材料力学性能-第3章..ppt

锤头是一个半径为25mm的 钢制圆柱，硬度≥50HRC 重锤可升到不同高度，以获 得340J～1650J的能量 试样一面堆焊一层脆性合 金，焊块中间用薄片砂轮或 手锯开一个缺口 落锤具有能量 支承块的跨距 挠度终止块厚度 根据材料的屈 服强度和板厚 来选择 评定标准（三种） 用破坏率为50%时的落下高度来表示试样的抗冲击能力； 固定重锤高度而改变锤质量来进行试验，用相应重锤质量 来表示结果； 两者都改变而用下落重锤的能量来表示结果。 32 不裂 部分形成 裂纹，但未 发展到边缘 裂纹发展 到一侧边 或两侧边 试样断裂 随温度下降，受拉侧表面部分力学行为发生如下变化 ← 温度下降 一般取拉伸侧表面裂纹发展到一侧边或两侧边 但不断裂的最低温度为NDT 33 56MPa，该应力为脆性破坏 的最低应力 A’BC线为断裂终止线(CAT), 表示不同应力水平线下脆性 2、断裂分析图 通过落锤试验求得的NDT可以建立断裂分析图（FAD） 断裂分析图：表示许用应力、缺陷(裂纹)和温度之间关系的综合图 明确提供了低强度钢构件在温度、应力和缺陷联合作用下脆性断裂 开始和终止的条件 不同尺寸裂纹的σc –t曲线 随裂纹长度增加，σc下降 当裂纹很长时，σc仅为35～ 裂纹扩展的终止温度 t/℃ 34 ＜25 600 不同尺寸裂纹的σc –t曲线 t/℃ ＜25 600 A’BC曲线以右，脆性裂纹均不 扩展 在σs以上，AC线与BC线之间区域 内，断裂前先产生塑性变形 NDT以上， A’BC线以左、 σs以 下的区域，根据不同尺寸裂纹及 应力水平的组合，裂纹可能快速 扩展而脆性断裂，也可能不发生 脆性扩展 温度一定时，裂纹长度↑ σc↓ 相同应力下，小尺寸裂纹 不扩展，大裂纹扩展 FTE≈NDT+33 ℃，FTP ≈NDT+67 ℃ 因此，测出NDT，便可估算FTE、FTP，从而能建立断裂分析图 35 36 3.4 影响韧脆转变温度的冶金因素 一、晶体结构 BCC金属及其合金存在低温脆性 普通中、低强度钢的基体是BCC的铁素体，都有 明显低温脆性。 二、化学成分 间隙溶质元素溶入铁素体基体 中，偏聚于位错线附近，阻碍位 错运动，致σs升高，钢的韧脆转 变温度tK提高。 置换溶质元素也使tK提高，但Ni 和一定量的Mn例外。 杂质元素S、P、As、Sn、Sb 使 韧性↓ 低碳马氏体钢 d↓t K↓ dp↓t K↓ 37 三、显微组织 1. 晶粒大小 细化晶粒使材料韧性增加。 原因：晶界是裂纹扩展的阻力；晶界前塞积的位错数减少，应力 集中↓；晶界总面积↑，晶界上杂质浓度↓避免产生沿晶脆断。 38 2. 金相组织 在较低强度水平时(如经高温回火)，强度相等而组织不同的 钢，其Ak和tk以马氏体高温回火(回火索氏体)最佳，贝氏体回 火组织次之，片状珠光体组织最差。 在较高强度水平时，如中、高碳钢在较低等温温度下获得下贝 氏体组织，则其Ak和tk优于同强度的淬火并回火组织。 在低碳合金钢中，经不完全等温处理获得贝氏体(低温上贝氏 体或下贝氏体)和马氏体混合组织，其韧性比单一马氏体或单 一贝氏体组织好。 马氏体钢中若含有稳定的残留奥氏体，可显著改善钢的韧性。 钢中夹杂物、碳化物等第二相质点对钢的脆性有重要影响，影 响的程度与第二相质点的大小、形状、分布、第二相性质及其 与基体的结合力等性质有关。 39 第三章 金属在冲击载荷下的力学性能 本章小结 冲击韧性：材料在冲击载荷作 用下吸收塑性变形功和断 裂功的能力 常用标准试样的冲击吸收功Ak 表示。 韧脆影响因素： 应力状态的影响 形变速率的影响 温度的影响 缺口试样冲击弯曲试验 夏比U形缺口试样 AKU 夏比V形缺口试样 AKV 无缺口试样(铸铁等) AK 设备： 摆锤式冲击试验机 40 低温脆性：当试验温度低于某一温度tk时， 材料由韧性状态变为脆性状态 冲击吸收功明显下降 断裂机理由微孔聚集型变为穿晶解理 断口特征由纤维状变为结晶状。 转变温度tk称为韧脆转变温度，也称冷脆转变温度 低温脆性本质：材料屈服强度随温度降低急剧增加 断裂强度和屈服强度随温度变化曲线的交点对应 的温度即为韧脆转变温度tk。 高阶能对应的温度 低阶能和高阶能平均值 结晶区面积占整个断口 面积50%时的温度 FTP FTE 5