金属在冲击载荷下的力学性能.pptx

第三章金属在冲击载荷下的力学性能1/29力性未显著变化单位时间内应变的变化量s-1冲击：以很大的速度将负荷作用到机器零件上去的一种加载方式。力性发生显著变化

一、冲击失效的特点(1)包括弹性变形，塑性变形，断裂；(2)吸收的冲击能测不准；时间短；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)变形速度对金属材料的弹性行为及弹性模量无影响；§3.1冲击载荷下金属变形和断裂的特点

冲击载荷下，屈服强度和变形抗力提高；塑性变形的不均匀增加，尤其是多晶体金属—塑性变形往往集中在某些晶粒内。1原因：冲击瞬间位错运动的应力↑↑→许多位错源同时开动→位错密度↑→派纳力↑→滑移的临界切应力↑，满足条件的晶粒少。2

3.2冲击弯曲和冲击韧性4/29将冲击载荷作为能量载荷处理——测定材料承受冲击能量的能力。冲击韧性指的是材料在冲击载荷作用下，吸收塑性变形功和断裂功的大小。常用标准试样的冲击吸收功Ak来表示。希望测得冲击载荷下的变形抗力、变形能力，即动屈服点、动伸长率等——难

冲击弯曲试验(冲击韧性试验)韧性材料，开缺口：夏比U型缺口和V型缺口。脆性材料不开缺口：陶瓷、铸铁、工具钢等。标准试样尺寸：10mm×10mm×55mm。

F：试样缺口(折断处)的原始截面积。二、冲击吸收功和冲击韧度1、冲击吸收功Ak为冲断试样过程中所消耗的功。2、缺口(无缺口)试样的冲击值(冲击韧度)ak

3、讨论(1)通常将Ak、ak作为衡量材料抵抗冲击载荷作用的力学性能指标，Ak、ak值越大，材料的韧性越好。(2)无论Ak还是ak均不能完全真正反映材料的韧脆程度。Ak＝试样断裂吸收的能量+试样掷出功+机座振动功＋……＝弹性变形功Ae+塑性变形功Ap+断裂功Ad。对韧性有贡献。k物理意义不明确除了与材料本性有关外，很大程度上取决于参加塑性变形的体积而不仅仅是缺口(折断处)的原始截面积；另外，对于有缺口试样，由于缺口截面上应力分布极不均匀，塑性变形消耗的功主要集中在缺口附近，取平均值无意义，所以ak是一个纯数学量。直接用Ak更有意义。

No.1Ak、ak不能真实反映一般零件承受上千万次冲击载荷的能力No.2只有承受大能量冲击的零件，如炮弹，装甲板等，才是一次或少数次即断裂，Ak才可能化为材料对冲击载荷的抗力指标。但大部分零件的工作状态还承受小能量多次重复冲击，此时设计要用小能量多冲击试验。

冲击弯曲试验用途11/29根据冲击试验得到Ak(ak)－T曲线，测定材料的韧脆转变温度，从而可以评定材料的低温脆性倾向；对σs大致相同的材料，根据Ak值可以评定材料对大能量冲击破坏的缺口敏感性。能反映原材料的冶金质量和热加工后的产品质量—ak对材料品质、宏观缺陷、显微组织敏感；

一、低温脆性(冷脆)现象1、低温脆性及韧脆转变温度金属或合金，当温度低于某一温度tk时，Ak明显↓，转变为脆性状态，该现象称为低温脆性(冷脆)。——多为bcc、hcp结构。韧脆转变温度tk：冲击韧性显著下降的温度，是衡量材料冷脆转化倾向的重要指标。§3.3低温脆性

低温脆性(冷脆)的物理本质材料的屈服强度随温度降低急剧增加，而材料的解理断裂强度却随温度的变化很小，两者相交于tk。图3-1屈服强度和解理断裂强度随温度的变化

当ttk时，σcσs，随外力↑，先屈服，后断裂→韧性断裂。当ttk时，σcσs，外加应力先达到σc，(屈服的同时发生断裂)为脆性断裂。可见凡是使σc↑的因素，都使tk↓——有利。凡是使σs↑的因素，都使tk↑——不利。

以低阶能定义tk，NDT(nilductilitytemperature)——无塑性或零塑性转变温度。低于NDT，断口由100%结晶区组成。按能量定义tk韧脆转变温度的确定由于韧性是强度、塑性的综合表现，故可用断裂消耗的功、断裂后塑性变形的大小、断口形貌等确定tk。

图3-2各种韧脆转变温度判据

以高阶能定义tk，FTP(fracturetransitionplastic)高于FTP，断口由100%纤维区组成。以低阶能和高阶能平均值来定义tk：FTE(fracturetransitionelastic)

按断口形貌定义tk的方法冲击试样断口一般也存在三个区：纤维区、放射区、剪切唇。图3-3冲击断口形貌示意图

1通常取结晶区面积占整个断口面积50%时的温度为tk。并记为50%FATT(fractureappearancetransitiontemperature)或FATT50、