第五章--冲击韧性

1、精选ppt 许多机器零件在实际工作中要受到冲击载荷的作用，如冲床、锻锤等，冲击载荷属于动态载荷，而且，温度降低和加载速度提高都会增加材料的脆断倾向。 本章主要讨论冲击载荷作用下材料的性能评定和冷脆倾向及其影响因素。第5章 冲击韧性 精选ppt5.1 冲击载荷下金属变形和断裂的特点冲击载荷下金属变形和断裂的特点 v加载速度不同，变形速度也随之变化。加载速度不同，变形速度也随之变化。 dde精选ppt加载状态划分v现代机械中，不同机件的应变速率范围： 106/s 106/sv静载：静载：应变速率在 105/s范围，金属材料的力学性能变化不明显；105/s 102/s（）； 102/s，金属材料的力

2、学性能变化明显。必须考虑加载速度对力学性能的影响。 .精选pptv在静载下塑性变形可比较均匀地在各个晶粒中进行。 例：超塑性变形。，原因在于弹性变形速度较快，是以声速在介质中传播。因此，弹性变形可以及时响应冲击载荷。v应变速率对金属的弹性行为及弹性模量不会应变速率对金属的弹性行为及弹性模量不会产生影响。产生影响。变形速度对变形的影响变形速度对变形的影响精选ppt变形速度对塑性变形的影响变形速度对塑性变形的影响v变形速度变形速度对有显著影响。 v当加载速度提高时，塑性变形充分进行。v在冲击载荷冲击载荷下，塑性变形塑性变形比较集中集中在某些局部区域，从而会导致塑性变形极不塑性变形极不均匀均匀。塑性

3、变形极不均匀，必然限制塑性变形的发展，导致变形抗力变形抗力（主要是屈服强度）提高。 精选ppt变形速度对断裂的影响变形速度对断裂的影响v变形速度增加时，断裂过程的变化比较复杂，塑性的变化与断裂方式有关：v对于低塑性材料对于低塑性材料，变形速度对断裂抗力影响不大，但塑性、韧性明显下降，从而使脆性断裂倾向增加，材料会正断断裂；v对高塑性材料对高塑性材料，变形速度增加会显著提高断裂抗力，而塑性、韧性变化不大，有时会有所增加，使断裂方式仍保持切断方式。v因此，。精选ppt冲击拉伸与静拉伸的Fl对比精选ppt精选ppt5.2 冲击试验和冲击韧性冲击试验和冲击韧性精选ppt缺口试样冲击弯曲试验原理试验在摆

4、锤式冲击试验机上进试验在摆锤式冲击试验机上进行。将试样水平放在试验机支行。将试样水平放在试验机支座上，缺口位于冲击相背方向。座上，缺口位于冲击相背方向。试验时，将具有一定质量的摆试验时，将具有一定质量的摆锤抬起至一定高度锤抬起至一定高度H1，使其获，使其获得一定的势能，然后将摆锤放得一定的势能，然后将摆锤放下，在摆锤下落至最低位置处下，在摆锤下落至最低位置处将试样冲断，之后将试样冲断，之后 摆锤升值高摆锤升值高度度H2。摆锤在冲断试样时所做。摆锤在冲断试样时所做的功称为冲击吸收功：的功称为冲击吸收功：)(21HHGAK精选ppt 冲击吸收功冲击吸收功 Ak 除以缺口底部净横截面积除以缺口底部净

5、横截面积 SN：/KKNAS2/Jcm 精选ppt精选pptv若若弹性功所占比例很大弹性功所占比例很大，塑性功比例很小，塑性功比例很小，撕裂功几乎为零，则表明材料断裂前塑性撕裂功几乎为零，则表明材料断裂前塑性变形小，裂纹一旦形成便立即扩展直至断变形小，裂纹一旦形成便立即扩展直至断裂，断口必然呈裂，断口必然呈甚至甚至的的。v若若塑性功占比例很大塑性功占比例很大，裂纹扩展的撕裂功，裂纹扩展的撕裂功也大，则断口则是以呈也大，则断口则是以呈为主的为主的。v因此，因此，Ak值的大小并不能直接反映材料的值的大小并不能直接反映材料的韧或脆的性质，只有其中的韧或脆的性质，只有其中的，特别，特别是是的大小才显示

