【大学资料】第三章 材料的冲击韧性及低温脆性.ppt

许多机件工具模具受冲击载荷作用如火箭的发射、飞机的起飞降落、材料锻冲加工、防弹材料等本章介绍材料承受冲击载荷的实验方法、特点及指标。摆锤式冲击试验机第一节冲击弯曲试验与冲击韧性图3-2U型缺口试样尺寸及加工要求2、多次冲击试验第一节冲击弯曲试验与冲击韧性ZCJ2000系列NDT落锤式冲击试验机aKV（aKU）是一个综合性的力学性能指标与材料的强度和塑性有关单位为J/cm2。aKV（aKU）表示单位面积的平均冲击功值是一个数学平均量。实际上冲击试样承受弯曲载荷缺口截面上的应力应变分布是极不均匀的塑性变形和试样所吸收的功主要集中在缺口附近故取平均值是毫无物理意义的所以目前很少把aKV（aKU）作为材料抵抗冲击载荷作用的力学性能指标。冲击功AK虽可表示材料的变脆倾向但不能真正反映材料的韧脆程度。因为有一部分功消耗于空气阻力、机身振动、轴承与测量机构的摩擦及冲断试样的飞出等。但由于它对材料成分、内部组织变化十分敏感而且一次冲击弯曲试验方法简便易行所以仍被广泛采用。一次冲击弯曲试验主要有以下几方面用途：⑴它能反映出原始材料的冶金质量和热加工产品的质量。通过测量AK值和对冲断试样的断口分析可揭示原材料中的气孔、夹杂、偏析、严重分层和夹杂物超标等冶金缺陷；还可检查过热、过烧、回火脆性等锻造或热处理缺陷。⑵测定材料的韧脆性转变温度。根据系列冲击试验(低温冲击试验)可获得AK与温度的关系曲线据此确定材料的韧脆转变温度以供选材参考或抗脆断设计。⑶对σs（屈服强度）大致相同的材料根据AK值可以评定材料对大能量冲击破坏的缺口敏感性。多冲抗力的表示方法一般用某种冲击能量A下的冲断周次N或用要求的冲击工作寿命N时的冲断能量A。材料的多冲抗力的变化规律：图3-640钢冲击疲劳抗力、常规力学性能与回火温度的关系图3-640钢冲击疲劳抗力、常规力学性能与回火温度的关系图3-7碳钢冲断次数与冲击韧度的关系三、冲击脆化效应静载荷下机件所受的应力主要与机件的形状及载荷的类型和大小有关。而在冲击负荷下由于负荷的能量性质使整个承载系统承受冲击能．因此机件及与机件相连物体的刚度都直接影响冲击过程的持续时间从而影响加载速度和惯性力的大小由于冲击过程持续时间很短而测不准确就很难按惯性力计算机件内的应力．所以冲击载荷下的应力通常按能量守恒法计算并假定冲击能全部转换成机件内的弹性能．再计算应力和应变．众所周知弹性变形是以声速在介质中传播的。在金属介质如钢中声速达到了4982m／s而普通摆锤冲击试验时绝对变形速度只有5～5.5m／s这样冲击弹性变形总能跟上冲击外力的变化因而应变速率对金属材料的弹性行为及弹性模量没有影响而应变速率对塑性变形、断裂及有关的力学性能有显著的影响。在冲击载荷作用下瞬间作用于位错上的应力相当高结果造成位错运动速率增加。因为位错宽度及其能量与位错运动速率有关。运动速率愈大则能量愈大宽度愈小故派纳力愈大。结果滑移临界切应力增大金属产生附加强化。在静载下塑性变形较均匀地分布于各个晶粒中。在冲击载荷下塑性变形主要集中在某些局部区域这表明冲击载荷下的塑性变形是极不均匀的。这种不均匀情况限制了塑性变形的发展导致屈服强度和抗拉强度提高。且屈服强度提高得较多抗拉强度提高得较少。材料塑性相应变速率之间并无单值依存关系在大多数情况下缺口试样冲击试验时的塑性比静载试验的要低．在高速变形时某些金属可能显示出高塑性如密排六方金属爆炸成型就是如此．塑性和韧性随着应变速率增加而变化的特征与断裂方式有关。如在一定加载规范和温度下材料产生正断则断裂应力变化不大塑性随应变速率的增加而减小。如果材料产生剪断则断裂应力随应变速率提高显著增加塑性可能不变也可能提高。2420由于早年的Titanic号采用了含硫高的钢板韧性很差特别是在低温呈脆性。所以冲击试样是典型的脆性断口。近代船用钢板的冲击试样则具有相当好的韧性。27定义：材料在某一温度tk下由韧变脆冲击功明显下降断裂机理由微孔聚集变为穿晶解理断口由纤维状变为结晶状。如体心立方金属某些密排金属合金。测量不同温度(低、室、高温)下冲击韧性aK(AK)与温度t的关系曲线(AK～t)。tk称为韧脆转变温度或冷脆转变温度。是安全性指标之一最低使用温度必须高于tk。原因：温度影响位错在晶体中运动的磨擦阻力降低温度阻力上升材料变脆。系列冲击实验在材料研究与生产实际中应用较广因为它比其他实验方法更能灵敏地反映出材料力学性能随内因和外因变化的差异。一、系列冲击实验与低温脆性第二节低温脆性第二节低温脆性σs