第03章 金属在冲击载荷下的力学性能Li_30P幻灯片.pptVIP

* 第3章 金属在冲击载荷下的力学性能 §3.1 冲击载荷下金属变形和断裂的特点 §3.2 冲击弯曲和冲击韧性 §3.3 低温脆性及韧脆转变温度 §3.4 影响冲击韧性和韧脆转变温度的因素 *  冲击载荷与静载荷的主要区别： 加载速度（幅度和频率）不同 应变速率 = de/dτ e为真应变 静拉伸试验 = 10-5～10-2 s-1 冲击试验 =102～104 s-1 一般， = 10-4～10-2 s-1，金属材料的力学性能无显著变化， 10-2 s-1 时，力学性能将显著变化。 提高 将使金属材料的变脆倾向增大。 * §3.1 冲击载荷下金属变形和断裂的特点 一、冲击失效的特点（1）与静载时相同，弹性变形－塑性变形－断裂。 （2）吸收的冲击能测不准。 时间短；机件；与机件联接物体的刚度。通常假定冲击能全部转换成机件内的弹性能，再按能量守恒法计算。 （3）应变速率对材料的弹性行为及弹性模量无影响。 弹性变形的速度4982m/s（＞声速）, 普通摆锤冲击试验的绝对变形速度5～5.5m/s。这样冲击弹性变形总能紧跟上冲击外力的变化 * 二、影响冲击性能的微观因素 （1）位错的运动速率↑，派纳力增大，滑移临界切应力↑，金属产生附加强化。参见图1-12. （2）同时开动的位错源增加，增加位错密度，提高滑移系数目，塑变极不均匀，限制了塑性变形的发展，导致屈服强度提高（多）、抗拉强度提高（少）。参见图1-12. 材料塑性与 之间无单值依存关系。大多情况下，冲击时的塑性比静拉伸的要低。高速变形时，某些金属可显示较高塑性（如密排六方金属爆炸成型） 塑性和韧性随 提高而变化的特征与断裂方式有关。 如在一定加载规范和温度下，材料产生正断（因为切变抗力增加很大），则断裂应力 变化不大，塑性随 ↗而↘。如材料产生切断，则 随 ↗而↗ ，但塑性可能不变，也可能提高。 * 三、冲击断口形貌 三个区：纤维区、放射区、剪切唇。 若试验材料具有一定的韧性，可形成两个纤维区。i.e.: 纤维区—放射区—纤维区—剪切唇。（如下图） 由于缺口处是平面应力状态，若试验材料具有一定塑性，则裂纹在快速扩展中就形成纤维区。 当裂纹扩展到一定深度，出现平面应变状态，且裂纹达到格里菲斯裂纹尺寸时，裂纹快速扩展形成结晶区。 到了压缩区后，应力状态发生变化，裂纹扩展速度再次减小。于是就形成（二次）纤维区。 * §3.2 冲击弯曲和冲击韧性 一、冲击韧性及其作用1、冲击韧性是材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。 用冲击吸收功A k （J）表示； 或表为 ak，J/cm2 （冲击功除以试样缺口底部面积之商——冲击韧度） 2、作用（1）揭示冶金缺陷的影响（冶金缺陷如如夹渣、气泡、严重分层、偏析、及夹杂物超级等，锻造或热处理缺陷如过热、过烧，回火脆性等）； （2）对σs大致相同的材料，评定缺口敏感性。 （3）评定材料的低温脆性倾向（By 韧脆转变温度tk）。 * 二、冲击试验 （1）摆锤冲击 摆锤，10×10×55试样，跨距40mm； 无缺口，有缺口（U；V） 分别记为AK,AKU,AKV。 铸铁（QT、白口铁），工具钢等脆性材料，10×10×55 ，无缺口样品。 （2）小能量多冲击 磨球的冲击等 单次冲击不足以破坏材料。冲击疲劳、断裂 （3）落锤试验 普通冲击弯曲试样尺寸较小，不能反映实际构件中的应力状态，且测试结果分散性大，不能满足一些特殊要求。故美国海军研究所W.S.Pellini（20世纪60年代）提出落锤试验方法。因试样较大，试验时需较大冲击能量，不能用一般摆锤冲击，必须用落锤击断。 这是一个半定量的模拟试验方法，用以测定实际使用（厚板）材料的性能。揭示存在一定尺寸裂纹的材料的断裂应力σc～无塑性转变温度NDT 之间的关系。参见图3-9 断裂分析图（FAD）,P62. * 落锤试验以及动态撕裂试验等方法,实际上都是使用大型夏比试样的弯曲冲击试验。落锤试验(DWT-Drop hammer test)主要用于测定金属钢板的无塑性转变温度NDT（Non-plastic transition temperature）,试样的厚度与实际使用的板厚相同，并且宽度加大。动态撕裂试验DTT (Dynamic Tear Test)用来测定动态撕裂功和ND