第三章材料力學(xué)性能

1、第三章第三章金屬在沖擊載荷下的力學(xué)性能金屬在沖擊載荷下的力學(xué)性能第三章第三章 金屬在沖擊載荷下的力學(xué)性能金屬在沖擊載荷下的力學(xué)性能加載速率對(duì)力學(xué)性能的影響加載速率對(duì)力學(xué)性能的影響 增加應(yīng)變速率，抗拉強(qiáng)度隨增加應(yīng)變速率，抗拉強(qiáng)度隨之增加之增加 ，塑性隨之下降。，塑性隨之下降。 當(dāng)應(yīng)變速率在當(dāng)應(yīng)變速率在104102S 1內(nèi)，金屬力學(xué)性能變化不大內(nèi)，金屬力學(xué)性能變化不大 當(dāng)應(yīng)變速率大于當(dāng)應(yīng)變速率大于102S-1，發(fā)，發(fā)生顯著變化。生顯著變化。第三章第三章 金屬在沖擊載荷下的力學(xué)性能金屬在沖擊載荷下的力學(xué)性能沖擊載荷下金屬變形沖擊彎曲和沖擊韌性低溫脆性影響韌脆轉(zhuǎn)變溫度的冶金因素第三章第三章 金屬在沖擊

2、載荷下的力學(xué)性能金屬在沖擊載荷下的力學(xué)性能1 沖擊載荷下金屬變形沖擊載荷下金屬變形一、沖擊載荷的特點(diǎn)一、沖擊載荷的特點(diǎn)沖擊載荷下，由于載荷的能量沖擊載荷下，由于載荷的能量性質(zhì)使整個(gè)承載系統(tǒng)承受沖擊能，性質(zhì)使整個(gè)承載系統(tǒng)承受沖擊能，所以機(jī)件、與機(jī)件相連物所以機(jī)件、與機(jī)件相連物體的剛度都直接影響沖擊過程的體的剛度都直接影響沖擊過程的時(shí)間，從而影響加速度和慣性力時(shí)間，從而影響加速度和慣性力的大小。的大小。由于沖擊過程持續(xù)時(shí)間短，測(cè)由于沖擊過程持續(xù)時(shí)間短，測(cè)不準(zhǔn)確，難于按慣性力計(jì)算機(jī)件不準(zhǔn)確，難于按慣性力計(jì)算機(jī)件內(nèi)的應(yīng)力，所以機(jī)件在沖擊載荷內(nèi)的應(yīng)力，所以機(jī)件在沖擊載荷下所受的應(yīng)力，通常假定沖擊能下所受

3、的應(yīng)力，通常假定沖擊能全部轉(zhuǎn)換為機(jī)件內(nèi)的彈性能，再全部轉(zhuǎn)換為機(jī)件內(nèi)的彈性能，再按能量守恒法計(jì)算。按能量守恒法計(jì)算。二、沖擊載荷下變形和斷裂二、沖擊載荷下變形和斷裂1. 彈性變形：彈性變形：彈性變形在金屬中傳播速度很快，彈性變形在金屬中傳播速度很快，接近聲速接近聲速(鋼中為鋼中為4982m/s)。普通。普通沖擊試驗(yàn)時(shí)變形速度只有沖擊試驗(yàn)時(shí)變形速度只有5 5.5m/s，高速?zèng)_擊試驗(yàn)的變形速，高速?zèng)_擊試驗(yàn)的變形速度也在度也在103 m/s以下。所以，變形以下。所以，變形速度對(duì)金屬的彈性形變行為及性速度對(duì)金屬的彈性形變行為及性能基本無影響。能基本無影響。2. 塑性變形及斷裂塑性變形及斷裂塑性變形是位錯(cuò)

4、運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。塑性變形是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。由于加載時(shí)間及載荷持續(xù)時(shí)間非由于加載時(shí)間及載荷持續(xù)時(shí)間非常短暫，所以作用力很大，作用常短暫，所以作用力很大，作用于位錯(cuò)上的力很大。于位錯(cuò)上的力很大。1 沖擊載荷下金屬變形沖擊載荷下金屬變形a.由于沖擊載荷下應(yīng)力水平比較由于沖擊載荷下應(yīng)力水平比較高，使許多位錯(cuò)源同時(shí)起作用，高，使許多位錯(cuò)源同時(shí)起作用，結(jié)果抑制了單晶體中易滑移階段結(jié)果抑制了單晶體中易滑移階段的產(chǎn)生與發(fā)展的產(chǎn)生與發(fā)展;b.沖擊載荷增加了位錯(cuò)密度和滑沖擊載荷增加了位錯(cuò)密度和滑移系數(shù)目，出現(xiàn)孿晶，減小了位移系數(shù)目，出現(xiàn)孿晶，減小了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)自由行程平均長度，增加錯(cuò)運(yùn)動(dòng)自由行程平均長度，增加了點(diǎn)缺陷的濃

