金属在冲击载荷下的力学性能

第三章

金属在冲击载荷下的力学性能

引言

§3.1冲击载荷下金属变形和断裂的特点

§3.2冲击弯曲和冲击韧性

§3.3低温脆性及韧脆转变温度

§3.4影响冲击韧性和韧脆转变温度的因素1引言

冲击载荷与静载荷的主要区别在于加载速度（幅度和频率）应变率ε=de/dτe为真应变

静拉伸试验ε=10-5～10-2s-1

冲击试验ε=102～104s-1

一般情况下ε=10-4～10-2s-1，可按静载荷处理。2§3.1冲击载荷下金属变形和断裂的特点一、冲击失效的特点

（1）与静载荷下相同，弹性变形、塑性变形、断裂。

（2）吸收的冲击能测不准。

时间短；机件；与机件联接物体的刚度。

通常假定冲击能全部转换成机件内的弹性能，再按能量守恒法计算。

（3）材料的弹性行为及弹性模量对应变率无影响。

∵弹性变形的速度4982m/s（＞声速）,

普通摆锤冲击试验的绝对变形速度5～5.5m/s。3二、影响冲击性能的微观因素

（1）位错的运动速率↑，滑移临界切应力↑，材料的冲击韧性↑。（2）同时开动的位错源增加。∴屈服强度提高得较多。

（3）内部的塑性变形不均匀。4三、冲击断口

同样也为纤维区、放射区、剪切唇三个区。

若试验材料具有一定的韧性，可形成两个纤维区。

即：纤维区—放射区—纤维区—剪切唇。

∵裂纹快速扩展形成结晶区，到了压缩区后，应力状态发生变化，裂纹扩展速度再次减小。

∴形成纤维区。返回5§3.2冲击弯曲和冲击韧性一、冲击韧性及其作用

1、材料在冲击载荷作用下，吸收塑性变形功和断裂功的大小。

单位，J/cm2；或kgf/cm2

2、作用

（1）揭示冶金缺陷的影响；

（2）对σs大致相同的材料，评定缺口敏感性。

（3）评定低温脆性倾向。6二、冲击试验

冲击实验机7（1）艾氏冲击摆锤5、10、15、30kg，试样尺寸55×10×10mm，试样跨距45mm；无缺口，有缺口（U；V）记为Ak,Aku,AKV。

铸铁（QT、白口铁）

110×20×20mm，跨距70mm，无缺口。8（2）小能量多冲击

磨球的冲击等

单次冲击不足以破坏材料。冲击疲劳、断裂（3）落锤试验

模拟试验，半定量测定材料的性能。

返回9§3.3低温脆性及韧脆转变温度一、低温脆性现象

在低温下，材料的脆性急剧增加。

对压力容器、桥梁、汽车、船舶的影响较大。

实质为温度下降，屈服强度急剧增加。

F.C.C金属，位错宽度比较大，一般不显示低温脆性。10二、韧脆转变温度

判断标准冲击试验值20J27J(能量标准)

断口的形貌

50％纤维；变形特征。

返回11§3.4影响冲击韧性和韧脆转变温度的因素一、晶体学特性

晶体结构：

f.c.c不存在低温脆性。

b.c.c和某些h.c.p的低温脆性严重。（Sn）

位错：

位错宽度大，不显示低温脆性。

层错能↑，韧性↑。

形成柯氏气团，韧性↓。12二、冶金因素（1）溶质元素

间隙原子，使韧性↓。

置换式溶质，对韧性影响不明显

杂质元素S、P、As、Sn、Sb

使韧性↓（2）显微组织

a）晶粒大小

b）金相组织

回火索氏体—贝氏体—珠光体，韧性↓。

第二相（大小、形态、数量、分布）13三、外部因素1、温度

钢的“蓝脆”525～550℃（钢的氧化色为蓝色）。

C、N原子扩散速率增加，形成柯氏气团。

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