失效篇4-3,5-1.ppt

模具寿命与失效 授课人：李小松 五、冲击韧性及低温脆性 （一）冲击弯曲试验与冲击韧性 1．冲击弯曲试验 试验在摆锤式冲击试验机上进行 将试样水平放置于试验机支座上，缺口位于冲击相背方向。 冲击时将具有一定质量G的摆锤举至一定高度H1的位置，使其获得一定位能GH1。 释放摆锤冲断试样后摆锤剩余能量为GH2，则摆锤冲断试样失去的位能为GH1-GH2， GH1-GH2为试样变形和断裂所吸收的功，称为冲击吸收功，以AK表示，单位为J。 具体的试验与方法及操作规范参考GB229-84和GB2106—80。 国家标准规定冲击弯曲试验用标准试样分别为夏比（Charpy）U型缺口试样和夏比V型缺口试样，测得的冲击吸收功分别记为 AKU和AKV 。 测量铸铁或工具钢等脆性材料的冲击吸收功时，常采用10mm×l0mm×55mm的无缺口冲击试样。 2）多次冲击试验 试验在落锤式多次冲击试验机PC-150上进行。 冲击频率为450周次／min和600周次／min。 冲击能量靠冲程调节变换（0.1～1.5J）， 可做多冲弯曲、拉伸和压缩试验。 试验后可绘制出冲击功A冲断次数N的曲线。 A-N多冲曲线表示，随冲击功A的减少，冲断次数N增加。 （二）冲击韧性及其工程意义 一次冲击弯曲试验主要用途 （1）通过测量AK值和对冲断试样的断口分析，可反映原材料中的气孔、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。 一次冲击弯曲试验主要用途 （2）根据系列冲击试验可获得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。 （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。 材料的多冲抗力与强度和塑性变化的规律 (1) 冲击能量高时，材料的多次冲击抗力主要取决于塑性；冲击能量低时，材料的多冲抗力主要取决于强度。 例：图示为35钢经200℃和500℃回火的多冲曲线。 两条曲线在102周次左右处相交。 在交点以左，经500℃回火材料的塑性高，强度低， 其冲击疲劳抗力高，寿命长； 在交点以右，冲击能量低时，经200℃回火材料的强度高，塑性低，其冲击疲劳抗力高，寿命长。 （2）不同的冲击能量要求不同的强度与塑性配合。 图示为40钢强度、塑性、冲击韧性及不同能量下的冲断次数与回火温度的关系。 由图可见，40钢的冲击疲劳抗力随回火温度的变化不是单调的变化，而是在某一温度下有一个峰值， 且此峰值随冲击能量增加向高温方向移动。 这说明不同冲击能量下，要求的强度与塑性配合不同。 （3）aKU值对冲击疲劳抗力的影响 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； 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，如图示。 （3）aKU值对冲击疲劳抗力的影响 高强度时，σb=1500MPa，随aKU值增加，冲击疲劳抗力显著增大； 低强度时，σb=1000MPa，随aKU值增加，冲击疲劳抗力提高不多。 （3）aKU值对冲击疲劳抗力的影响 这是因为中强度钢的冲击韧度已经比较高，再增加aKU值对提高冲击疲劳抗力的影响甚微； 对高强度材料，冲击韧度比较低，适当提高一些韧性对提高冲击疲劳抗力的影响比较突出。 （3）aKU值对冲击疲劳抗力的影响 应当指出，上述冲击疲劳的规律都是用小试样试验得出的结果，在应用于大尺寸的实际零件时，要结合具体情况慎重分析，要考虑应力状态和尺寸效应问题，必要时还要进行断裂力学分析，以防发生脆断。 （三）系列冲击试验与低温脆性 分别在低温、室温和高温下对某些材料进行冲击实验时,可以得到一系列冲击值AK(或aK)， 将得到的一系列冲击值AK（或aK），与所对应的实验温度值在直角坐标系中标出，然后用光滑曲线连接起来，可以得到这种材料冲击韧性与温度的关系曲线，即AK-t或aK-t。 这种不同温度下的冲击试验称为系列冲击试验。 用系列冲击试验方法可以评定材料的低温脆性、蓝脆和重结晶脆性等，而这些脆性是在材料的使用中要求尽量避免出现的，因此系列冲击试验有一定的实用意义。 低温脆性与σs、σc随温度变化关系 从图示看，断裂强度随温度变化很小，屈服强度随温度变化情况与材料本性有关。 低温脆性与σs、σc随温度变化关系 体心立方金属及合金或某些密排六方晶体金属及合金，尤其是工程上常用的中、低强度结构钢， 当试验温度低于韧—脆转变温度TC材料由韧性状态变为脆性状态， 此时冲击吸收功Ak明显下降，断口特征由纤维状变为结晶状，发生低温脆性。 面心立方金属及合金一般没有低温脆性现象， 从图中虚线看，面心立方结构材料的 σS′随温度的下降变化不大，近似为一条水平线，与σc没有交点。 但是：在20K～42K极低温度下 奥氏体钢及铝合金会出现