5、度。了點(diǎn)缺陷的濃度。靜載荷作用時(shí)：靜載荷作用時(shí)：塑性變形比較塑性變形比較均勻的分布在各個(gè)晶粒中。均勻的分布在各個(gè)晶粒中。沖擊載荷作用時(shí)：沖擊載荷作用時(shí)：塑性變形則塑性變形則比較集中于某一局部區(qū)域，反映比較集中于某一局部區(qū)域，反映了塑性變形不均勻。了塑性變形不均勻。這種不均勻限制了塑性變形的發(fā)這種不均勻限制了塑性變形的發(fā)展，導(dǎo)致了展，導(dǎo)致了屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度的的提高提高和和塑性的降低塑性的降低。沖擊載荷下變形和斷沖擊載荷下變形和斷裂裂塑性隨應(yīng)變率的增加而變化的特征與斷裂方式有關(guān)：塑性隨應(yīng)變率的增加而變化的特征與斷裂方式有關(guān)：如果在一定加載條件及溫度下，材料產(chǎn)生如果在一定加載條件

6、及溫度下，材料產(chǎn)生正正 斷斷，則斷裂應(yīng)力變，則斷裂應(yīng)力變化不大，化不大，塑性隨著應(yīng)變率塑性隨著應(yīng)變率 的增加而減小的增加而減??；如果材料產(chǎn)生如果材料產(chǎn)生切斷切斷，則斷裂應(yīng)力隨著應(yīng)變率，則斷裂應(yīng)力隨著應(yīng)變率 提高顯著增加，塑性提高顯著增加，塑性的變化不一定，的變化不一定，可能不變或提高。可能不變或提高。第三章第三章 金屬在沖擊載荷下的力學(xué)性能金屬在沖擊載荷下的力學(xué)性能2沖擊彎曲和沖擊韌性沖擊彎曲和沖擊韌性一、沖擊試驗(yàn)方法和原理一、沖擊試驗(yàn)方法和原理1.試樣試樣10mm10mm 55mm的的U型型或或V型缺口試樣，分別稱為夏比型缺口試樣，分別稱為夏比(Charpy)U 型缺口試樣和夏比型缺口試樣和

7、夏比V型缺口試樣。習(xí)慣上前者又簡型缺口試樣。習(xí)慣上前者又簡稱為梅氏試樣，后者為夏氏試稱為梅氏試樣，后者為夏氏試樣。樣。梅氏試樣梅氏試樣夏氏試樣夏氏試樣對(duì)陶瓷、鑄鐵或工具鋼等脆性材對(duì)陶瓷、鑄鐵或工具鋼等脆性材料，采用料，采用10mm10mm55mm的無缺口試樣。的無缺口試樣。試樣開缺口的目的試樣開缺口的目的：使試樣在承：使試樣在承受沖擊時(shí)在缺口附近造成應(yīng)力集受沖擊時(shí)在缺口附近造成應(yīng)力集中，使塑性變形局限在缺口附近中，使塑性變形局限在缺口附近不大的體積范圍不大的體積范圍 內(nèi)，并保證試樣內(nèi)，并保證試樣一次就被沖斷且使斷裂就發(fā)生在一次就被沖斷且使斷裂就發(fā)生在缺口處。缺口缺口處。缺口 愈深、愈尖銳，沖愈

8、深、愈尖銳，沖擊吸收功愈低。擊吸收功愈低。2沖擊彎曲和沖擊韌性沖擊彎曲和沖擊韌性2.試驗(yàn)方法及原理試驗(yàn)方法及原理12KKVAAAmgH -mgHKU、2沖擊彎曲和沖擊韌性沖擊彎曲和沖擊韌性二、沖擊韌性二、沖擊韌性沖擊韌性是指材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的沖擊韌性是指材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力。能力。常用標(biāo)準(zhǔn)試樣的沖擊吸收功常用標(biāo)準(zhǔn)試樣的沖擊吸收功 AK 表示。表示。用試樣缺口處的截面積用試樣缺口處的截面積SN (cm2)去除去除AKV (AKU )，即可得到試樣的，即可得到試樣的沖擊韌性或沖擊值沖擊韌性或沖擊值kkNAF1. AK和和ak的意義的意義AK:沖

