金属力学性能-3-冲击载荷课件.ppt

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1、第三章金属在冲击载荷下的力学性能1冲击载荷与静载荷的区别：【加载速率】不同↓载荷施加于试样或零件时的速率，用单位时间内应力增加的数值表示。加载速率提高，应变速率也随之提高，因此可用应变速率来间接反映加载速率的变化。2应变速率大致范围：静拉伸：10-5-10-2s-1冲击试验：102-104s-1实践证明：1）应变速率在10-4-10-2s-1内力学性能没有明显变化，可按静载处理。2）应变速率大于10-2s-1时，金属力学性能会发生显著变化。3应变速率增大：金属变脆倾向加大↓冲击试验可以揭示金属材料冲击时的脆断趋势。43.1冲击载荷下金属变形和

2、断裂的特点冲击载荷下，材料的失效形式同样表现为：过量弹性变形、过量塑性变形、断裂。一、冲击载荷的特点1）加载速率高。应变速率：102-104/s。2）载荷具有能量特性。使整个承载系统承受冲击能，系统的刚度直接影响到冲击持续时间，从而影响加速度和惯性力的大小。5由于冲击时间短，难以测准，难以靠惯性力计算构件应力。怎么办？↓假设冲击能全部转化为构件的弹性能，再按能量守恒法计算。6二、冲击载荷作用下变形和断裂的特点1）弹性行为及弹性模量不受影响：弹性变形以声速传播，金属中声速很大（例如：钢中弹性变形速度4982m/s）；2）对塑性变形、断裂及有关的

3、力学性能影响显著；3）滑移临界切应力增大，金属产生附加强化。74）塑性变形难以充分进行，变形不均匀且容易集中到某些局部区域，导致屈服强度、抗拉强度提高，且屈服强度提高得多，抗拉强度提高得少；5）对断裂的影响正断:断裂应力变化不大，塑性随应变速率增加而减小；切断:断裂应力随应变速率增加而增加，塑性可能不变或提高。83.2冲击弯曲试验和冲击韧性为了显示加载速率和缺口效应对材料韧性的影响，需采用缺口试样进行冲击弯曲试验。一、冲击弯曲试验1、标准试样夏比（Charpy）U型缺口试样夏比（Charpy）V型缺口试样9101112注意：对于球铁、工具钢等

4、脆性材料，则通常采用10*10*55mm的无缺口冲击试样。132、试验原理及试验过程14试验设备：摆锤式冲击试验机试验原理：通过摆锤将冲击载荷(能量)施加到试样上，使其变形且断裂，测定试样变形和断裂消耗的功即可。15试验过程：1）将试样水平放在试验机支座上，试样缺口位于冲击相背方向；2）将重量为G的摆锤举至一定高度H1；3）释放摆锤，测定摆锤将试样冲断后上升的高度H2；4）计算摆锤失去的位能G(H1-H2)，此即为试样的冲击吸收功，记为AK，单位为J。16二、冲击韧性、冲击韧度冲击韧性指材料在冲击载荷作用下，吸收塑性变形功和断裂功的能力，用标

5、准试样的冲击吸收功表示，即前页的AK=G(H1-H2)。↓对于夏比U型、V型缺口试样，冲击吸收功分别记为：AKU和AKV。17冲击韧度指冲击试样单位面积上吸收的冲击功，记为：aK=AK/S，其中S为试样缺口处的净断面面积。18三、冲击弯曲试验的用途1）反映原材料的冶金质量和热加工后的产品质量；2）根据不同温度下的系列冲击试验，可得材料AK与温度的关系曲线，从而测定材料的韧脆转变温度，设计时要求零件的服役温度高于材料的韧脆转变温度；3）对于屈服强度大致相同的材料，根据AK可评定材料对大能量冲击破坏的缺口敏感性。19四、注意1）冲击吸收功AK的大

6、小并不能完美反映材料的韧脆程度，因为缺口试样冲击吸收的功并非完全用于试样变形和断裂；2）AK波动较大，不同试验机上测得的值可能彼此相差10-30%；3）AK包括变形功和断裂功，AK值相同的材料其断裂功并不一定相同，即其韧脆程度不一定相同。20那为什么还要用这个试验呢？o冲击弯曲试验方法简单，操作方便；o冲击吸收功对材料内部组织变化十分敏感。213.3低温脆性一、低温脆性现象指试验温度低于某一温度（tk）时，材料由韧性状态转为脆性状态。几种表现：1）冲击吸收功明显下降2）断裂机理由微孔聚集型变为解理断裂3）断口特征由纤维状变为结晶状转变温度tk

7、称为韧脆转变温度，也称为冷脆转变温度。22低温脆性对压力容器、桥梁、船舶结构以及在低温下服役的零件是非常重要的。23二、韧脆转变温度tk韧性是金属材料塑性变形和断裂全过程吸收能量的能力，是强度和塑性的综合表现，在特定条件下能量、强度、和塑性都可用来表示韧性。24通常可根据能量、塑性变形或断口形貌随温度的变化定义韧脆转变温度tk。↓因此，需要在不同温度下进行冲击弯曲试验，得到AK、断口形貌、塑性变形量随温度的变化曲线，再根据曲线求韧脆转变温度。252627按能量法定义tk的方法有如下几种：1）当低于某个温度，材料吸收的冲击功基本不随温度的变化而

8、变化，形成一个平台，该能量称为“低阶能”。将低阶能开始上升的温度定义为tk，记为NDT。28NDT：零塑性转变温度NilDuctilityTransitionTem