6、材料的的大小才显示材料的韧性本质韧性本质。 精选ppt冲击实验的应用冲击实验的应用 精选ppt脆化现象脆化现象精选ppt精选pptv重结晶脆性是在A1 A3温度区间，钢中为+二相混合组织，冲击值降低的现象。 精选ppt5.3 低温脆性和冷脆转变温度低温脆性和冷脆转变温度 一、低温脆性现象（冷脆转变）一、低温脆性现象（冷脆转变）不同材料的冷脆倾向不同材料的冷脆倾向 精选pptv对中、低强度的面心立方金属材料，其对中、低强度的面心立方金属材料，其冲击值冲击值在很宽的工程应用温度范围内都很高在很宽的工程应用温度范围内都很高，可以不，可以不考虑低温脆性和冷脆转变问题；考虑低温脆性和冷脆转变问题；v对于

7、高强度材料，如高强钢、钛合金等，在缺对于高强度材料，如高强钢、钛合金等，在缺口存在的所有温度下，口存在的所有温度下，通常都是脆性断裂，冲通常都是脆性断裂，冲击值都很低，击值都很低，因此冷脆现象也不明显；因此冷脆现象也不明显；而而，即在某一温度范围内，冲击值对温度十，即在某一温度范围内，冲击值对温度十分敏感，因此对这类材料制造低温服役的结构分敏感，因此对这类材料制造低温服役的结构件时，必须考虑冷脆转变温度的影响。件时，必须考虑冷脆转变温度的影响。精选pptc精选pptv实际上，即使在解理断裂中，裂纹形核实际上，即使在解理断裂中，裂纹形核也是塑性变形的结果，而当应力达到也是塑性变形的结果，而当应力

8、达到 c时（时（ c s）尚）尚无裂纹成核无裂纹成核，不满足裂纹，不满足裂纹失稳的失稳的充分条件充分条件。因此，只有当应力继。因此，只有当应力继续增大到续增大到 s时，因塑性变形使时，因塑性变形使裂纹成核裂纹成核和裂纹扩展同时进行和裂纹扩展同时进行，即断裂强度与屈，即断裂强度与屈服强度重合，材料服强度重合，材料呈脆性断裂呈脆性断裂。 因此，因此，Tk称为冷脆转变温度。称为冷脆转变温度。v实际情况下，冷脆转变是在一个温度范实际情况下，冷脆转变是在一个温度范围内进行的，所以围内进行的，所以Tk只是这个范围的某只是这个范围的某种表征值。种表征值。精选ppt二、冷脆转变温度的评定和影响因素二、冷脆转变

9、温度的评定和影响因素 v冷脆转变温度是一个温度范围，但在材料冷脆转变温度是一个温度范围，但在材料冷脆敏感性评定和工程构件的选材上都希冷脆敏感性评定和工程构件的选材上都希望用单一的温度值望用单一的温度值Tk来表征。来表征。v即使在同一材料的同一试样即使在同一材料的同一试样冲击吸收功冲击吸收功温度曲线上温度曲线上，由于定义不同，也会得到，由于定义不同，也会得到不同的不同的Tk值。值。精选ppt缺口试样冲击吸收功缺口试样冲击吸收功Ak和解理断口百分数与温度关系和解理断口百分数与温度关系 精选ppt精选ppt断口形貌转变温度断口形貌转变温度50% FATT：v定义对应于定义对应于50%（断面占比）解（

10、断面占比）解理断口的特征温度，称为断口形理断口的特征温度，称为断口形貌转变温度，即貌转变温度，即50% FATT。（Fracture Appearance Transition Temperature）精选ppt冷脆转变的断口（冲击断口）冷脆转变的断口（冲击断口） v缺口冲击试样的断口也分为三个区：缺口冲击试样的断口也分为三个区： 纤维区纤维区、放射区放射区和和剪切唇区。剪切唇区。各区的相对比例及分布各区的相对比例及分布视材料的塑性而定。通视材料的塑性而定。通常裂纹源位于缺口根部常裂纹源位于缺口根部（受拉应力）的中段稍（受拉应力）的中段稍离表面处。在受压应力离表面处。在受压应力区，裂纹扩展速率减小区，裂纹扩展速率减小而出现二次纤维区。而出现二次纤维区。精选ppt精选ppt精选ppt精选pptv材料结构的影响材料结构的影响v合金成分的影响：钢中的合金成分的影响：钢中的 C、P、O、H、N、Mo、Al、Si都使都使Tk上升；上升；Ni、Mn、Ti、V都使都