第03金属在冲击载荷下的力学性能材料力学性能ppt课件.ppt

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1、第三章金属在冲击载荷下的力学性能前面我们讲述的是材料在常温、静载下的力学性能。工程中，还有许多机件是快速加载即冲击载荷及低温条件下工作的，如：汽车在凸凹不平的道路上行驶；飞机的起飞和降落；材料的压力加工等；其性能将与常温、静载的不同。冲击载荷与静载的主要差异：加载速率不同，加载速率是指载荷施加于试样或机件的速率，用单位时间内应力增加的数值表示。1因加载速率提高，形变速率也随之增加，形变速率是单位时间的变形量。因此，用形变速率（又分绝对变形速率和相对变形速率）可以间接地反映加载速率的变化。相对变形速率又称应变率。不同机件的应变速率范围大

2、约为10-6～106s-1。静拉伸试验的应变速率为10-5～10-2s-1，冲击试验的应变速率为102～104s-1。试验表明，应变速率在10-4～10-2s-1内，金属的力学性能没有明显变化，可按静载荷处理。当应变速率大于10-2s-1时，力学性能将发生明显变化。2缺口冲击载荷降低温度钢的冷脆是一种低能量断裂，一般为解理断裂，有时为准解理断裂或沿晶断裂。冷脆的断裂功极低，后果是灾难性的。（原因是断裂面间距为原子间距，力的作用距离只有0.1nm数量级，即使力很大，断裂所消耗的功W=F.S也相当低）。使塑性变形得不到充分发展，更灵敏地反

3、映材料的变脆倾向。（脆断趋势）3§3-1冲击载荷下金属变形和断裂的特点◆冲击载荷下，整个承载系统承受冲击能，所以机件、与机件相连物体的刚度都直接影响冲击过程的时间，从而影响加速度和惯性力的大小。◆由于冲击过程持续时间短，测量不准确，难于按惯性力计算机件内的应力，所以机件在冲击载荷下所受的应力，通常假定冲击能全部转换为机件内的弹性能，再按能量守恒法计算。41、应变率对金属材料的弹性行为及弹性模量没有影响。因弹性变形是以声速在介质中传播的，声速在金属介质中相当大，钢中为4982m/s，普通摆锤冲击时绝对变形速率只有5～5.5m/s冲击弹性

4、变形总能跟上冲击力的变化。52、金属材料在冲击载荷作用下塑性变形难于充分进行，原因为：⑴冲击载荷下应力水平比较高，使许多位错源同时起作用，抑制了单晶体中易滑移阶段的产生与发展。⑵冲击载荷增加了位错密度和滑移系数目，出现孪晶，减小了位错运动自由行程平均长度，增加了点缺陷的浓度。6静载荷作用时：塑性变形比较均匀的分布在各个晶粒中；冲击载荷作用时：塑性变形则比较集中于某一局部区域，反映了塑性变形不均匀。这种不均匀限制了塑性变形的发展，导致了屈服强度、抗拉强度的提高，如图所示。3、材料塑性和应变速率之间无单值依存关系。74、随应变率增加，塑性

5、、韧性与断裂方式有关。如果在一定加载条件及温度下：材料产生正断，则断裂应力变化不大，塑性随着应变率的增加而减小；如果材料产生切断，则断裂应力随着应变率提高显著增加，塑性的变化不一定，可能不变或提高。8§3-2冲击弯曲和冲击韧性一、冲击韧性是指材料在冲击载荷作用下吸收（弹性变形功）塑性变形功和断裂功的能力。常用标准试样的冲击吸收功AK来表示。二、冲击试样如图所示1、冲击弯曲试验试样的种类：夏比v型缺口冲击试样（我国以前称夏氏试样）夏比u型缺口冲击试样（我国以前称梅氏试样）无缺口冲击试样：适用于脆性材料（球铁、工具钢、淬火钢等）缺口试样9

6、2、冲击试样开缺口的目的使缺口附近造成应力集中，保证在缺口处破断。缺口的深度和尖锐程度对冲击吸收功影响显著。缺口越深、越尖锐，Ak值越小，材料表现的脆性越大。所以，不同类型和尺寸试样的Ak值不能相互换算和直接比较。10三、冲击弯曲试验原理1、冲击试验的分类：按其服役工况有：图简支梁下的冲击弯曲试验（夏比冲击试验）悬臂梁下的冲击弯曲试验（艾氏冲击试验）GB/T4158－1984冲击拉伸试验冲击扭转试验按试验温度可分为高温、低温和常温冲击试验，按试样的缺口类型可分为V型和U型两种冲击试验。现行国家标准GB/T229－2007《金属材料夏比

7、摆锤冲击试验方法》将以上所涉及的试验方法统一合并在一个标准内，更加便于执行。112、冲击弯曲试验：GB/T229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》规定，如图所示。冲击吸收能量K（1994年标准为冲击吸收功Ak）：K＝GH1-GH2=G(H1-H2)＝mg(H1-H2)对采用u型缺口和v型缺口的试样，其冲击吸收功分别用Aku和Akv来表示。试验前需对试验机进行校核。旧标准使用ak（冲击韧性）作为性能指标。(J/cm2)12新标准冲击吸收能量K的表示方法：为了表示不同类型冲击试样的试验结果，两种类型试样在两种摆锤刀刃下的吸收能量用

8、如下符号表示，以示区别：V型缺口试样在2mm摆锤刀刃下的冲击吸收能量，表示为KV2；V型缺口试样在8mm摆锤刀刃下的冲击吸收能量，表示为KV8；U型缺口试样在2mm摆锤刀刃下的冲击吸收能量，表示为KU2；U型缺口试样在8