第6章 切口强度及切口冲击韧性

1、进入网络实验室第六章 切口强度与切口冲击韧性 进入网络实验室u6.1 6.1 前言前言 u1、广义的“切口”u切口的存在造成：应力应变集中和多向性。u 二战事故分析的结论：u脆断钢板，其夏比V型切口试件冲击值AKV在10时低于15ft.lbf(20.34N.m)；u韧性钢板，其AKV值在10时高于15ft.lbf。 进入网络实验室NbNAPmax2、切口强度：用带切口的拉伸试件测定其断裂时的名义应力(净断面平均应力)， 记为bN，进入网络实验室3、切口敏感性切口强度对抗拉强度的比值定义为切口强度比NSR： NSR=bNb 若NSR1.0，表示材料对切口不敏感，或者说材料是切口韧性的； 若NSR

2、1.0，则材料对切口敏感，材料是切口脆性的60。进入网络实验室6.2 6.2 局部应力与局部应变局部应力与局部应变一受拉伸裁荷的薄板，其中的应力分布是均 匀的。若在板的中心钻一圆孔，则在孔的周围应力分布发生了很大的变化如图6-1所示； 在孔的边缘，拉应力最大，离孔边越远，应力越小。最后趋近于净断面平均应力，即名义应力名义应力n。 应力集中系数应力集中系数 Kt 的定义： Kt=max/n。 进入网络实验室图6-1 受拉伸的中心圆孔扳 进入网络实验室6.3 切口强度的实验测定切口强度的实验测定切口强度通常用切口圆柱试件圆柱试件(见图6-5(a)或双切口双切口平板试件平板试件(见图6-5(b)，进

3、行拉伸试验予以测定。 切口几何切口几何的三个主要参数为： 切口深度t、切口根部的曲率半径、切口张角 切口强度：切口强度：切口试件拉伸断裂最大载荷，除以切口处的净断面积。 切口断面收缩率切口断面收缩率，称为切口塑性切口塑性(Notch Ductility)。进入网络实验室图6-5 切口试件与切口几何 进入网络实验室进入网络实验室图6-7 零件中的切口根部塑性区（1）和材料元（2）6.5 6.5 切口强度的估算切口强度的估算6.5.1 6.5.1 切口根部裂纹形成准则切口根部裂纹形成准则 切口零构件或试件的断裂可能包含三个阶段：在切口根部形成裂纹形成裂纹，形成于切口根裂纹的亚临界扩展亚临界扩展，当

4、裂纹达到临界尺寸时发生断裂断裂。裂纹在切口根部形成，可以假定是由切口根部材料元的断裂引起的，如图6-7所示。进入网络实验室(1) 脆性材料-脆性材料遵循正应力断裂准则。Ktni=f (6-13) 式中ni为裂纹形成时切口试件所受的名义应力，或称切口根部裂纹形成应力。进入网络实验室(2) 塑性材料 塑性材料遵循正应变断裂准则。Ktni=（Eff）1/2 (6-14) 公式(6-14）是塑性材料的切口根部裂纹起始准则 。(Eff）1/2可以认为是工业金属结构材料理论强度值的一种量度。公式(6-14)的力学意义是：当切口根部虚拟的弹性应力Ktn达到理论断裂强度时，则裂纹在切口根部形成。进入网络实验室

5、在平面应变状态下，切口根部裂纹形成准则为Ktni=0.64（Eff）1/2 (6-15) 比较公式(6-14)和(6-15)，可以看出，平面应变状态下切口根部裂纹形成应力，仅为平面应力状态下的64。 进入网络实验室切口敏感度系数切口敏感度系数：btffbnKENSR/切口强度比：切口敏感度系数：bfftbNEKNSRK/当 Kt1.0；当KtKbN，NSRf，金属在没有塑性变形的情况下发生断裂，即表现为脆性的； 而在Tc以上，sf，金属在断裂前发生塑性变形，故表现为塑性的。进入网络实验室图6-11 金属的强度和塑性随温度的变化12进入网络实验室研究低温脆性的主要问题是确定韧脆韧脆- -转化温度

6、转化温度。 实验方法介绍：将试件冷却到不同的温度测定冲击功AK，得到断口形貌特征与温度的关系曲线。然后按一定的方法确定韧脆转化温度。 能量法能量法：有下列几种：(1)以V型切口冲击试件测定的冲击功AK=15 ft 1bf(20.3N M)对应的温度作为韧脆转化温度，并记为V15TT。 实践经验总结而提出的方法.(2)图6-12中的曲线有两个平台。上平台所对应的能量称为高阶能，下平台所对应的能量称为低阶能。将低阶能开始上升的温度定义为韧-脆转化温度，记为NDT称为零塑性温度零塑性温度。在NDT以下，试件的断口为100的结晶状断。进入网络实验室图6-12 各种确定韧脆转化温度的方法及所确定的韧-脆

7、转化温度(4)高阶能与低阶能的平均值所对应的温度定义为韧-脆转化温度，记为FTT(Fracture Transition Temperature)(3)将高阶能开始降低的温度定义为韧-脆转化温度。记为FTP ( Fracture Transition Plastic)当温度高于FTP，试件的断口为100的纤维状断口。进入网络实验室断口形貌法断口形貌法 断口上有纤维区、放射区纤维区、放射区( (结晶区结晶区) )和剪切唇和剪切唇。 在不同的温度下,上述三个区的相对面积是不同的； 结晶区的面积随温度的变化，结晶区面积百分比的增大,表示材料变脆。通常取结晶状断口面积占50时的温度为韧脆转化温度，记为50FATT(Fracture Appearance Transition Temperature)。 在低温下服役的零件，其最低工作温度应高于高于韧-脆转化温度。这是韧性的温度储备。韧性温度储备的大小取决于机件的重要程度。进入网络实验室图6-13 冲击断口形貌示意图进入网络实验室影响因素：钢的成分、组织和冶金质量。a.降低钢中的碳、磷含量；细化晶粒，热处理成低碳马氏体和回火素氏体，可提高高阶能；b.增加钢中碳、磷、氧含量，Si、