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Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2024/10/1,1,2,冲击弯曲实验与冲击韧性？,3,低温脆性？,落锤实验？,Chapter 4,冲击韧性及低温脆性,2022/9/2412冲击弯曲实验与冲击韧性？3低温脆性？落,冲击弯曲实验与冲击韧性？,一、冲击载荷的特点,冲击载荷与静载荷的主要在于,加载速率不同,：,加载速率佷高，而后者加载速率低,。,加载速率,用应力增长率,=,d,/,dt,表示，单位为,MPa,s,。,变形速率,有两种表示方法：即绝对变形速率和相对变形速率。,绝对变形,速率为单位时间内试件长度的增长率,V,=,dl,/,dt,，,单位为,m,s,。,相对变形,速率即应变速率，,=,d,/,dt,，单位为,s,-1,。,冲击弯曲实验与冲击韧性？一、冲击载荷的特点冲击载荷与静载荷,冲击弯曲实验与冲击韧性？,一、冲击载荷的特点,弹性变形,以介质中的声速传播。而普通机械冲击时的绝对变形速率在,10,3,m,s,以下。在弹性变形速率高于加载变形速率时，则加载速率对金属的弹性性能没有影响。,塑性变形,发展缓慢，若加载速率较大，则塑性变形不能充分进行。,实践表明：应变率在,10,-4,10,-2,S,-1,内，金属力学性能没有明显的变化，可按静载荷处理。当应变力大于,10,-2,S,-1,时，金属力学性能将发生显著变化。,冲击弯曲实验与冲击韧性？一、冲击载荷的特点弹性变形以介质,冲击弯曲实验与冲击韧性？,一、冲击载荷的特点,不含切口零件的冲击,：冲击能为零件的整个体积均匀地吸收，从而应力和应变也是均匀分布的；,零件体积愈大，单位体积吸收的能量愈小，零件所受的应力和应变也愈小。,含切口零件的冲击,：切口根部单位体积将吸收更多的能量，使局部应变和应变速率大为升高。,另一个特点是：,承载系统中各零件的刚度都会影响到冲击过程的持续时间、冲击瞬间的速度和冲击力大小。这些量均难以精确测定和计算。且有弹性和塑性。,冲击弯曲实验与冲击韧性？一、冲击载荷的特点 不含切口,冲击弯曲实验与冲击韧性？,二、,冲击弯曲实验,冲击试验机、试样和原理图,1.,一次冲击弯曲试验,试验原理：摆锤式冲击试验机；,缺口试样,U,型和,V,型,；,举至,H,1,的位置,(,位能为,GH,1,),释放摆锤冲断试样摆锤至,H,2,的位置,(,位能为,GH,2,),；,GH,1,-GH,2,=A,K,此即为,冲击吸收功,(A,KU,和,A,KV,),。,测试标准：,GB229-84,和,GB2106-80,。,冲击弯曲实验与冲击韧性？二、冲击弯曲实验冲击试验机、试样和,冲击弯曲实验与冲击韧性？,二、,冲击弯曲实验,final height,initial height,(Charpy),冲击弯曲实验与冲击韧性？二、冲击弯曲实验final hei,冲击弯曲实验与冲击韧性？,二、,冲击弯曲实验,多次冲击曲线,2.,多次冲击试验,冲击次数小于,500,1000,次，试样断裂规律和一次冲击相同；,冲击次数大于,10,5,次时，试样破坏具有典型的疲劳断口特征，冲击损伤积累结果。,A,K,曲线：冲击功和冲断次数曲线，反比关系,冲击功,冲断周数,A,K,冲击载荷下，塑性变形集中在某些局部区域，极不均匀。,冲击载荷下：应力水平较高，许多位错源同时启动，抑制易滑移阶段的产生和发展；增加位错密度，减少位错运动自由行程增加点缺陷浓度等。导致强度提高。,3,、变形断裂特点,冲击弯曲实验与冲击韧性？二、冲击弯曲实验多次冲击曲线2.,冲击弯曲实验与冲击韧性？,二、,冲击韧性,1.,一次冲击,(1),冲击韧度或冲击值,a,KU,(a,KV,):,用试样缺口处截面,F,N,(cm,2,),去除,A,KU,(A,KV,),。