9、擊試樣消耗的總能量或試樣斷裂過程中吸收總能量。沖擊試樣消耗的總能量或試樣斷裂過程中吸收總能量。AK 試樣變形、破裂吸收能量試樣擲出功機(jī)座振動(dòng)功等等試樣變形、破裂吸收能量試樣擲出功機(jī)座振動(dòng)功等等二、沖擊韌性二、沖擊韌性AK相同的材料，其韌性不一定相同的材料，其韌性不一定相同。相同。包括試樣在沖擊斷裂過程中吸包括試樣在沖擊斷裂過程中吸收的彈性變形功、塑性變收的彈性變形功、塑性變 形功形功和裂紋形成及擴(kuò)展功等。簡單和裂紋形成及擴(kuò)展功等。簡單的沖擊試驗(yàn)不能的沖擊試驗(yàn)不能 將這些不同階將這些不同階段消耗的功區(qū)分開來，因此沖段消耗的功區(qū)分開來，因此沖擊功只擊功只 能是一種混合的韌性指能是一種混合的韌性指標(biāo)

10、，在設(shè)計(jì)中不能定量使用。標(biāo)，在設(shè)計(jì)中不能定量使用。對(duì)組織缺陷非常敏感，可以靈敏對(duì)組織缺陷非常敏感，可以靈敏地反地反 映出材料品質(zhì)、宏觀缺陷映出材料品質(zhì)、宏觀缺陷及顯微組織的微小變化及顯微組織的微小變化2.沖擊試驗(yàn)的應(yīng)用沖擊試驗(yàn)的應(yīng)用只是材料抗沖擊斷裂的一個(gè)參考只是材料抗沖擊斷裂的一個(gè)參考性指標(biāo)。只能在規(guī)定條件下進(jìn)行性指標(biāo)。只能在規(guī)定條件下進(jìn)行相對(duì)比較，而不能代換相對(duì)比較，而不能代換 到具體零到具體零件上進(jìn)行定量計(jì)算件上進(jìn)行定量計(jì)算ak=Ak/FN無明確物理意義無明確物理意義沖擊彎曲截面應(yīng)力分布不均，塑沖擊彎曲截面應(yīng)力分布不均，塑性變形不均性變形不均, 主要集中于缺口附主要集中于缺口附近，吸收功

11、也集中于此。近，吸收功也集中于此。二、沖擊韌性二、沖擊韌性缺口沖擊彎曲試驗(yàn)主要用于揭示缺口沖擊彎曲試驗(yàn)主要用于揭示材料的變脆傾向材料的變脆傾向1) 用于控制材料的冶金質(zhì)量和鑄用于控制材料的冶金質(zhì)量和鑄造、鍛造、焊接及熱處理等熱加造、鍛造、焊接及熱處理等熱加工工藝的質(zhì)量。工工藝的質(zhì)量。2）根據(jù)系列沖擊試驗(yàn)）根據(jù)系列沖擊試驗(yàn)(低溫沖擊低溫沖擊試驗(yàn)試驗(yàn))評(píng)定材料的冷脆傾向，評(píng)定材料的冷脆傾向， 供供選材時(shí)參考或用于抗脆斷設(shè)計(jì)。選材時(shí)參考或用于抗脆斷設(shè)計(jì)。4）利用）利用Charpy V缺口沖擊試驗(yàn)缺口沖擊試驗(yàn)試樣尺寸小、加工方便、操作容試樣尺寸小、加工方便、操作容易、試驗(yàn)快捷等優(yōu)點(diǎn)，通過建立易、試驗(yàn)快

12、捷等優(yōu)點(diǎn)，通過建立沖擊功與其他力學(xué)性能指標(biāo)沖擊功與其他力學(xué)性能指標(biāo) 間間的聯(lián)系，代替較復(fù)雜的試驗(yàn)如的聯(lián)系，代替較復(fù)雜的試驗(yàn)如KIC。3）對(duì)于）對(duì)于s大致相同的材料，用大致相同的材料，用AKV （AKU ）可以評(píng)定材料對(duì)大）可以評(píng)定材料對(duì)大能量一次沖擊載荷下破壞的缺口能量一次沖擊載荷下破壞的缺口敏感性。敏感性。第三章第三章 金屬在沖擊載荷下的力學(xué)性能金屬在沖擊載荷下的力學(xué)性能3低溫脆性低溫脆性二戰(zhàn)中，美國二戰(zhàn)中，美國5000艘全焊接艘全焊接“自自由輪由輪”。在。在1942年年-1946年間發(fā)生年間發(fā)生破斷的達(dá)破斷的達(dá)1000艘，艘，1946年年-1956年年間發(fā)生破斷的達(dá)間發(fā)生破斷的達(dá)200艘。

