材料性能与测试课件-第三章材料的冲击韧性和低温脆性-2014

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1、§目录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。§3.1冲击弯曲实验和冲击韧性§3.2低温脆性§3.3落锤实验12§简介高速作用于物体上的载荷称为冲击载荷。与静载荷的主要区别：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，金蠕变、准静态试验从热力学上看属于等温过属力学性能没有明显的变化，可按静载荷处程。动态试验变形速率高，热

2、力学绝热过程。以理。当应变力大于10-2S-1时，金属力学性能将Hopkinson压杆为主要方法的冲击试验的应变速发生显著变化。为了评定金属材料传递冲击载率在102－104/s量级。超速冲击试验的应变速率荷的能力，揭示材料在冲击载荷作用下的力学为104－108/s量级，采用轻气炮装置，弹体撞击行为，需要进行相应的力学性能试验。实现。34Hopkinson钢丝冲击拉伸实验若钢丝只发生弹性变形，其伸长正比于冲击产生材料在高应变速率下的变形和断裂的应力并且与时间无关，在冲击过程中不发生其它能不同于准静态载荷。量损失，依据能量守恒定律可以得到冲击拉伸时钢

3、丝Hopkinson父子在19世纪初进行了内的最大应力σmax和钢丝末端的位移Y分别为：钢丝冲击拉伸实验，证明：括号的前项分别表示了静载下的应力和伸长，括1)钢丝拉伸断裂处不在接触处A，号内的项表示了冲击载荷的影响，称为冲击系数。而在悬挂处B；2)动态屈服强度约为静态屈服强度的2倍；P2hES(11)max3)钢丝在1.5倍静屈服强度下经100SPL微秒后才发生屈服，说明在动态载PL2hES荷下有延迟屈服现象。Y(11)SEPL561§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：摆锤冲击试验机；缺口试样

4、[U型和V型]；测试标准：GB229-84和GB2106-80举至H的位置(位能为GH)－释放摆锤－冲断试样－摆锤至h的位置(位能为Gh)；GH-Gh=AK冲击吸收功(AKU和AKV)789102.多次冲击试验－冲击疲劳一次冲击弯曲特点实验简单易行，广泛应用；反应材料冲击次数大于105次时，试冶金质量和热加工质量；评价冷脆倾样破坏具有典型的疲劳断口A向，测定韧脆转变温度；特征，冲击损伤积累结果。A－K曲线：冲击功和冲冲击功断次数曲线，反比关系采用落锤式冲击实验落锤式冲击实验：球、重K冲断周数锤或者投掷枪由已知高度自由落下对试样进行冲击，测多

5、次冲击曲线定使试样破裂所需能量。比摆锤式更符合多冲实际。111223、冲击变形断裂特点冲击韧性冲击载荷下，塑性变形集中在某些局部1)冲击韧度或冲击值a(a):KUKV区域，极不均匀。用试样缺口处截面FN(cm2)去除A(A)。即KUKV冲击载荷下：应力水平较高，许多位错a(a)＝A(A)/FKUKVKUKVN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2)工程意义:由行程增加点缺陷浓度等。导致强度提①反映出原始材料的冶金质量和热加工产品质高。量；分析断口判断缺陷；塑性与韧性随应变率增加而变化的特征②测定材料的韧脆性转变温度

6、；与断裂方式有关。正断：减少；剪断：③对σs大致相同的材料，根据AK值可以评定材不变或提高。料对大能量冲击破坏的缺口敏感性。1314二、冲击脆化2.由于高应变速率下应力水平比较高，许多位错冲击载荷和静载荷失效相同点：源同时起作用，结果抑制了单晶体中易滑移阶过量弹性变形、过量塑性变形和断裂．段的产生与发展。冲击载荷和静载荷失效不同点：3.高应变速率增加了位错密度和滑移系数目，出变形速率不同；现孪晶，减小了位错运动自由行程平均长度，塑性变形主要集中在局部区域。增加了点缺陷的浓度。冲击脆化具体原因：金属材料在高应变速率下塑性变形难以充分进行。冲击

7、载荷作用时塑性变形则比较集中于某1.在高应变速率下，瞬时作用于位错上的应力高，结果一局部区域，反映了塑性变形不均匀。这种不位错运动速率增加。位错运动速率增加增大派纳力，因均匀限制了塑性变形的发展，导致脆性。为运动速率越大，则能量越大，宽度越小，故派纳力越大。结果滑移临界切应力增大，金属产生附加强化。1516§3.2低温脆性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)。

8、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钢的脆性转变温度