即,a,KU,(a,KV,),A,KU,(A,KV,)/F,N,(2),工程意义,:,反映出原始材料的冶金质量和热加工产品质量；分析断口判断缺陷；,测定材料的韧脆性转变温度；,对,s,大致相同的材料，根据,A,K,值可以评定材料对大能量冲击破坏的缺口敏感性。,冲击弯曲实验与冲击韧性？二、冲击韧性1.一次冲击,冲击弯曲实验与冲击韧性？,二、,冲击韧性,2.,多次冲击,(1),某种冲击能量,A,下的冲断周次,N,；,(2),要求的冲击工作寿命,N,时的冲断能量,A,。,(3),多冲抗力取决于塑性和强度：,A,高时，多次冲击抗力主要取决于塑性；,A,低时，多冲抗力主要取决于强度。,不同的,A,要求不同的强度与塑性配合。,材料强度不同对冲击疲劳抗力的影响不同。,冲击弯曲实验与冲击韧性？二、冲击韧性2.多次冲击,冲击弯曲实验与冲击韧性？,二、,冲击脆化效应,冲击载荷和静载荷失效相同点：,过量弹性变形、过量塑性变形和断裂,冲击载荷和静载荷失效不同点：,变形速率不同；,冲击载荷主要表现为脆性（脆化）；,塑性变形主要集中在局部区域。,冲击脆化主要原因,-,塑性变形难以充分进行，集中在局部区域：,(1),应变速率。,应变速率对金属材料的弹性行为及弹性模量没有影响，,而对塑性变形、断裂等有显著的影响。,(2),冲击载荷。,使金属产生附加强化；,增加位错密度和滑移系数目，出现孪晶，,减小位错运动自由行程的平均长度，增加点缺陷浓度等。,冲击弯曲实验与冲击韧性？二、冲击脆化效应冲击载荷和静载荷失,低温脆性？,定义：材料在某一温度,t,k,下由韧变脆，冲击功明显下降，断裂机理由微孔聚集变为穿晶解理，断口由纤维状变为结晶状。如体心立方金属，某些密排金属合金。,测量不同温度,(,低、室、高温,),下冲击韧性,a,K,(A,K,),与温度,t,的关系曲线,(A,K,t),。,t,k,称为韧脆转变温度或冷脆转变温度。是安全性指标之一，最低使用温度必须高于,t,k,。,原因：,温度影响位错在晶体中运动的磨擦阻力，降低温度，阻力上升。材料变脆。,钢的脆性转变温度,低温脆性？定义：材料在某一温度tk下由韧变脆，冲击功明显下,低温脆性？,低温脆性从现象上看，是,屈服强度和断裂强度随温度降低而变化的速率问题,。,倘若屈服强度随温度的下降而升高较快，而断裂强度升高较慢，则在某一温度,T,k,以下，,s,c,，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,T,k,以上，,s,c,，金属在断裂前发生塑性变形，故表现为塑性的。,低温脆性？低温脆性从现象上看，是屈服强度和断裂强度随温度降,低温脆性？,金属的强度和塑性随温度的变化,低温脆性？金属的强度和塑性随温度的变化,低温脆性？,研究低温脆性的主要问题是确定,韧脆转化温度,。,实验方法介绍：将试件冷却到不同的温度测定冲击功,A,K,，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。,低温脆性？研究低温脆性的主要问题是确定韧脆转化温度。,低温脆性？,1,、能量法：,(1),无塑性或零塑性转变温度,NDT(Nilductility temp),：,低阶能：低于某一温度，,冲击能量基本不随温度而变化，形成一平台。,低阶能开始上升的温度为,t,k,。,NDT,以下，断口由,100,结晶区,(,解理区,),组成。,(2)FTP(fracure transition plastic),：,高阶能：高于某温度，吸收的能量基本不变，形成上平台。,以高阶能对应的温度为,t,k,(,即,FTP),。高于,FTP,的断裂，得到,100,的纤维状断口。,(3)FTE(fracture transition elastic),：低阶能和高阶能平均值对应的温度。,(4)V,15,TT,：以,A,KV,=20.3Nm,对应的温度。,韧脆转变温度判据,低温脆性？(2)FTP(fracure transiti,低温脆性？