13、艘。1943年年1月美國的一艘月美國的一艘T-2y油船停泊在裝油船停泊在裝貨碼頭時(shí)斷裂成兩半截。當(dāng)時(shí)甲貨碼頭時(shí)斷裂成兩半截。當(dāng)時(shí)甲板應(yīng)力僅為板應(yīng)力僅為70MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于船，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于船板鋼的強(qiáng)度極限板鋼的強(qiáng)度極限在法國諾在法國諾曼底登陸曼底登陸參戰(zhàn)的參戰(zhàn)的 “歐布蘭歐布蘭”號(hào)自由輪號(hào)自由輪蘇聯(lián)作家鮑利斯彼斯特納克蘇聯(lián)作家鮑利斯彼斯特納克的諾貝文學(xué)獎(jiǎng)作品的諾貝文學(xué)獎(jiǎng)作品日瓦戈日瓦戈醫(yī)生醫(yī)生二十世紀(jì)初，俄羅斯二十世紀(jì)初，俄羅斯西伯利亞鐵路斷軌事故。西伯利亞鐵路斷軌事故。3低溫脆性低溫脆性 1945年至年至1948年美國國家標(biāo)準(zhǔn)局認(rèn)真分析和研究了第二次世界年美國國家標(biāo)準(zhǔn)局認(rèn)真分析和研究了第二次世界大

14、戰(zhàn)焊接船舶的破斷事故，通過在不同的溫度下對(duì)材料進(jìn)行一系列大戰(zhàn)焊接船舶的破斷事故，通過在不同的溫度下對(duì)材料進(jìn)行一系列沖擊試驗(yàn)，可測(cè)得材料的沖擊韌度值隨溫度的降低而減小，當(dāng)溫度沖擊試驗(yàn)，可測(cè)得材料的沖擊韌度值隨溫度的降低而減小，當(dāng)溫度降低到某一溫度范圍時(shí)，沖擊韌度急劇下降，材料由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變降低到某一溫度范圍時(shí)，沖擊韌度急劇下降，材料由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)。這種現(xiàn)象稱為為脆性狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱為“冷脆冷脆”。 寒冷地帶、野外作業(yè)的機(jī)械常發(fā)生低溫脆斷事故，寒冷地帶、野外作業(yè)的機(jī)械常發(fā)生低溫脆斷事故， 約為總事故約為總事故的的30 % 40%。3低溫脆性低溫脆性一、低溫脆性現(xiàn)象及物理本質(zhì)一、低溫脆性現(xiàn)

15、象及物理本質(zhì)1. 現(xiàn)象現(xiàn)象 當(dāng)溫度低于某一溫度當(dāng)溫度低于某一溫度tk時(shí)，時(shí)，材料由韌性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔?，材料由韌性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔?，沖擊吸收功明顯下降，斷裂機(jī)理沖擊吸收功明顯下降，斷裂機(jī)理由微孔聚集型變?yōu)榇┚в晌⒖拙奂妥優(yōu)榇┚?解理，斷解理，斷口特征由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀的現(xiàn)口特征由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀的現(xiàn)象，稱為低象，稱為低 溫脆性或冷脆溫脆性或冷脆 轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度tk稱為稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度韌脆轉(zhuǎn)變溫度3低溫脆性低溫脆性并不是所有的材料都會(huì)產(chǎn)生并不是所有的材料都會(huì)產(chǎn)生低溫脆性低溫脆性金屬材料：金屬材料：1) 對(duì)對(duì)fcc金屬金屬及其合金如及其合金如Cu和和Al等，它的沖擊韌性很高；等，它的沖擊韌

