金属在冲击载荷下的力学性能资料课件.ppt

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1、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σ=dσ/dt表示，单位为MPa／s。形变速率有两种表示方法：即绝对形变速率和相对形变速率。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，ε=de/dτe为真应变，单位为s-1。2应变率静拉伸试验ε=10-5～10-2s-1冲击试验ε=10

2、2～104s-1一般情况下ε=10-4～10-2s-1，可按静载荷处理；当ε大于10-2S-1,金属的力学性能将发生显著的变化，不能按照静载荷来处理。3§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；机件及与机件联接物体的刚度。机件在冲击载荷下的应力，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。4二、影响冲击性

3、能的微观因素（1）在冲击载荷的作用下，在位错上产生相当高的应力，位错的运动速率↑，派纳力增大，滑移临界切应力↑，金属产生附加强化，这就是应变速率硬化。5（2）同时开动的位错源增加，增加位错密度和滑移系数目，点缺陷浓度增加等等，使塑性变形难以进行，∴屈服强度提高得较多。（3）显微观察表明，内部的塑性变形不均匀。（静载荷：塑性变形分布于各个晶粒中；冲击载荷：局部区域）67§3.2冲击弯曲和冲击韧性一、冲击韧性及其作用1、冲击韧性：材料在冲击载荷作用下，吸收塑性变形功和断裂功的能力。Ak,单位，J；2、作用（1）揭示冶金缺陷的影响；（揭示原材料中的夹渣，气

4、泡，严重分层和偏析）（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。根据系列冲击试验（低温冲击试验）可得到Ak与温度的关系曲线，测定材料的韧脆转变温度。8二、冲击试验冲击实验机9摆锤5、10、15、30kg，试样尺55×10×10mm，无缺口，有缺口（U；V）记为Aku,AKV。注：冲击韧度：αKU表示。Aku除以冲击试样缺口底部截面积所得的值。Ak=mgH1-mgH2101112注意问题：Ak值并不能真正反映材料的韧脆程度，由于一部分功消耗于试样掷出，机身振动，空气阻力等等。尤其是摆锤的轴线与缺口中心线不一致的时。Ak值不同：

5、缺口的形状，尺寸，试验机不同，标准试样，它们之间不能进行换算，也没有可比性。所以，注意冲击弯曲试验条件。13第三节低温脆性体心立方晶体金属及合金或某些密排六方晶体金属及其合金，在试验温度低于某一温度tk时，会由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型变为穿晶解理型，断口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。注意：面心立方金属及其合金一般没有低温脆性现象。高强度的体心立方合金（高强度钢和超高强度钢）在很宽的温度范围内，冲击吸收功均较低，韧脆转变不明显。14原因一：纯金属单晶体的屈服强度是由位错运动所受各种阻力决定的。在bcc金属中

6、，派纳力值比fcc金属值高很多，它在屈服强度中占有较大的比例，而派纳力属于短程力，对温度十分敏感。bcc金属的屈服强度具有强烈的温度效应可能是由派纳力起主要作用导致的。15原因二：迟屈服现象：对低碳钢施加一高速载荷高于σs时，材料并不立即产生屈服，而需要一定孕育期（迟屈服时间）才开始塑性变形。在孕育期内只发生弹性变形，由于没有塑性变形消耗能量，有利于裂纹的扩展，从而易表现为脆性破坏。原因三：柯氏气团：使位错运动受阻16高于tk，σc>σs材料先屈服再断裂，为韧性断裂。σc<σs材料表现为脆性断裂。低温脆性的物理本质：材料屈服强度随温度降低急剧增加17试

7、验目的为了评价金属材料在低温条件下可能出现脆性的程度，采用低温系列冲击试验的方法进行测试和评估。通过这种评价方法，可以回答两个在选用材料时所关心的问题：（1）材料到底可能变得有多脆？（2）材料的韧脆转变温度是多少？18试验难点1：材料到底可能变得有多脆？三管齐下，使材料处于最脆的状态：A.开切口，改变应力状态，降低应力状态软性系数B.提高加载速率，使位错来不及充分运动，塑性变形受阻。C.降低温度，使体心立方金属的柯氏气团钉扎位错更稳固，位错运动进一步受阻。19试验难点2：材料韧脆转变温度是多少？在低温下服役的零件，其最低工作温度应高于韧-脆转变温度。韧

8、-脆转变温度实际上不是一个温度而是一个温度区间。韧性储备的大小取决于机件的重要程度。20韧脆转