,Increasing temperature.,-increases%,EL,and,K,c,Ductile-to-Brittle Transition Temperature(DBTT),.,BCC metals(e.g.,iron at,T,E,/150),polymers,More Ductile,Brittle,Ductile-to-brittle,transition temperature,FCC metals(e.g.,Cu,Ni),低温脆性？Increasing temperatur,低温脆性？,2,、断口形貌法：,(1),断口形貌：,(2)50%FATT(FATT,50,t,50,Fracture appearance transition temp),：,通常取结晶区面积占整个断口面积,50,时的温度为,t,k,。,由纤维区,F,、放射区,(,结晶区,)R,、剪切唇,S,组成。,和常见拉伸断口的区别：,t,不同，相对面积不同。,(,面积,t,曲线,),拉伸断口和冲击,断口的形貌示意图,低温脆性？2、断口形貌法：(2)50%FATT(F,低温脆性？,在,10,时，断口为,100,纤维区，冲击值很高，韧性状态；温度降到,25,时，冲击值下降一半，断口也出现将近一半的结晶区，处在韧性向脆性转折的过渡状态；当温度再降低至,80,时，冲击值非常低，断口为,100,的结晶区，为完全脆性状态。,含锰,1.39%,低碳钢板系列冲击试验结果,(a),冲击值,-,温度曲线；,(b),断口纤维区面积,%-,温度曲线；,(c),载荷,-,挠度曲线及断口形貌,低温脆性？在10时，断口为100纤维区，冲击值很高，韧,低温脆性？,韧脆转变温度,t,k,反映了温度对韧脆性的影响，它是安全性能指标，是从韧性角度选材的依据之一。对于在低温服役的材料，最低使用温度高于,t,k,，二者之差愈大愈安全,(,差,20,60),。,铁素体,(,体心立方,),、奥氏体,(,面心立方,),和奥氏体钢,低温脆性？韧脆转变温度tk反映了温度对韧脆性的影响，它是安,低温脆性？,1),晶体结构的影响：,bcc,、,hcp,有，,fcc,没有,原因：加载后屈服速度差别。前者有迟屈服现象,2),化学成分的影响：见下图,影响材料低温脆性的因素,-100,-50,0,50,100,150,200,0,0.4,0.8,1.6,1.2,2.0,2.4,2.8,3.2,wt%,韧脆转变温度,/,合金,元素,对钢,韧脆,转变,温度,的影,响,Ni,C,P,Si,Cr,Mn,Cu,低温脆性？1)晶体结构的影响：bcc、hcp有，,低温脆性？,影响材料低温脆性的因素,3),显微组织的影响：细化晶粒增加韧性，降低,t,k,；例如：回火索氏体的冲击吸收功和,t,k,最佳，回火贝氏体次之，片状珠光体最差；,淬火马氏体,低温回火马氏体,中温回火屈氏体,高温回火索氏体,低温脆性？影响材料低温脆性的因素 3)显微组织的影,低温脆性？,1812,年，在欧洲大陆上取得了一系列辉煌胜利的拿破仑兵败俄罗斯。世人往往将其失败归结为战线拖得太长、后勤供应不上。但加拿大著名化学家潘妮,拉古德所著,拿破仑的纽扣：改变历史的,16,个化学故事,中提到，一个简单的化学反应很有可能对拿破仑的失败起了重要作用。,拿破仑部队军服上，采用锡制纽扣。锡是一种坚硬的金属,然而它有,3,种同素异形体,白锡、脆锡和灰锡。在常温下，我们通常所看到的锡是银白色的白锡，白锡坚硬且稳定，四方晶系，密度,7.31g/cm,3,而在低温下,(-13.2),，白锡发生化学反应而变成粉末状的灰锡。灰锡为金刚石形立方晶系，密度为,5.75g/cm,3,因此低温下白锡体积膨胀，锡上会出现一些粉状小点，然后会出现一些小孔，最后会分崩离析。如果温度急剧下降到零下,33,度时，晶体锡会变成粉末锡。,拿破仑的纽扣生活中的低温脆性,低温脆性？1812年，在欧洲大陆上取得了一系列辉煌胜利
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