16、性很高；溫度降低時(shí)沖擊韌性的變化溫度降低時(shí)沖擊韌性的變化不大，不會(huì)導(dǎo)致脆性破壞；不大，不會(huì)導(dǎo)致脆性破壞；這類材料這類材料 一般可認(rèn)為一般可認(rèn)為無低溫?zé)o低溫脆性現(xiàn)象。脆性現(xiàn)象。(2)對(duì)高強(qiáng)度的對(duì)高強(qiáng)度的bcc合金，其合金，其在室溫下的沖擊韌性就很低，在室溫下的沖擊韌性就很低，當(dāng)材料內(nèi)有當(dāng)材料內(nèi)有 裂紋存在時(shí)，可裂紋存在時(shí)，可以在任何溫度和應(yīng)變速率時(shí)以在任何溫度和應(yīng)變速率時(shí)發(fā)生脆性破壞。發(fā)生脆性破壞。即這種類型材料本身就是較脆的，即這種類型材料本身就是較脆的，韌脆轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象也不明顯。韌脆轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象也不明顯。3)對(duì)低、中強(qiáng)度的對(duì)低、中強(qiáng)度的bcc金屬以及金屬以及Be、Zn等合金，這些材料的沖擊韌性對(duì)

17、等合金，這些材料的沖擊韌性對(duì)溫度是很敏感的。溫度是很敏感的。3低溫脆性低溫脆性并不是所有的材料都會(huì)產(chǎn)生并不是所有的材料都會(huì)產(chǎn)生低溫脆性低溫脆性高分子材料：高分子材料：聚丙烯2.低溫脆性的本質(zhì)低溫脆性的本質(zhì)低溫脆性是材料屈服強(qiáng)度隨溫度低溫脆性是材料屈服強(qiáng)度隨溫度下降急劇增加的結(jié)果。下降急劇增加的結(jié)果。沒有明顯作用，故斷裂強(qiáng)度沒有明顯作用，故斷裂強(qiáng)度c隨溫隨溫度的變化很小。度的變化很小。122scEa熱激活對(duì)裂紋擴(kuò)展的力學(xué)條件熱激活對(duì)裂紋擴(kuò)展的力學(xué)條件21dkyis對(duì)于對(duì)于bcc、hcp金屬，金屬，i對(duì)溫度變化對(duì)溫度變化非常敏感，溫度下降，非常敏感，溫度下降，i提高，提高，s升高；升高；低溫脆性的

18、本質(zhì)低溫脆性的本質(zhì)屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度s和斷裂強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度c兩條曲兩條曲線相交于一點(diǎn)，交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度線相交于一點(diǎn)，交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度即為即為tK 當(dāng)溫度大于當(dāng)溫度大于tK時(shí)，時(shí)，cs，材料受載后先屈服再斷裂，為韌材料受載后先屈服再斷裂，為韌性斷裂；性斷裂； 當(dāng)溫度低于當(dāng)溫度低于tK時(shí)，應(yīng)力先達(dá)到時(shí)，應(yīng)力先達(dá)到斷裂強(qiáng)度斷裂強(qiáng)度c，材料表現(xiàn)為脆性斷，材料表現(xiàn)為脆性斷裂。裂。 體心立方金屬的低溫脆性還與體心立方金屬的低溫脆性還與遲屈服遲屈服現(xiàn)象有關(guān)。現(xiàn)象有關(guān)。 低溫脆性的本質(zhì)低溫脆性的本質(zhì) 對(duì)材料施加一大于對(duì)材料施加一大于s的高速載荷時(shí)材料并不立即產(chǎn)生屈服，而的高速載荷時(shí)材料并不立即產(chǎn)生屈服，而需要經(jīng)過一

19、段孕育期才開始塑性變形。在孕育期間只產(chǎn)生彈性變形，需要經(jīng)過一段孕育期才開始塑性變形。在孕育期間只產(chǎn)生彈性變形，而沒有塑性變形消耗能量，故有利于裂紋的擴(kuò)展，從而表現(xiàn)為脆性而沒有塑性變形消耗能量，故有利于裂紋的擴(kuò)展，從而表現(xiàn)為脆性破壞。破壞。fcc金屬位錯(cuò)寬度比較大，金屬位錯(cuò)寬度比較大，i對(duì)對(duì)溫度變化不敏感，溫度變化不敏感， s隨溫度的隨溫度的下降變化不大。近似為一水平下降變化不大。近似為一水平線線,故一般不顯示低溫脆性故一般不顯示低溫脆性(虛線虛線)有實(shí)驗(yàn)證明，在有實(shí)驗(yàn)證明，在2042K的極低的極低溫度下，奧氏體鋼及鋁合金有冷溫度下，奧氏體鋼及鋁合金有冷脆性。脆性。3低溫脆性低溫脆性3.韌脆轉(zhuǎn)化

