材料力学性能15

材料力学性能哈尔滨工业大学材料学院朱景川S5-1概述第五章材料的脆性与脆化因素脆性：宏观脆性：本质脆性：脆化：脆化因素：S5-2缺口脆性缺口效应：应力集中缺口效应：多向应力状态缺口效应：多向应力状态的形成缺口效应：缺口处应力分布第五章材料的脆性与脆化因素S5-2缺口脆性缺口效应：缺口顶端小范围屈服时应力分布平面应力平面应变等效屈服应力缺口效应：全面屈服时应力分布缺口拉伸试验：45

60,R＝0.1mm,10mm

d0

20mm

(NotchSensitivityRatio)缺口拉伸试验：几何强化(NSR>1)低应力脆断(NSR<1)缺口拉伸试验：材料的力学性能拉伸弯曲压缩扭转硬度冲击磨损疲劳高温力学性能静载荷动载荷高温S5-3冲击载荷下材料力学行为1.冲击载荷特点加载速度高，应变速率大；具有能量载荷性质。2.冲击变形与断裂特点对弹性变形无影响；塑性变形滞后变形抗力提高变形不均匀性增加冲击脆化变形局域化应变速率对Al(a)和Ti(b)扭转应力应变曲线的影响应变速率对软钢拉伸(a)与Cu冲压(b)变形行为的影响退火低碳钢爆炸冲击变形孪晶高锰钢爆炸硬化后的密集滑移条纹碳钢高速变形绝热剪切带(105s-1)穿甲弹坑绝热剪切带对断裂行为影响低塑性材料冲击脆化严重，正断高塑性材料切断，塑、韧性变化不大应变速率对马氏体时效钢塑性的影响3.冲击试验常温冲击低温冲击高温冲击实验温度试样的受力状态摆锤式（包括简支梁、悬臂梁）落球式高速冲击不同材料或不同用途可选择不同的冲击试验方法，由于各种试验方法中试样受力形式和冲击物的几何形状不同，不同的试验方法所测得的冲击试验结果不能相互比较。采用的能量和冲击次数大能量的一次冲击小能量的多次冲击实验单次冲击不足以破坏材料。冲击疲劳、断裂摆锤式弯曲冲击摆锤冲击试验中试样的安放方式（a）简支梁型（b）悬臂梁型原理：试样被冲断过程中吸收的能量即冲击功(Ak)等于摆锤冲击试验前后的势能差。式中：AK——冲击功，试样断裂前吸收的能量；Fk——缺口处截面面积；G——摆锤重量；h－h1——冲断试样前后摆锤的高度差计算公式：Ak=Gh

–Gh1

=G(h–h1)ak=

Ak/Fk（KJ/m2）试样为矩形截面的长条形，分无缺口试祥和缺口试样缺口试样要求切口平整、表面光洁、无杂质及气泡等缺陷4.冲击断裂过程AK没有明确的物理意义，不能用于定量设计。☺AK

相同，断裂抗力可能不同；

☺不同形状尺寸试样AK不同；☺不同材料AK无可比性。5.冲击韧性的意义与用途AK是一个由强度和塑性共同决定的综合性技术指标，虽不能直接用于设计计算，但它是一个重要参考。☺评定材料的冶金质量和热加工产品质量。

☺评定材料对大能量冲击载荷的抵抗能力。

☺评定材料的低温脆性情况，可以测定材料的韧脆转变温度范围。5.冲击韧性的意义与用途工程中常将材料的屈服强度与冲击韧性结合在一起用于零件及结构的设计。焊接结构设计中，除了强度的要求外，规定焊接接头冲击吸收功Ak

>27J1.冷脆现象S5-4低温脆性金属冷脆性：与晶体结构密切相关高分子材料冷脆性：与力学状态的变化有关T<Tk,先达到

f，脆性断裂T>Tk,先达到

s，韧性断裂2.金属冷脆转变物理本质冷脆性：缺口和冲击的影响

通过测定材料在不同温度下的冲击吸收功，就可测出某种材料冲击吸收功与温度的关系曲线。不同温度下的冲击试验称为系列冲击试验3.冷脆性评定方法温度对材料的韧性影响很大，在某个温度下，冲击吸收功发生急剧下降，试样断口由韧性断口过渡为脆性断口，材料由韧性状态转变为脆性状态，此温度称为韧脆转变温度，Tk。Ak越高，Tk越低，材料的韧性越好。

材料的使用温度应高于Tk

Ak是对材料的成分和组织敏感的力学性能指标。奥氏体钢韧性最高，无明显的Tk

，