第三章_材料的冲击韧性及低温脆性.ppt

§ 3-2低温脆性 二、韧性转化温度及其评价方法 因为韧性是材料塑性变形和断裂全过程吸收能量的能力，它是强度和塑性的综合表现，因而在特定条件下，能量、强度和塑性都可用来表示韧性。所以，依照试样断裂消耗的功、断裂后塑性变形的大小及断口形貌均可以确定tk。 目前尚无简单的判据求韧脆转变温度tk。通常只是根据能量、塑性变形或断口形貌随温度的变化定义tK。 为此，需要在不同温度下进行冲击弯曲试验，根据试验结果作出冲击吸收功一温度曲线、试样断裂后塑性变形量和温度的关系曲线、断口形貌中各区所占面积和温度的关系曲线等，根据这些曲线求tk． § 3-2低温脆性 二、韧性转化温度及其评价方法 根据能量判据和断口形貌判据定义tk ，各种韧脆性转变温度判据见图3-9。 § 3-2低温脆性 二、韧性转化温度及其评价方法 按能量法定义2L的方法有如下几种： (1)当低于某一温度材料吸收的冲击能量基本不 随温度而变化，形成一平台，该能量称为“低阶能” 以低阶能开始上升的温度定义tk ，并记为NDT(nildu-ctility temperature)，称为无塑性或零塑性转变温度。这是无预先塑性变形断裂对应的温度，是最易确定tk的判据。在NDT以下，断口由100％结晶区(解理区)组成。 § 3-2低温脆性 二、韧性转化温度及其评价方法 (2)高于某一温度材料吸收的能量也基本不变，形成一个上平台，称为“高阶能”。以高阶能对应的温度为tk，记为FTP(fracture transition plastic)。高于FTP的断裂，将得到100％的纤维状断口。显然，这是一种最保守定义tk的方法。 § 3-2低温脆性 二、韧性转化温度及其评价方法 (3)以低阶能和高阶能平均值对应的温度定义，并记为FTE(fracture transition elastic。 (4)以AKV＝15尺磅(20.3N·m)对应的温度定义，并记为V15TT。实践表明，低碳钢船用钢板服役时若冲击韧性大于15尺磅或在V15TT 以上工作就不致于发生脆性断裂。 § 3-2低温脆性 二、韧性转化温度及其评价方法 (5)冲击试样冲断后，其断口形貌如图3-10所示。 如同拉伸试验一样，冲击试样断口也有纤维区、放射区(结晶区)和剪切唇几部分，但在不同试验温度下，3个区之间的相对面积是不同的。温度下降，纤维区面积突然减少，结晶区面积突然增大，材料由韧变脆。 § 3-2低温脆性 二、韧性转化温度及其评价方法 (5)冲击试样冲断后，其断口形貌如图3-10所示。 通常取结晶区面积占整个断口面积50％时的温度为tK，并记为50％FATT(fracture appearance transition temperature)或FATT50、t50。 50％FATT反映了裂纹扩展变 化特征，可以定性地评定材料在裂 纹扩展过程中吸收能量的能力。实 验发现，50％FATT与断裂韧度KIc 开始急速降低的温度有较好的对应 关系，故得到广泛应用．但此方法 需要目测评定各区所占面积，受人 为影响较大． § 3-2低温脆性 二、韧性转化温度及其评价方法 韧脆转变温度tk反映了温度对韧脆性的影响，是从韧性角度选材的重要依据之一，可用于抗脆断设计，但不能直接用来设计计算机件的承载能力或截面尺寸．对于在低温服役的机件，依据材料的tk值可以直接或间接地估计它们的最低使用温度．显然，机件的最低使用温度必须高于tk，两者之差愈大愈安全．为此，选用的材料应该具有一定的韧性温度储备Δ（Δ=t0-tk，t0为材料使用温度），Δ值常取20～60℃ 对于受冲击负荷的重要机件Δ值取上限；不受冲击载荷作用的非重要机件Δ值取下限． § 3-2低温脆性 二、韧性转化温度及其评价方法 上述表明，由于定义tk的方法不同，同一材料所得tk亦有差异；同一材料，使用同一定义方法。由于外界因素(如试样尺寸、缺口尖锐度和加载速率等)的改变，tk也要变化。所以，在一定条件下用试样侧得的tk，因为和实际结构工况之间无直接联系，不能说明该材料制成的机件一定在该温度下断裂。 § 3-2低温脆性 三、影响材料低温脆性的因素 1.晶体结构的影响 体心立方金属及其合金存在低温脆性，面心立方金属及其合金一般不存在低温脆性。 体心立方金属的低温脆性可能和迟屈服现象有密切关系。所谓迟屈服是指当用高于材料屈服极限的载荷以高加载速度作用于体心立方结构材料时，瞬间并不屈服，需在该应力下保持一定时间后才发生屈服。且温度越低，持续的时间越长，这就为裂纹的发生和传播造成有利条件。中、低强度钢的基体是体心立方结构的快素体，故都