20、溫度及其評(píng)價(jià)方法韌脆轉(zhuǎn)化溫度及其評(píng)價(jià)方法 1）系列溫度沖擊試驗(yàn)）系列溫度沖擊試驗(yàn) 采用標(biāo)準(zhǔn)采用標(biāo)準(zhǔn)Charpy V沖擊試樣，沖擊試樣，將沖擊試樣在從高溫將沖擊試樣在從高溫(通常為室溫通常為室溫)到低溫的一系列溫度下進(jìn)行沖擊到低溫的一系列溫度下進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。試驗(yàn)。冷脆轉(zhuǎn)化溫度的確定冷脆轉(zhuǎn)化溫度的確定a.能量準(zhǔn)則法能量準(zhǔn)則法V15TT：AKV=15磅尺磅尺=20.3J低階能：低階能：NDT高階能高階能 ：FTP無塑性或零塑性轉(zhuǎn)變溫度無塑性或零塑性轉(zhuǎn)變溫度塑性斷裂轉(zhuǎn)變溫度塑性斷裂轉(zhuǎn)變溫度FTE=(NDT+FTP)/23低溫脆性低溫脆性b.斷口形貌法斷口形貌法取斷口上出現(xiàn)取斷口上出現(xiàn)50%纖維狀的韌性

21、斷纖維狀的韌性斷口和口和50%結(jié)晶狀態(tài)的脆性斷口時(shí)對(duì)結(jié)晶狀態(tài)的脆性斷口時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度為斷口形貌轉(zhuǎn)變溫度應(yīng)的溫度為斷口形貌轉(zhuǎn)變溫度 50%FATT或或FATT50 。c.斷口變形特征準(zhǔn)則斷口變形特征準(zhǔn)則試樣表面相對(duì)收縮或膨脹為某一試樣表面相對(duì)收縮或膨脹為某一定值（定值（1% 或或3.8%）或膨脹與收）或膨脹與收縮部分的邊長差值為縮部分的邊長差值為0.38mm時(shí)時(shí)的溫度，為脆性轉(zhuǎn)變溫度。的溫度，為脆性轉(zhuǎn)變溫度。3低溫脆性低溫脆性 用不同準(zhǔn)則定義的脆性轉(zhuǎn)變用不同準(zhǔn)則定義的脆性轉(zhuǎn)變溫度，由于不同準(zhǔn)則的物理意義溫度，由于不同準(zhǔn)則的物理意義不同，確定的脆性轉(zhuǎn)變溫度也不不同，確定的脆性轉(zhuǎn)變溫度也不一致，一致，

22、 甚至相差很大。甚至相差很大。tK是安全性指標(biāo)，是從韌性角度是安全性指標(biāo)，是從韌性角度選材的重要依據(jù)之一，可用于材選材的重要依據(jù)之一，可用于材料的抗脆斷設(shè)計(jì)。料的抗脆斷設(shè)計(jì)。2）落錘試驗(yàn)）落錘試驗(yàn) 系列缺口沖擊試驗(yàn)確定的脆系列缺口沖擊試驗(yàn)確定的脆性轉(zhuǎn)變溫度，并不能代表實(shí)物構(gòu)性轉(zhuǎn)變溫度，并不能代表實(shí)物構(gòu)件的脆性轉(zhuǎn)變溫度，其所確定的件的脆性轉(zhuǎn)變溫度，其所確定的脆性轉(zhuǎn)變溫度總是偏低。脆性轉(zhuǎn)變溫度總是偏低。主要是因?yàn)槿笨跊_擊試樣的尺主要是因?yàn)槿笨跊_擊試樣的尺寸小，其幾何約束要比厚、寬寸小，其幾何約束要比厚、寬的實(shí)物構(gòu)件小，脆化程度也小的實(shí)物構(gòu)件小，脆化程度也小落錘試驗(yàn)方法用于測(cè)定全厚鋼落錘試驗(yàn)方法用于

23、測(cè)定全厚鋼板的板的NDT， 以作為評(píng)定材料的以作為評(píng)定材料的性能指標(biāo)。性能指標(biāo)。落錘試驗(yàn)落錘試驗(yàn)試樣厚度與實(shí)際使用板厚相同，試樣厚度與實(shí)際使用板厚相同，典型尺寸為典型尺寸為2590350mm3、1950125mm3或或1650125 mm3。在試樣寬度的中點(diǎn)沿長度方向堆在試樣寬度的中點(diǎn)沿長度方向堆焊一層脆性合金焊一層脆性合金(長長64mm、寬約、寬約15mm、厚約、厚約4mm)，焊塊中用薄，焊塊中用薄片砂輪或手鋸割開一個(gè)缺口，其片砂輪或手鋸割開一個(gè)缺口，其寬度小于寬度小于1.5mm，深度為焊塊厚，深度為焊塊厚度的一半，缺口方向與試驗(yàn)的拉度的一半，缺口方向與試驗(yàn)的拉力方向相垂直，用以誘發(fā)裂紋。力

