材料的冲击韧性及低温脆性.ppt

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1、第三章材料的冲击韧性及低温脆性§3-1冲击弯曲试验与冲击韧性§3-2低温脆性1§3-1冲击弯曲试验与冲击韧性一、冲击弯曲试验1.一次冲击弯曲试验缺口试样一次冲击弯曲试验原理如图3-1所示。试验在摆锤式冲击试验机上进行，将试样水平放置于试验机支座上，缺口位于冲击相背方向。冲击时将具有一定质量G的摆锤举至具有一定高度H1的位置，使其获得一定位能GH1。2§3-1冲击弯曲试验与冲击韧性一、冲击弯曲试验释放摆锤冲断试样后摆锤的剩余能量为GH2，则摆锤冲断试样失去的位能为GH1-GH2，此即为试样变形和断裂所吸收的功，称为冲击吸收功，以AK表示，单位

2、为J。具体的试验与方法及操作规范可参考GB229-84和GB2106-80。3§3-1冲击弯曲试验与冲击韧性一、冲击弯曲试验国家标准规定冲击弯曲试验用标准试样分别为夏比(charpy)U型缺口试样和夏比V型缺口试样，两种试样的形状及尺寸如图所示。所测得的冲击吸收功分别记为AKU和AKV。另外，测量陶瓷、铸铁或工具钢等脆性材料的冲击吸收功时，常采用10mm×l0mm×10mm的无缺口冲击试样。4§3-1冲击弯曲试验与冲击韧性一、冲击弯曲试验2.多次冲击弯曲试验实践表明，即使那些通常承受剧烈冲击载荷的机件，也很少有只经受一次或几次冲击就断裂的。

3、当试样破坏前承受的冲击次数少于500-l000次，试样断裂的规律与一次冲击相同；当冲击次数N＞l05时破坏后具有典型的疲劳断口特征。这表明它是各次冲击损伤积累的结果，根本不同于一次冲击破坏的过程，所以多冲抗力不能用AK值简单代替。因此，为了解决机件多冲断裂失效问题，应对材料进行小能量的多次冲击试验，提出多冲抗力，并研究它的变化规律。5§3-1冲击弯曲试验与冲击韧性一、冲击弯曲试验多次冲击试验在落锤式多次冲击试验机PC-150上进行，冲击频率为450周次/min和600周次/min。冲击能量靠冲程调节而变换(0.1-1.5J)，可做多冲弯曲、

4、拉伸和压缩试验。试验后可绘制出冲击功A--冲断次数N曲线，如图3-4所示。从A-N多冲曲线不难看出，随冲击功A的减少，冲断次数N增加。6§3-1冲击弯曲试验与冲击韧性二、冲击韧性及其工程意义1.一次冲击用试样缺口处截面FN(cm2)去除AKV(AKU)，便得到冲击韧度或冲击值aKV(aKU)，即aKV(aKU)是一个综合性的力学性能指标，与材料的强度和塑性有关，单位为J/m2。7§3-1冲击弯曲试验与冲击韧性二、冲击韧性及其工程意义人们一直将akv(aku)视为材料抵抗冲击载荷作用的力学性能指标，用来评定材料的韧脆程度，作为保证机件安全设计

5、的指标。但akv(aku)表示单位面积的平均冲击功值，是一个数学平均量。实际上冲击试样承受弯曲载荷，缺口截面上的应力应变分布是极不均匀的，塑性变形和试样所吸收的功主要集中在缺口附近，故取平均值是毫无物理意义的，所以这指标目前已不大使用。8§3-1冲击弯曲试验与冲击韧性二、冲击韧性及其工程意义冲击功AK虽可表示材料的变脆倾向，但不能真正反映材料的韧脆程度。因为用于冲断试样的冲击功AK并非完全被试样的变形和断裂过程所吸收，其中有一部分功消耗子空气阻力、机身振动、轴承与测量机构的摩擦及冲断试样的飞出等。尽管冲击吸收功不能真正代表材料的韧性程度，但

6、由于它对材料成分、内部组织变化十分敏感，而且一次冲击弯曲试验方法简便易行，所以仍被广泛采用。9§3-1冲击弯曲试验与冲击韧性二、冲击韧性及其工程意义一次冲击弯曲试验主要有以下几方面用途：它能反映出原始材料的冶金质量和热加工产品的质量。通过测量AK值和对冲断试样的断口分析，可揭示原材料中的气孔、夹杂、偏析、严重分层和夹杂物超标等冶金缺陷；还可检查过热、过挠、回火脆性等锻造或热处理缺陷。10§3-1冲击弯曲试验与冲击韧性二、冲击韧性及其工程意义测定材料的韧脆性转变温度。根据系列冲击试验(低温冲击试验)可获得AK与温度的关系曲线，据此确定材料的韧

7、脆转变温度，以供选材参考或抗脆断设计。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。11§3-1冲击弯曲试验与冲击韧性二、冲击韧性及其工程意义2.多次冲击目前还没有统一表示多冲抗力的方法，一般用某种冲击能量A下的冲断周次N或用要求的冲力工作寿命N时的冲断能量A来表示试样的多冲抗力。材料的多冲抗力是一个取决于强度和塑性的综合力学性能，它的变化有如下一些规律。12§3-1冲击弯曲试验与冲击韧性二、冲击韧性及其工程意义冲击能量高时，材料的多次冲击抗力主要取决于塑性；冲击能量低时，材料的多冲抗力主要取决于强度。多数受冲击

8、载荷作用的机件，均在数万到数百万次以上，属于小能量冲击，其冲击抗力主要取决于强度，在选材或制定工艺时应尽量考虑强度的主导作用，不应盲目追求塑性和冲击韧性。13§3-1冲击弯曲试验