第三章第三章 材料的冲击韧性及低温脆性.ppt

材料力学性能 材料化工学院 第三章 材料的冲击韧性及低温脆性 冲击载荷与静载荷区别： 加载速率不同，即形变（应变）速率不同。 加载速率即载荷施加于试样的速率。 1、评定材料承受冲击载荷的能力； 揭示材料在冲击载荷下的力学行为。 2、主要介绍材料在冲击载荷下的力学行为 和性能特点 以及金属材料的低温脆性。 第三章 材料的冲击韧性及低温脆性 §3.1 冲击弯曲试验与冲击韧性 §3.2 低 温 脆 性 §3.1 冲击弯曲试验与冲击韧性 一、冲击弯曲试验 1.一次冲击弯曲试验 试验原理： 摆锤式冲击试验机； §3.1 冲击弯曲试验与冲击韧性 2.多次冲击试验 (1)冲击次数少于500-1000次， 与一次冲击相同； 冲击次数＞105时， 典型的疲劳断口特征。 §3.1 冲击弯曲试验与冲击韧性 二、冲击韧性及其工程意义 1.一次冲击 (1)冲击韧度或冲击值αKU(αKV): 用试样缺口处截面FN(cm2)去除AKU(AKV)。即 αKU(αKV)＝AKU(AKV)/FN (2)冲击功: GH1-GH2=AK (3)工程意义: ①反映出原始材料的冶金质量和热加工产品质量； ②测定材料的韧脆性转变温度； ③对σs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。 §3.1 冲击弯曲试验与冲击韧性 2.多次冲击 (1)某种冲击能量A下的冲断周次N； (2)要求的冲击工作寿命N时的冲断能量A。 (3)多冲抗力取决于塑性和强度： ①A高时，多次冲击抗力主要取决于塑性； A低时，多冲抗力主要取决于强度。 ②不同的A要求不同的强度与塑性配合。 ③高强度钢和超高强度钢的塑性和冲击韧性对提高冲击疲劳抗力有较大作用； 而中、低强度钢的塑性和冲击韧性对提高冲击疲劳抗力作用不大。 §3.1 冲击弯曲试验与冲击韧性 三、冲击脆化效应 冲击载荷和静载荷失效相同点： 过量弹性变形、过量塑性变形和断裂． 冲击载荷和静载荷失效不同点： 变形速率不同； 冲击载荷主要表现为脆性（脆化）； 塑性变形主要集中在局部区域。 冲击脆化主要原因： (1)应变速率。 应变速率对金属材料的弹性行为及弹性模量没有影响， 而对塑性变形、断裂等有显著的影响。 (2)冲击载荷。 使金属产生附加强化； 增加位错密度和滑移系数目， 出现孪晶， 减小位错运动自由行程的平均长度， 增加点缺陷浓度等。 §3.2 低 温 脆 性 一、系列冲击实验与低温脆性 1、系列冲击实验 不同温度(低、室、高温)下的冲击试验。 冲击韧性αK(AK)与温度t的关系曲线(AK～t)。 2、低温脆性： 当ttk时，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变为穿晶解理， 断口特征由纤维状变为结晶状。 3、tk称为韧脆转变温度或冷脆转变温度。 4、机理(自学) §3.2 低 温 脆 性 二、韧脆转化温度及其评价方法 1、能量法： (1)无塑性或零塑性转变温度NDT： ①低阶能：低于某一温度， 冲击能量基本不随温度而变化，形成一平台。 ②低阶能开始上升的温度为tk (即NDT)。 NDT以下，断口由100％结晶区(解理区)组成。 (2) FTP： ①高阶能：高于某一温度， 吸收的能量基本不变，形成一个上平台。 ②以高阶能对应的温度为tk (即FTP)。 高于FTP的断裂，得到100％的纤维状断口。 (3) FTE： 低阶能和高阶能平均值对应的温度。 (4) V15TT： 以AKV=15尺磅(20.3N·m)对应的温度。 §3.2 低 温 脆 性 2、断口形貌法： (1)断口形貌： §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 2．化学成分的影响 3．显微组织的影响 4．温度的影响 5．加载速率的影响 6．试样形状和尺寸的影响 摆锤(G)举至H1的位置(位能为GH1