24、方向相垂直，用以誘發(fā)裂紋。落錘試驗(yàn)落錘試驗(yàn)試驗(yàn)之前，將試樣在所選的低溫條試驗(yàn)之前，將試樣在所選的低溫條件下保溫件下保溫3045min，然后迅速將，然后迅速將其移至支座上，使有焊肉的軋制面其移至支座上，使有焊肉的軋制面向下處于受拉側(cè)，然后落下重錘進(jìn)向下處于受拉側(cè)，然后落下重錘進(jìn)行打擊。行打擊。試板的力學(xué)行為按溫度由高到低依試板的力學(xué)行為按溫度由高到低依次發(fā)生如下的變化：次發(fā)生如下的變化：a）試板只發(fā)生塑性變形，不開裂。）試板只發(fā)生塑性變形，不開裂。b）試板拉伸面靠缺口附近出現(xiàn)裂紋，）試板拉伸面靠缺口附近出現(xiàn)裂紋，但裂紋只在缺口附近的塑性變形區(qū)但裂紋只在缺口附近的塑性變形區(qū)內(nèi)，末擴(kuò)展到兩側(cè)邊。內(nèi)，

25、末擴(kuò)展到兩側(cè)邊。c）裂紋發(fā)展到試板一側(cè)邊或兩側(cè)邊。）裂紋發(fā)展到試板一側(cè)邊或兩側(cè)邊。d）試件完全碎裂。）試件完全碎裂。一般規(guī)定裂紋能擴(kuò)展到試板一般規(guī)定裂紋能擴(kuò)展到試板一側(cè)邊或橫貫板寬的最高溫度一側(cè)邊或橫貫板寬的最高溫度為無塑性轉(zhuǎn)變溫度，用為無塑性轉(zhuǎn)變溫度，用NDT表表示。示。NDT 的含義實(shí)際是當(dāng)?shù)暮x實(shí)際是當(dāng)TNDT時(shí)，鋼板碎裂。時(shí)，鋼板碎裂。TNDT 時(shí)，含有大裂紋的試板不會(huì)碎時(shí)，含有大裂紋的試板不會(huì)碎裂。裂。第三章第三章 金屬在沖擊載荷下的力學(xué)性能金屬在沖擊載荷下的力學(xué)性能4影響沖擊韌性和韌脆轉(zhuǎn)變溫度的因素影響沖擊韌性和韌脆轉(zhuǎn)變溫度的因素1）晶體結(jié)構(gòu)的影響）晶體結(jié)構(gòu)的影響 1.材料因素材料

26、因素a）低、中強(qiáng)度的）低、中強(qiáng)度的bcc金屬及其金屬及其合金如鋼、合金如鋼、hcp金屬中的金屬中的Zn、Be及其合金，有冷脆現(xiàn)象。及其合金，有冷脆現(xiàn)象。b）高強(qiáng)度的）高強(qiáng)度的bcc金屬，如高強(qiáng)金屬，如高強(qiáng)度及超高強(qiáng)度鋼，冷脆轉(zhuǎn)變不度及超高強(qiáng)度鋼，冷脆轉(zhuǎn)變不明顯。明顯。c) fcc金屬金屬(如奧氏體鋼、如奧氏體鋼、Ni、Al、Cu銅等銅等)，一般情況下可認(rèn)為無，一般情況下可認(rèn)為無冷脆現(xiàn)象。冷脆現(xiàn)象。2）化學(xué)成分）化學(xué)成分a)在體心立方金屬在體心立方金屬-Fe中加入能中加入能形成形成間隙固溶體的元素間隙固溶體的元素，如碳、，如碳、氮、氫等，使氮、氫等，使沖擊韌性減小，冷沖擊韌性減小，冷脆轉(zhuǎn)變溫度提

