材料性能学作业

1、冲击载荷下金属变形和断裂的特点。在冲击载荷作用下，瞬间作用于位错上的应力相当高，结果造成位错运动速率增加。因为位错宽度及其能量与位错运动速率有关。运动速率愈大，则能量愈大，宽度愈小，故派纳力愈大。结果滑移临界切应力增大，金属产生附加强化。由于冲击载荷下的应力水平较高，可使许多位错源同时开动，结果在单晶体中抑制了易滑移阶段的产生和发展。此外，冲击载荷还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，增加点缺陷浓度，使金属材料在冲击载荷作用下塑性变形难以充分进行，导致屈服强度和抗拉强度提高。且屈服强度提高得较多，抗拉强度提高得较少。在一定加载规范和温度下，材料产生正断，则断裂应

2、力变化不大，塑性随应变速率的增加而减小。如果材料产生剪断，则断裂应力随应变速率提高显著增加，塑性可能不变，也可能提高。试说明低温脆性的物理本质及其影响因素。 低温脆性的物理本质：材料的屈服强度随温度下降而急剧增加。 当温度低于某一温度时，材料由韧性状态转变为脆性状态，冲击值或断面收缩率急剧下降，断口特征由纤维状转变为结晶状，断裂机理由微孔聚集性转变为穿晶解理型。这种现象被称为低温脆性。1 晶体结构：即体心立方，面心立方等区别。温度越低，迟屈服现象也越明显。2 化学成分：间隙、置换溶质元素（Ni、Mn除外）增加，韧脆转变温度提高。间隙溶质元素通过与位错的交互作用偏聚于位错线附近形成柯氏气团，增加

3、位错运动阻力，使杂质元素偏聚于晶界，降低晶界表面能。增加和，使升高。3 显微组织：a. 晶粒大小：晶粒半径越小，与呈线性关系，晶界多，裂纹扩展阻力大，晶界前位错塞积少，杂质少，韧性增加。b. 金相组织：在较低强度水平，强度相同而组织不同的钢，其冲击吸收功和韧脆转变温度以回火索氏体最佳，贝氏体回火组织次之，片状珠光体组织最差。此外，球化处理能改善钢的韧性。在较高强度水平时，中、高碳钢经等温淬火获得下贝氏体组织，其冲击吸收功和韧脆转变温度优于同强度的淬火马氏体并回火的组织。在相同强度水平，典型上贝氏体的韧脆转变温度高于下贝氏体的韧脆转变温度。在低碳合金钢中，经不完全等温处理获得贝氏体和马氏体的混合

4、组织，其韧性比单一马氏体或单一贝氏体组织要好，这是因为贝氏体先于马氏体形成，优先将奥氏体晶粒分割成几部分，使随后形成的马氏体限制在较小范围内，从而获得了极为细小的混合组织，裂纹在此种组织内扩展要多次改变方向，消耗能量较大，故钢的韧性较高。关于中碳合金钢马氏体贝氏体混合组织的韧性，亦视钢在奥氏体化后的冷却过程中贝氏体和马氏体的形成顺序而定，只有贝氏体先于马氏体形成韧性才可以改善。在马氏体钢中存在稳定残余奥氏体，可以抑制解理断裂，从而显著改善钢的韧性。马氏体钢中的残余奥氏体膜也有类似作用。钢中碳化物及夹杂物等第二相对钢的脆性的影响程度取决于第二相质点的大小、形状、分布、第二相性质及其与基体的结合力

5、等因素。一般第二相尺寸增加，材料的韧性下降，韧脆转化温度升高。第二相的形状对材料脆性也有影响，球状第二相材料的韧性较好。4 温度：碳钢和某些合金钢在冲击载荷或静载荷作用下，在一定温度范围内出现脆性。因为在该温度范围内加热钢时，表面氧化色为蓝色，故此现象称为蓝脆。蓝脆是形变时效加速进行的结果，当温度升至某一适当温度时，碳、氮原子扩散速率加快，易于在位错附近偏聚形成柯氏气团。若这一过程的形成速率高于塑性变形速率，则在塑性变形过程中产生时效，使材料强度提高，塑性下降；反之，则材料的塑性提高。在冲击载荷作用下，形变速率较高，碳、氮原于需要在较高温度下才能获得足够的扩散激活能，以形成柯氏气团，故蓝脆温度

6、升高。5 加载速率：提高加载速率如同降低温度，使材料脆性增大，韧脆转变温度提高。6 试样形状和尺寸的影响：缺口曲率半径越小，越高，因此，V型缺口试样的高于U型试样的。当不改变缺口尺寸而只增加试样宽度(或厚度)时，升高。若试样各部分尺寸按比例增加时，也升高。这是出于试样尺寸增加时应力状态变硬，且缺陷几率增大，故脆性增大。试从宏观上和微观上解释为什么有些材料有明显的韧脆转变温度，而另外一些材料则没有？宏观原因：强度因热激活对裂纹扩展的没有明显作用，故断裂强度随温度变化很小。具有体心立方或密排六方结构的金属或合金的屈服强度对温度变化十分敏感，温度降低，急剧升高，故两线交于一点。该交点对应的温度即为。

7、而面心立方的随温度变化不大，即使在很低的温度下仍未与曲线相交，故此种材料的脆性断裂现象不明显。微观原因：，体心立方金属的低温脆性与位错在晶体中运动的阻力对温度变化非常敏感有关。在低温下增加，故这类材料在低温下处于脆性状态。面心立方金属因位错宽度比较大，对温度变化不敏感，故一般不显示低温脆性。 体心立方金属的低温脆性还和迟屈服现象有关，即对该材料施加一大于的高速载荷时材料并不立即产生屈服，而需要经过一段孕育期才开始塑性变形，在孕育期间只产生弹性变形，而没有塑性变形消耗能量，故有利于裂纹的扩展，表现为脆性破坏。解释钢材在静载和冲击载荷作用下出现蓝脆温度范围不同的原因。蓝脆大多数铁素体一珠光体组织的合金钢，随温度升高，在300左右韧性降低。它发生在钢表面有蓝色氧化膜的温度范围，因此称为蓝脆。蓝脆发生在合金元素很低的退火或正火的低合金钢中产生蓝脆的原因是碳和氮间隙原子的形变时效。出现这种现象的原因：蓝脆是形变时效加速进行的结果，当温度升至某一适当温度时，碳氮原子扩散速率增加，易于在位错附近偏聚形成柯氏气团，显然若这一过程的形成速率高于塑性变形速率，则在塑性