冲击弯曲试验与冲击韧性（课堂PPT）

1、材料性能学材料性能学建筑系建筑系第六章第六章 材料的冲击韧性及低温脆性材料的冲击韧性及低温脆性材料性能学材料性能学建筑系建筑系 生产中很多机件和工具、摸具受生产中很多机件和工具、摸具受冲击载荷冲击载荷的作用。的作用。 火箭的发射火箭的发射 导弹的发射导弹的发射材料性能学材料性能学建筑系建筑系 飞机起飞飞机起飞 飞机降落飞机降落材料性能学材料性能学建筑系建筑系 行驶的汽车通行驶的汽车通过道路上的凹坑过道路上的凹坑材料性能学材料性能学建筑系建筑系 钢材的加工（锻造、冲钢材的加工（锻造、冲裁、模锻）裁、模锻）材料性能学材料性能学建筑系建筑系 冲击载荷与静载荷区别：冲击载荷与静载荷区别：加载速率加载速

2、率（载荷施加于试（载荷施加于试样的速率）不同，即形变（应变）速率不同。样的速率）不同，即形变（应变）速率不同。 为了评定材料承受冲击载荷的能力，揭示材料在冲击载为了评定材料承受冲击载荷的能力，揭示材料在冲击载荷下的力学行为，就需要进行相应的力学性能试验。本章主荷下的力学行为，就需要进行相应的力学性能试验。本章主要介绍：要介绍：u评定材料承受冲击载荷的能力；揭示材料在冲击载荷评定材料承受冲击载荷的能力；揭示材料在冲击载荷下的力学行为。下的力学行为。u主要介绍材料在冲击载荷下的力学行为和性能特点以主要介绍材料在冲击载荷下的力学行为和性能特点以及金属材料的低温脆性。及金属材料的低温脆性。材料性能学材

3、料性能学建筑系建筑系一、冲击弯曲试验一、冲击弯曲试验 1.1.一次冲击弯曲试验一次冲击弯曲试验 （1）试验仪器：摆锤式冲击试验机；）试验仪器：摆锤式冲击试验机；6.1 冲击弯曲试验及冲击韧性冲击弯曲试验及冲击韧性材料性能学材料性能学建筑系建筑系 （2）标准试样：国家标准规定冲击弯曲试验用标准试样）标准试样：国家标准规定冲击弯曲试验用标准试样分别为分别为:夏比（夏比（Charpy）U型缺口试样和夏比型缺口试样和夏比V型缺口试型缺口试样，样， 冲击吸收功分别记为冲击吸收功分别记为AKU 和和AKV。几何尺寸为：。几何尺寸为： 陶瓷、铸铁陶瓷、铸铁或工具钢等脆性或工具钢等脆性材料的冲击试验材料的冲击

4、试验常用无缺口试样常用无缺口试样材料性能学材料性能学建筑系建筑系（3）试验原理）试验原理 摆锤摆锤(质量为质量为G)举至举至H1的位的位置置(位能为位能为GH1)，释放摆锤冲断，释放摆锤冲断试样；试样； 摆锤摆至摆锤摆至H2的位置的位置(位能为位能为GH2)；摆锤冲断试样失去的；摆锤冲断试样失去的位能为位能为GH1GH2 。 此即为试样变形和断裂所此即为试样变形和断裂所吸收的功，称为冲击吸收功，吸收的功，称为冲击吸收功，以以AK表示，单位为表示，单位为 J 。 AK=GH1GH2 材料性能学材料性能学建筑系建筑系 2. .多次冲击试验多次冲击试验 大量试验结果表明，很多材大量试验结果表明，很多

5、材料即使承受剧烈的冲击载荷作用，料即使承受剧烈的冲击载荷作用，也很难一次断裂。因此就出现了也很难一次断裂。因此就出现了多次冲击试验。多次冲击试验。 实践表明，试件破坏前承受实践表明，试件破坏前承受的冲击次数少于的冲击次数少于500-1000次时，次时，断裂规律与一次冲击相同；破坏断裂规律与一次冲击相同；破坏前的冲击次数前的冲击次数105时，呈现出典时，呈现出典型的型的疲劳断口疲劳断口特征。特征。 材料性能学材料性能学建筑系建筑系 冲击频率冲击频率(冲击次数冲击次数)：450周次周次/min和和600周次周次/min。 冲击功冲击功A-冲断次数冲断次数N曲线。可曲线。可以看出，随以看出，随A的减

