沖擊韌性與疲勞極限(模塊一)ppt課件

1、課題3 沖擊韌性與疲勞極限,強度、硬度、塑性等力學(xué)性能指標(biāo)都是材料在靜載荷作用下的表現(xiàn)。 材料在工作時還經(jīng)常受到動載荷的作用，沖擊載荷就是常見的一種。 在交變應(yīng)力作用下，零件所承受的應(yīng)力低于材料的屈服點，但經(jīng)過較長時間的工作后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的現(xiàn)象稱為金屬的疲勞,在設(shè)計和制造受沖擊載荷的零件和工具（如鍛錘、沖床、鉚釘槍等）時，必須考慮所用材料除具有足夠的靜載荷作用下得力學(xué)性能指標(biāo)外，還必須具有足夠的抵抗沖擊載荷的能力,沖擊載荷和沖擊韌性:在很短時間內(nèi)作用金屬材料上的載荷稱為沖擊載荷。金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力稱為沖擊韌性。 沖擊試驗：沖擊試樣沖擊試驗機一次擺錘沖擊試驗小能

2、量多次沖擊試驗,一、沖擊韌性,材料沖擊韌性的表示方法,按照國標(biāo)GB/T2292007，U型缺口試樣和V型缺口試樣的沖擊能量分別表示為KU和KV，并用下標(biāo)數(shù)字2或8表示擺錘刀刃半徑，如KU2 ，其單位是焦耳（J）。 沖擊吸收能量的大小直接由試驗機的刻度盤上直接讀出。 沖擊吸收能量的值越大，材料的韌性越大，越可以承受較大的沖擊載荷。 沖擊吸收能量K或沖擊韌性值K越大，材料的韌性越大，越可以承受較大的沖擊載荷。一般把沖擊吸收能量低的材料稱為脆性材料，沖擊吸收能量高的材料稱為韌性材料,一次擺錘沖擊試驗原理,沖擊韌性可以通過一次擺錘沖擊試驗來測定，試驗時將帶有U型或V型缺口的沖擊試樣放在試驗機架的支座上

3、，將擺錘升至高度H1，使其具有勢能mgH1；然后使擺錘由此高度自由下落將試樣沖斷，并向另一方向升高至H2，這時擺錘的勢能為mgH2。 所以，擺錘用于沖斷試樣的能量 AK=mg（H1-H2），即為沖擊功（焦耳/J,小資料】GB/T 2292007與GB/T 2291994相比，在金屬沖擊韌性的名稱和符號等方面有較大變化，將關(guān)于金屬材料沖擊韌性的新、舊標(biāo)準(zhǔn)名稱和符號對照列于下表中,低溫脆性隨溫度降低，材料由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)的現(xiàn)象 。 冷脆：材料因溫度降低導(dǎo)致沖擊韌性的急劇下降并引起脆性破壞的現(xiàn)象。 沖擊韌性與溫度有密切的關(guān)系，溫度降低，沖擊韌性隨之降低。當(dāng)?shù)陀谀骋粶囟葧r材料的韌性急劇下降，材

4、料將由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)。這一溫度稱為轉(zhuǎn)變溫度（ Tt ）。 轉(zhuǎn)變溫度（ Tt ）越低，表明材料的低溫韌性越好，對于在寒冷地區(qū)使用的材料要十分重要。 對壓力容器、橋梁、汽車、船舶的影響較大,TITANIC,建造中的Titanic 號,TITANIC的沉沒與船體材料的質(zhì)量直接有關(guān),1912年4月號稱永不沉沒的泰坦尼克號（Titanic）首航沉沒于冰海，成了20世紀(jì)令人難以忘懷的悲慘海難。20世紀(jì)80年代后，材料科學(xué)家通過對打撈上來的泰坦尼克號船板進行研究，回答了80年的未解之謎。由于Titanic 號采用了含硫高的鋼板，韌性很差，特別是在低溫呈脆性。所以，當(dāng)船在冰水中撞擊冰山時，脆性船板使船

5、體產(chǎn)生很長的裂紋，海水大量涌入使船迅速沉沒。下圖中左面的試樣取自海底的Titanic號，沖擊試樣是典型的脆性斷口，右面的是近代船用鋼板的沖擊試樣,金屬疲勞現(xiàn)象:變動載荷和循環(huán)應(yīng)力金屬疲勞概念。 疲勞曲線和疲勞極限：沖擊試樣沖擊試驗機一次擺錘沖擊試驗小能量多次沖擊試驗,二、疲勞極限,變動載荷和循環(huán)應(yīng)力,變動載荷：指載荷大小、甚至方向均隨時間變化的載荷，其在單位面積上的平均值即為變動應(yīng)力。 變動應(yīng)力可分為規(guī)則周期變動應(yīng)力(也稱循環(huán)應(yīng)力)和無規(guī)則隨機變動應(yīng)力兩種,金屬疲勞概念,金屬材料在受到交變應(yīng)力或重復(fù)循環(huán)應(yīng)力時，往往在工作應(yīng)力小于屈服強度的情況下突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞。 疲勞破壞的特征：疲勞

6、斷裂時無明顯的宏觀朔性變形，斷裂前沒有預(yù)兆，而是突然破壞；引起疲勞斷裂的應(yīng)力很低，常常低于材料的屈服點；疲勞破壞的宏觀斷口由三部分組成，疲勞源、疲勞裂紋擴展區(qū)和瞬間斷裂區(qū),疲勞斷口,疲勞斷口,1998年6月3日，德國發(fā)生了戰(zhàn)后最慘重的一起鐵路交通事故。一列高速列車脫軌，造成100多人遇難。 事故的原因已經(jīng)查清，是因為一節(jié)車廂的車輪“內(nèi)部疲勞斷裂”引起的。首先是一個車輪的輪箍發(fā)生斷裂，導(dǎo)致車輪脫軌，進而造成車廂橫擺，此時列車正好過橋，橫擺的車廂以其巨大的力量將橋墩撞斷，造成橋梁坍塌，壓住了通過的列車車廂，并使已通過橋洞的車頭及前5節(jié)車廂斷開，而后面的幾節(jié)車廂則在巨大慣性的推動下接二連三地撞在坍塌的橋體上，從而導(dǎo)致了這場近50年來德國最慘重的鐵路事故,當(dāng)應(yīng)力低于某值時，材料經(jīng)受無限次循環(huán)應(yīng)力也不發(fā)生疲勞斷裂，此應(yīng)力稱為材料的疲勞極限，記作R。 通常，材料的疲勞極限是在對稱彎曲疲勞條件下測定的，對稱彎曲疲勞極限記作-1,疲勞極限,對一般低、中強度鋼：107周次 對高強度鋼：108周次 對鋁合金，