27、高脆轉(zhuǎn)變溫度提高，且含量愈大影，且含量愈大影響愈大。響愈大。與位錯(cuò)的交互作用集聚于位錯(cuò)線與位錯(cuò)的交互作用集聚于位錯(cuò)線附近形成柯氏氣團(tuán)，既增加附近形成柯氏氣團(tuán)，既增加i，又使又使ky增加，致使增加，致使s升高，所以升高，所以鋼的脆性增大。鋼的脆性增大。第三章第三章 金屬在沖擊載荷下的力學(xué)性能金屬在沖擊載荷下的力學(xué)性能b)-Fe中加入能形成置換固溶體中加入能形成置換固溶體的元素，一般也不同程度地提高的元素，一般也不同程度地提高和擴(kuò)大其冷脆轉(zhuǎn)變溫度和范圍。和擴(kuò)大其冷脆轉(zhuǎn)變溫度和范圍。因?yàn)橐驗(yàn)镾i、Cr等降低層錯(cuò)能，促進(jìn)等降低層錯(cuò)能，促進(jìn)位錯(cuò)擴(kuò)展，形成孿晶、交滑移困位錯(cuò)擴(kuò)展，形成孿晶、交滑移困難。難。

28、在在-Fe中加入中加入Ni和和Mn，能顯著，能顯著地地降低冷脆轉(zhuǎn)變溫度并提高韌斷降低冷脆轉(zhuǎn)變溫度并提高韌斷區(qū)的沖擊值。區(qū)的沖擊值。4影響沖擊韌性和韌脆轉(zhuǎn)變溫度的因素影響沖擊韌性和韌脆轉(zhuǎn)變溫度的因素Ni減小低溫時(shí)的減小低溫時(shí)的i和和ky，故韌性，故韌性提高；提高；Ni還增加層錯(cuò)能，促進(jìn)低溫時(shí)螺還增加層錯(cuò)能，促進(jìn)低溫時(shí)螺位錯(cuò)交滑移，使裂紋擴(kuò)展消耗功位錯(cuò)交滑移，使裂紋擴(kuò)展消耗功增加，故韌性增加。增加，故韌性增加。c)雜質(zhì)元素雜質(zhì)元素S、P、Pb、Sn、As等，等，會(huì)降低鋼的韌性。會(huì)降低鋼的韌性。偏聚于晶界，降低晶界表面能，偏聚于晶界，降低晶界表面能， 產(chǎn)生沿晶脆性斷裂，同時(shí)降低產(chǎn)生沿晶脆性斷裂，同時(shí)

29、降低脆斷應(yīng)力脆斷應(yīng)力3）晶粒尺寸）晶粒尺寸細(xì)化晶粒能使材料的韌性增加，細(xì)化晶粒能使材料的韌性增加，韌脆轉(zhuǎn)變溫度降低。韌脆轉(zhuǎn)變溫度降低。4) 金相組織金相組織在較低強(qiáng)度水平，強(qiáng)度相同時(shí)，在較低強(qiáng)度水平，強(qiáng)度相同時(shí)，SBPP 球片韌性韌性4影響沖擊韌性和韌脆轉(zhuǎn)變溫度的因素影響沖擊韌性和韌脆轉(zhuǎn)變溫度的因素在高強(qiáng)度水平，強(qiáng)度相同時(shí)，在高強(qiáng)度水平，強(qiáng)度相同時(shí)，中、高碳鋼經(jīng)等溫淬火下貝中、高碳鋼經(jīng)等溫淬火下貝氏體的韌性優(yōu)于淬火馬氏體氏體的韌性優(yōu)于淬火馬氏體在相同強(qiáng)度水平，典型上貝在相同強(qiáng)度水平，典型上貝氏體的韌脆轉(zhuǎn)變溫度高于下氏體的韌脆轉(zhuǎn)變溫度高于下貝氏體的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。貝氏體的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。由于在低溫上貝氏體中滲碳由于在低溫上貝氏體中滲碳體沿奧氏體晶界的析出受到體沿奧氏體晶界的析出受到抑制，低碳鋼低溫上貝氏體抑制，低碳鋼低溫上貝氏體的韌性卻高于回火馬氏體。的韌性卻高于回火馬氏體。在低碳合金鋼中，經(jīng)不完全等在低碳合金鋼中，經(jīng)不完全等溫獲得貝氏體和馬氏體的混合溫獲得貝氏體和馬氏體的混合組織，其韌性比單一馬氏體或組織，其韌性比單一馬氏體或單一貝氏體組織要好。單一貝氏體組織要好。3）加載速度）加載速度試樣尺寸增大，材料的韌性下降，試樣尺寸增大，材料的韌性下降，