6、少，的减少，N增加。增加。 多次冲击试验采用多次冲击试验采用PC-l50型落锤式多次冲击试验机。型落锤式多次冲击试验机。材料性能学材料性能学建筑系建筑系 二、冲击韧性及其工程意义二、冲击韧性及其工程意义 1.一次冲击一次冲击 (1)冲击韧度或冲击值冲击韧度或冲击值aKU(aKV): 用冲击吸收功用冲击吸收功AKU(AKV)除以试样缺口处截面积除以试样缺口处截面积FN(cm2)。即：即： 冲击韧度表示单位面积的平均冲击功值冲击韧度表示单位面积的平均冲击功值。但实际当中，。但实际当中，试件承受冲击作用时，缺口界面上的应力分布不均匀，塑性试件承受冲击作用时，缺口界面上的应力分布不均匀，塑性变形和试样

7、所吸收的功主要集中在缺口附近，取平均值的意变形和试样所吸收的功主要集中在缺口附近，取平均值的意义不大。所以这个指标应用不多。义不大。所以这个指标应用不多。()()KVKUKVKUNAAaaF材料性能学材料性能学建筑系建筑系(2)一次冲击试验的工程意义一次冲击试验的工程意义: 衡量材料韧脆多直接用冲击功衡量材料韧脆多直接用冲击功AKU（AKV）。）。它能它能反映出原始材料的冶金质量和热加工产品的质量反映出原始材料的冶金质量和热加工产品的质量。通过。通过测量测量AK值和对冲断试样的断口分析，可揭示原材料中的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；

8、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、过烧、回火脆性等锻造或热处理缺陷。还可检查过热、过烧、回火脆性等锻造或热处理缺陷。 材料性能学材料性能学建筑系建筑系 测定材料的测定材料的韧脆性转变温度韧脆性转变温度。根据系列冲击试验根据系列冲击试验（低温冲击试验）可获得（低温冲击试验）可获得AK与温度的关系曲线，据此确与温度的关系曲线，据此确定材料的定材料的韧脆转变温度韧脆转变温度，以供选材参考或抗脆断设计。以供选材参考或抗脆断设计。 对对s大致相同的材料大致相同的材料,根据根据AK值可以评定材料对大能值可以评定材料对大能量冲击破坏的量冲击破坏的缺口敏感性缺口敏感性. AK值越

9、大，说明材料对缺口越值越大，说明材料对缺口越不敏感。不敏感。材料性能学材料性能学建筑系建筑系 2.多次冲击多次冲击 一般采用一般采用某种冲击能量某种冲击能量A下的冲断周次下的冲断周次N或或用要求的冲用要求的冲击工作寿命击工作寿命N时的冲断能量时的冲断能量A表示试样的多冲抗力。冲击表示试样的多冲抗力。冲击抗力的指标有如下规律：抗力的指标有如下规律： （1）冲击能量高冲击能量高时，材时，材料的多次冲击抗力主要取料的多次冲击抗力主要取决于决于塑性塑性；冲击能量低冲击能量低时，时，材料的多冲抗力主要取决材料的多冲抗力主要取决于于强度强度。 如图，经如图，经500回火钢的特点是塑性高，强度低。回火钢的特

10、点是塑性高，强度低。 经经200回火回火钢的特点是强度高，塑性低。钢的特点是强度高，塑性低。 在交点以左，在交点以左， 500回火钢抗冲击疲劳能力强，寿命长；回火钢抗冲击疲劳能力强，寿命长； 在交点以右，在交点以右， 200回火钢抗冲击疲劳能力强，寿命长。回火钢抗冲击疲劳能力强，寿命长。材料性能学材料性能学建筑系建筑系（2）不同的冲击能量要求不同的）不同的冲击能量要求不同的强度与塑性配合强度与塑性配合。 如图，如图，40钢（含碳量钢（含碳量为为0.4%的钢）的冲击疲劳的钢）的冲击疲劳抗力随回火温度的变化抗力随回火温度的变化（即钢材塑性的高低）不（即钢材塑性的高低）不是单调的变化，而是在某是单调的变化，而是在某一温度下有一个峰值。一温度下有一个峰值。 且此峰值随冲击能量且此峰值随冲击能量增加向高温方向移动。说增加向高温方向移动。说明明不同冲击能量下，要求不同冲击能量下，要求的强度和塑性配合不同的强度和塑性配合不同。材料性能学材料性能学建筑系建筑系 （3）材料强度等级不同，材料强度等级不同