材料性能与测试材料的冲击韧性和.pptx

1 材料性能与测试材料的冲击韧性和 2 第1页/共29页 3 §3.1 冲击弯曲实验和冲击韧性 §3.2 低温脆性 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。 §目 录 §3.3 落锤实验 第2页/共29页 4 冲击载荷静载荷的主要区别：加载速率不同。形变速率（单位时间内的变形量）可间接地反映出加载速率的变化。 相对形变速率又称为应变率（单位时间内应变的变化量）。 实践表明：应变率在10-4 ~10-2S-1内，金属力学性能没有明显的变化，可按静载荷处理。当应变力大于10-2S-1时，金属力学性能将发生显著变化。为了评定金属材料传递冲击载荷的能力，揭示材料在冲击载荷作用下的力学行为，需要进行相应的力学性能试验。 第3页/共29页 5 图3-1 冲击试验机、试样和原理图 §3.1 冲击弯曲实验与冲击韧性 一、冲击弯曲实验 1.一次冲击弯曲试验 试验原理：摆锤式冲击试验机； 缺口试样[U型和V型]； 举至H1的位置(位能为GH1)－释放摆锤－冲断试样－摆锤至H2的位置(位能为GH2)； GH1-GH2=AK 此即为冲击吸收功(AKU和AKV)。 测试标准：GB229-84和GB2106-80。 第4页/共29页 6 图3-2 多次冲击曲线 2. 多次冲击试验 冲击次数小于500－1000次，试样断裂规律和一次冲击相同； 冲击次数大于105次时，试样破坏具有典型的疲劳断口特征，冲击损伤积累结果。 A－K曲线：冲击功和冲断次数曲线，反比关系 冲击功 冲断周数 A K 冲击载荷下，塑性变形集中在某些局部区域，极不均匀。 冲击载荷下：应力水平较高，许多位错源同时启动，抑制易滑移阶段的产生和发展；增加位错密度，减少位错运动自由行程增加点缺陷浓度等。导致强度提高。 塑性与韧性随应变率增加而变化的特征与断裂方式有关。正断：减少；剪断：不变或提高。 3、变形断裂特点 第5页/共29页 7 1.一次冲击 (1)冲击韧度或冲击值a KU(aKV): 用试样缺口处截面FN(cm2)去除AKU(AKV)。即 aKU(aKV)＝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；分析断口判断缺陷； 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。 二、冲击韧性 第6页/共29页 8 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。 第7页/共29页 9 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-塑性变形难以充分进行，集中在局部区域： (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。 三、冲击脆化效应 第8页/共29页 10 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。 §3.2 低温脆性 图3-3 钢的脆性转变温度 第9页/共29页 11 韧脆转化温度tk及其评价方法 1、能量法： (1)无塑性或零塑性转变温度