作用，鬆弛了約束力，誘發那些還沒有發生相變的四方氧化鋯顆粒進一步相變，從而吸收了能量，起到提高斷裂韌性Kc值的作用。

基本介紹

• 中文名：微裂紋韌化
• 外文名：microcracktoughening
• 作用：提高材料韌性

微裂紋韌化機理

在使用溫度下，ZrO₂晶粒粒徑大於臨界粒徑d_c，材料中四方相晶粒將轉化為單斜相，則應力誘導相變增韌機制已不復存在，單斜相周圍的微裂紋源便成為材料韌化的主要原因。當材料冷卻至室溫時，t-ZrO₂晶粒在基體中自發發生馬氏體相變，並產生許許多多裂紋和裂紋核，當他們處於主裂紋前的作用區內時，由於它們的延伸釋放主裂紋的部分應變能，增加主裂紋擴展所需能量，從而有效地抑制裂紋擴展，提高材料的斷裂韌性，材料的彈性應變能主要將轉換為微裂紋的新生表面能。

四方氧化鋯晶粒在不同基體中保持至室溫的臨界尺寸D_k是不同的，當t-ZrO₂粒子的直徑D>D_R，冷卻到室溫-時，t-ZrO₂粒子自發轉變為m-ZrO₂並在周圍的基體中產生微裂紋，如圖《微裂紋的韌化》所示，這些微裂紋或微裂紋核能夠降低其作用區的彈性模量，並在受外應力作用時以亞臨界緩慢擴展，耗散主裂紋尖端的部分應變能，增加由裂紋擴展面積增加所產生的總表面能，進而增大主裂紋進一步擴展所需的能量，有效抑制裂紋擴展，提高斷裂韌性。

微裂紋的韌化

微裂紋韌化的貢獻

微裂紋韌化的貢獻可表示為：

式中：E為基體的彈性模量；

為裂紋表面的比表面能；

為微裂紋區的大小；

m為微裂紋面積密度。

由於E、、m隨溫度變化不大，則有可能增大。因此微裂紋增韌效果隨溫度變化不大，這一點不同於應力誘導相變增韌。此外，微裂紋增韌在提高材料斷裂韌性的同時，會降低彈性模量和強度。