金属材料系列冲击实验与低温脆性

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1、金属材料系列冲击实验与低温脆性陈国滔材科09540930366一、实验目的1.了解材料韧性的特点及冲击实验对材料韧性检测的效果；2.通过测定低碳钢、工业纯铁和T8钢在不同温度下的冲击吸收功，观察比较金属韧脆转变特性；3.学习低碳合金钢韧脆转化温度的测定方法,通过结合夏比冲击实验归纳找出降低金属韧性的致脆因素。二、实验原理1.金属夏比冲击实验原理夏比冲击实验是将具有规定形状、尺寸和缺口类型的试样，放在冲击实验机的试样支座上，使之处于简支梁状态。然后用规定高度的摆锤对试样进行一次性打击，实质上就是通过能量转换过程，测量试样在这种冲击下折断时的冲击吸收功。试样的冲击吸收功在实验中用

2、摆锤冲击前后的位能差测定如下所示：A—摆锤起始位能;A1—摆锤打击试样后的位能。如不考虑空气阻力及摩擦力等能量损失，则冲断试样的吸收功为：F—摆锤的重力，N；L—摆长(摆轴至锤重心之间的距离)，mm；α—冲击前摆锤扬起的最大角度，弧度；β—冲击后摆锤扬起的最大角度，弧度。2.钢铁韧脆转变温度原理脆性断裂是一种快速的断裂，断裂过程吸收能量很低，断裂前及伴随着断裂过程都缺乏明显的塑性变形。而对于bcc结构的钢铁，在一个有限的温度范围内，受到冲击载荷作用发生断裂时吸收的能量会发生很大的变化。这种现象就是韧脆转变。当足够高温时，钢铁一般是晶体结构，温度的上升会导致晶体键的断裂，而钢仍

3、为较硬的固态，所以此时的钢铁变脆容易折断。当足够低温时，脆性受临界解理应力和临界分切应力的影响，两者随着温度降低而升高，在某一温度两者相等，其对应温度就是Tc，这个温度就是韧脆转变温度。继续降温，屈服强度继续升高，大于断裂强度，所以低温下材料在没有塑性变形的条件下已经发生脆性断裂。材料的断裂强度受温度影响较小。当温度低于某一温度tk时，材料由韧性状态转变为脆性状态，此时的温度为韧脆转变温度。3.韧脆转变温度确定原理实验通过改变实验温度，进行一系列冲击实验以确定材料从人性过渡到脆性的温度范围，称为“系列冲击实验”。韧脆转变温度就是Ak-T曲线上Ak值显著降低的温度。曲线冲击功明

4、显变化的中间部分称为转化区，脆性区和塑性区各占50%时的温度称为韧脆转变温度（DBTT）。当断口上结晶或解理状脆性区达到50%时，相应的温度称为断口形貌转化温度（FATT）。脆性断裂百分数的测量：在显微镜下观察断裂试样的断裂面，脆性断裂部分一般是白亮的梯形，通过测量计算可得出梯形的面积，按下式计算出脆性断裂百分数：。一、实验器材1、实验材料：低碳钢(Q235)、工业纯铁和T8钢。2、实验器材：①冲击实验机（摆锤式冲击实验机主要由机架、摆锤、试样支座、指示装置及摆锤释放、制动和提升机构等组成）；②本实验中采用夏比试样，即截面为的方棒，一面中间有深为的型缺口试样。冲击试样开缺口的

5、目的是使缺口附近造成应力集中，保证在缺口处破断。缺口的深度和尖锐程度对冲击吸收功影响显著。缺口越深、越尖锐，值越小，材料表现的脆性越大；③工具显微镜（型号）；④控温及测温仪器：加热用电炉和保温瓶温度计；⑤介质：酒精，水，液氮；⑥其他器材：镊子。四、实验设备参数1.钢铁：低碳钢含碳量从0.10％至0.30%，工业纯铁含碳量在0.04%以下，T8属于碳素工具钢，含碳量＞0.7%2.实验冲击机，最大打击能量分别为300J（±10J）和15OJ(±10J)两档，打击瞬间摆锤的冲击速度在5.0～5.5m/s之间，这些均符合GB/T229-1994标准的要求。其他技术条件应符合GB380

6、8规定，并应定期按JJG145检定。3.测温仪器，高温冲击实验时，一般采用热电偶测温，低温冲击实验时，一般采用最小分度值不大于1℃的玻璃温度计。测温仪器(数字指示装置或电位差计)的误差应不超过±0.1%。热电偶参考端温度应保持恒定，偏差应不超过±0.5℃。4.介质：在高温或低温冲击实验中，可使用各种方法加热或冷却试样，实验用介质应安全、无毒，不腐蚀金属。使用的介质如下所示：实验温度(℃)介质>200空气加热200一>35高温油<10一0水+冰0一-70乙醇+干冰-70一-150无水乙醇+液氮使用液体介质加热或冷却试样时，恒温槽应有足够容量和介质，并应有使介质温度均匀的装置。对

7、于高温或低温冲击实验，温度控制装置应能将实验温度稳定在规定值的±2℃之内。五、实验步骤1、检查摆锤空打时被动指针的回零差。回零差不应超过最小分度值的四分之一；检查试样尺寸的量具最小分度值应不大于0.02mm；2、确定样品各测量温度。并为Q235、纯铁、T8等不同温度下的试样进行标号；3、调试温度，以达到试样规定的实验温度。高温样品用热水升温，低温样品用液氮和酒精降温，从而得到不同所需温度的样品；4、读出保温瓶中温度计示数并记录下来，作为样品的冲击温度，然后独立进行冲击实验操作，得出冲击功并记录下来；试样