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时间:2019-10-20
《《工程材料物理性能(第2版)》 第03章 金属在冲击载荷下的力学性能》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第三章金属在冲击载荷下的力学性能前言: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)。许多机件在实际服役时受冲击载荷的作用(如汽车行驶通过道路上的凹坑、急刹车,飞机起飞和降落,金属压力加工(锻造等)。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
2、行为,需要进行相应的力学性能试验。第一节冲击载荷下金属变形和断裂的特点(作图P70,图3-1)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。第二节冲击弯曲和冲击韧性1.冲击韧性:指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和功的能力。常用标准试样的冲击吸收功AK表示。2.试验原理:3.冲击弯曲试验主要
3、用途:(冲击吸收功AK的大小不能真正反映材料的韧脆性程度。原因是缺口试样冲击吸收的功没有完全用于试样变形和破断,其中有一部分功消耗于试样掷出、机身振动空气阻力等。此外,根据断裂理论,断裂类型取决于裂纹扩展过程中所消耗的功(断裂功),消耗的功大,则断裂表现为韧性,反之则为脆性。但AK值相同的材料,断裂功并不一定相同)。由于AK对材料内部的组织变化十分敏感,且试验方法简便,所以仍被广泛采用。主要用途有:(1)反映材料的冶金质量和热加工后的产品质量。(2)根据系列冲击试验(低温冲击试验)可得出AK与温度的关系曲线,测定
4、材料的韧、脆性转变温度。(3)对于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。第三节低温脆性1.低温脆性现象(1)现象:体心立方与某些密排六方金属、合金中常见。(2)实践中有三种不同的冲击吸收功-温度关系曲线。第一类:很低温度下韧性仍比较高;面心立方金属与合金,如铜、铝等。第二类:在很宽的试验温度下都呈现脆性,如高碳马氏体钢。第三类:在一定温度区间内产生低温脆性转变,如体心立方与某些密排六方金属、合金中常见。(3)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。
5、(图3-5,P73)两个强度指标:屈服强度受温度影响大;断裂强度受温度影响小(主要与裂纹扩展有关)。2.韧脆转变温度tR韧性是金属材料塑性变形和断裂全过程吸收能量的能力,是强度与塑性的综合表现,因此在特定条件下,能量、强度和塑性都可用于表示韧性。目前尚无简单的判据求韧脆转变温度tR通常根据能量、塑性变形或断口形貌随温度的变化来定义。方法:不同温度下作冲击弯曲试验。得出冲击功-温度曲线;断口形貌中各区所占面积-温度曲线;塑性变形量-温度曲线等。3.根据能量判据与断口形貌判据定义tR的方法:图3-6P73低阶能—当低
6、于某一温度,材料吸收的冲击能量基本不随温度而变化,形成一平台,该能量称为低阶能。高阶能—当高于某一温度,材料吸收的冲击能量基本不随温度而变化,形成一平台,该能量称为高阶能。(1)以“低阶能”开始上升的温度定义为tR(记为NDT,NilDuctilityTemperature)称为无塑性或零塑性转变温度。(这是无预先塑性变形断裂对应的温度,在NDT以下,断口由100%的结晶区组成。(2)以“高阶能”对应的温度为tR(记为FTP,FractureTransitionPlastoc)高于FTP下的断裂,将得到100%纤
7、维状断口(零解理断口)。(3)以低阶能和高阶能平均值对应的温度定义tR。(记为FTE,FractureTransitionElastic)(4)断口形貌判据:通常以结晶区面积占整个断口面积50%时的温度定义为tR记为50%FATT,(FractureAppearanceTransitionTemperature)或FATT50或t50断口上各区面积按国家标准规定认定。NDT,FTE,FATT50,与塑性指标,冲击韧性指标同属安全性指标。三落锤试验与断裂分析图普通的冲击弯曲试样尺寸过小,不能反映实际构件的应力状态,
8、而且结果分散性大,不能满足一些特殊要求。50年代初,美国海军研究所Pellini等人提出落锤试验方法。试样冷却到一定温度后放在砧座上,使有焊肉的轧制面向下处于受拉侧,然后落下重锤进行打击。随试样温度下降,其力学行为发生如下变化。1.不裂;2.拉伸侧表面部分形成裂纹,但末发展到边缘;3.拉伸侧表面裂纹发展到一侧边或两侧边;4.试样断成两部分。一般取拉伸侧表面裂纹发展到一侧边
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