第三章+材料的冲击韧性及低温脆性.ppt

1、第三章 材料的冲击韧性及低温脆性,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 =de/d e为真应变 静拉伸试验 =10-510-2 s-1 冲击试验 =102104 s-1 一般情况下 =10-410-2 s-1，可按静载荷处理。,意义：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,一. 冲击弯曲试验,3-1 冲击弯曲试验与冲击韧性,JB-S300数显冲击试验机,1、一次冲击弯曲试验（ GB229-2007）,冲击试验原理,冲击功：,冲击试样,冲击试样断口形貌,2. 多次冲击试验 试样破坏前承受冲击的次数少于500-1000次，试样断裂规律与一次冲击相同；当

2、冲击次数大于105次，破坏就具有疲劳特征。,20世纪50年代初，美国海军研究所派林尼（W. S. Pellini）等人提出了落锤试验方法，用于测定全厚钢板的零塑性转变温度NDT，以作为评定材料的性能标准。,1. 一次冲击,二. 冲击韧性及其工程意义,反映原材料的冶金质量和热加工质量；通过测量冲击吸收功和对样品进行断口分析，可揭示原料中的夹渣、气泡、严重分层、偏析以及夹杂物超级等冶金缺陷；检查过热、过烧、回火脆性等锻造或热处理缺陷。 根据系列冲击试验（低温冲击试验）可获得AK与温度的关系曲线，测定材料的韧脆转变温度。 评定材料对大能量冲击破坏的缺口敏感性。,通过落锤试验所得NDT可以建立断裂分析

3、图（FAD，Fracture Analysis Diagram），表示许用应力、缺陷（裂纹）和温度之间的关系曲线，见下图：,断裂分析图（FAD图）,2. 多次冲击,为低强度钢构件防止脆断设计和选材提供了一个有效方法； 可用来分析脆性断裂事故，帮助积累防止脆性断裂的有关经验。,多次冲击抗力的变化规律：,冲击能量高时，多次冲击抗力主要取决于塑性；冲击能量低时，多次冲击抗力主要取决于强度。 不同冲击能量要求不同的强度和塑性的配合。 一次冲击韧性根据强度的不同，对多次冲击抗力影响程度不同。,40钢冲击抗力与性能和工艺的关系,不同强度时冲断次数与冲击韧性的关系,材料在冲击载荷作用下塑性变形难以充分进行，

4、主要有以下两方面的原因：,由于冲击载荷下应力水平比较高，使许多位错源同时起作用，结果抑制了单晶体中易滑移阶段的产生与发展。 冲击载荷增加了位错密度和滑移系数目，出现了孪晶，减小了位错运动自由行程平均长度，增加了点缺陷的浓度。,静载荷作用时：塑性变形比较均匀的分布在各个晶粒中； 冲击载荷作用时：塑性变形则比较集中于某一局部区域，反映了塑性变形不均匀。 这种不均匀限制了塑性变形的发展，导致了屈服强度、抗拉强度的提高。,三. 冲击脆化效应,3-2 低温脆性,一. 系列冲击实验与韧脆转变,系列冲击实验结果,材料冲击功与温度的关系。 高温：高能态、韧性断裂。 低温：低能态、脆性断裂。 韧脆转变,低温脆性

5、是材料屈服强度随着温度的降低急剧增加的结果。 见右图，屈服点随着温度的下降而升高，但材料的解理断裂强度随着温度的变化很小。 两线交点对应的温度就是韧脆转变温度tk。,强度与温度的关系,二. 韧脆转变温度及其评价方法,韧脆转变温度判据,NDT（nil ductility temperature）当低于NDT，冲击功不随温度变化，形成一个平台（低阶能）。 FTP（fracture transition plastic）高于FTP，冲击功不随温度变化，出现一个上平台 （高阶能）。,FTE（Fracture Transition Elastic）以低阶能和高阶能平 均值对应的温度。 V15TT AKV

6、=15尺磅对应的温度。 50%FATT 放射区占50%时对 应的温度。,三. 影响材料低温脆性的因素,1、晶体结构的影响 面心立方金属及其合金一般不存在低温脆性 体心立方金属及其合金存在低温脆性 密排六方金属及其合金部分存在低温脆性 2、化学成分的影响 间隙溶质原子，降低韧性， 提高韧脆转变温度 置换溶质原子影响不明显 杂质原子（S、P、Pb、Sn、 As等）降低韧性,3、显微组织的影响 晶粒尺寸：细化晶粒可以提高韧性 金相组织：回火索氏体贝氏体珠光体，韧性降低 第二相：钢中夹杂物、碳化物等第二相质点对钢的脆性有重要影响，无论第二相位于晶界还是独立于基体中，当尺寸增大时材料韧性下降，tk升高，球状第二相韧性较好 4、温度的影响 温度降低，脆性增加 钢的“蓝脆”：静拉伸230-370，冲击525-550（表面蓝色）,