材料性能与测试幻灯片-第3章材料的冲击韧性和....pptVIP

材料性能与测试;第三章 材料的冲击韧性和低温脆性;§3.1 冲击弯曲实验和冲击韧性; 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。;图3-1 冲击试验机、试样和原理图;图3-2 多次冲击曲线;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。;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。;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???缺陷浓度等。;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。;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NDT(Nilductility temp)： 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。 NDT以下，断口由100％结晶区(解理区)组成。;2、断口形貌法： (1)断口形貌：;在10℃时，断口为100％纤维区，冲击值很高，韧性状态；温度降到－25℃时，冲击值下降一半，断口也出现将近一半的结晶区，处在韧性向脆性转折的过渡状态；当温度再降低至－80℃时，冲击值非常低，断口为100％的结晶区，为完全脆性状态。 ;韧脆转变温度tk反映了温度对韧脆性的影响，它是安全性能指标，是从韧性角度选材的依据之一。对于在低温服役的材料，最低使用温度高于tk，二者之差愈大愈安全(差20－60℃)。; 1)．晶体结构的影响：bcc、hcp有，fcc没有 原因：加载后屈服速度差别。前者有迟屈服现象 2)．化学成分的影响：见下图; 3)．显微组织的影响：细化晶粒增加韧性，降低tk；例如：回火索氏体的冲击吸收功和tk最佳，回火贝氏体次之，片状珠光体最差；; 1812年，在欧洲大陆上取得了一系列辉煌胜利的拿破仑兵败俄罗斯。世人往往将其失败归结为战线拖得太长、后勤供应不上。但加拿大著名化学家潘妮·拉古德所著《拿破仑的纽扣：改变历史的16个化学故事》中提到，一个简单的化学反应很有可能对拿破仑的失败起了重要作用。 拿破仑部队军服上，采用锡制纽扣。锡是一种坚硬的金属,然而它有3种同素异形体—白锡、脆锡和灰锡。在常温下，我们通常所看到的锡是银白色的白锡，