西安交通大學(xué)材料力學(xué)性能試驗(yàn)報(bào)告——沖擊韌性(matlab畫(huà)的)

1、材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名：班級(jí)：學(xué)號(hào)：成績(jī)：實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)實(shí)驗(yàn)五 缺口沖擊韌性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握常溫及低溫下金屬?zèng)_擊試驗(yàn)方法；2.學(xué)會(huì)用能量法確定金屬冷脆能變溫度；3.了解沖擊試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)、工作原理及正確使用方法。實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. 游標(biāo)卡尺；2. 20#鋼退火態(tài)試樣和40Cr調(diào)質(zhì)態(tài)試樣各三根；3. JBW-300示波沖擊試驗(yàn)機(jī)；4. 液氮，酒精；5. 溫度計(jì)。試樣示意圖圖1 沖擊試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試樣示意圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄20#退火態(tài)和40Cr調(diào)質(zhì)態(tài)試樣的沖擊吸收總功記錄見(jiàn)附錄。根據(jù)裂紋形成能量、裂紋擴(kuò)展能量以及總沖擊能量，以及沖擊記錄的示波圖，得到，裂紋萌生功= 裂紋形成能量；裂紋擴(kuò)展功=裂紋擴(kuò)展能量-裂紋形成能量

2、；裂紋撕裂功=總沖擊能量-裂紋擴(kuò)展能量。20#退火態(tài)和40Cr調(diào)質(zhì)態(tài)試樣的裂紋萌生功、裂紋擴(kuò)展功和裂紋撕裂功分別見(jiàn)表1和表2：表1 20#退火態(tài)各試樣的裂紋萌生、擴(kuò)展、撕裂功記錄表試樣編號(hào)溫度/裂紋萌生功/J裂紋擴(kuò)展功/J裂紋撕裂功/J1-12045.81120.47001.33701-32044.00392.208220.17314-42030.66561.766615.3820-2038.88780.28721.05400-3038.80780.26782.39715-3037.49890.73392.47645-2035.46700.34941.76661-4-306.64850.310

3、42.40011-6-306.79210.32382.8115表1 40Cr調(diào)質(zhì)態(tài)各試樣的裂紋萌生、擴(kuò)展、撕裂功記錄表試樣編號(hào)溫度/裂紋萌生功/J裂紋擴(kuò)展功/J裂紋撕裂功/J1-22050.23431.400618.3959A-12042.08852.161326.5258B-3041.4051.465114.6755D-3033.69080.746325.86235-3039.57931.16354.59205-2-3033.98251.22145.18192-2-3026.90172.665929.03643-2-6032.28441.481619.57542-2-6047.68990.3

4、5469.17776-3-9040.59592.328010.0549實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理根據(jù)表1和表2，以及各試樣在不同溫度下的沖擊吸收功，做各試樣的沖擊吸收總功、裂紋萌生功、裂紋擴(kuò)展功和裂紋撕裂功與溫度的關(guān)系曲線，分別得到圖29八幅圖：圖2 20#退火態(tài)試樣沖擊總功與溫度關(guān)系曲線圖3 20#退火態(tài)試樣裂紋萌生功與溫度關(guān)系曲線圖4 20#退火態(tài)試樣裂紋擴(kuò)展功與溫度關(guān)系曲線圖5 20#退火態(tài)試樣裂紋撕裂功與溫度關(guān)系曲線圖6 40Cr調(diào)質(zhì)態(tài)試樣沖擊總功與溫度關(guān)系曲線圖7 40Cr調(diào)質(zhì)態(tài)試樣裂紋萌生功與溫度關(guān)系曲線圖8 40Cr調(diào)質(zhì)態(tài)試樣裂紋擴(kuò)展功與溫度關(guān)系曲線圖9 40Cr調(diào)質(zhì)態(tài)試樣裂紋撕裂功與溫度關(guān)系

5、曲線冷脆轉(zhuǎn)變溫度金屬韌脆轉(zhuǎn)變溫度：有些金屬在其使用溫度降低時(shí)，其塑性、韌性便急劇降低，使材料脆化，沖擊值降低，這一現(xiàn)象為冷脆。由于溫度降低造成金屬由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)的溫度叫做韌脆轉(zhuǎn)變溫度。能量準(zhǔn)則法是以沖擊吸收功降低到某一規(guī)定數(shù)值時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度作為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。本實(shí)驗(yàn)采用能量準(zhǔn)則法測(cè)金屬的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，是對(duì)沖擊吸收功溫度曲線上平臺(tái)下平臺(tái)區(qū)間規(guī)定百分?jǐn)?shù)（）所對(duì)應(yīng)的溫度定義為韌脆轉(zhuǎn)化溫度，記為ETTn，例如，沖擊吸收功上下平臺(tái)區(qū)間50%所對(duì)應(yīng)的溫度記為ETT50，對(duì)應(yīng)的沖擊能量記為（AKUmax+AKUmin）/2。所以，根據(jù)附錄得到20#退火態(tài)試樣和40Cr調(diào)質(zhì)態(tài)試樣的韌脆轉(zhuǎn)變溫度為：20

6、#退火態(tài)試樣28.7J對(duì)應(yīng)的溫度值為-15.0，見(jiàn)圖2。40Cr調(diào)質(zhì)態(tài)試樣56.7J對(duì)應(yīng)的溫度值為-47.5.0，見(jiàn)圖6。試樣宏觀斷口示意圖（韌斷、脆斷） 圖10 沖擊試樣宏觀斷口示意圖 可以看出，沖擊試樣斷口存在三個(gè)區(qū)域。裂紋源在缺口根部的中央并稍離缺口表面的位置，對(duì)塑性較好的材料，裂紋通常沿著兩側(cè)和深度的方向穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展，中央部分較深，構(gòu)成了腳跟形的纖維狀區(qū)域，然后快速擴(kuò)展形成放射區(qū)。由于缺口一側(cè)受張應(yīng)力，不開(kāi)口的一側(cè)受壓應(yīng)力，所以放射區(qū)在從拉應(yīng)力區(qū)擴(kuò)展和壓應(yīng)力區(qū)時(shí)，裂紋停止擴(kuò)展，繼而出現(xiàn)二次纖維區(qū)。斷口除了缺口根部附近四周皆為剪切唇，和拉伸斷口的邊緣是一樣的。在溫度降低或材料的沖擊韌性很低時(shí)

7、，二次纖維區(qū)和一次纖維區(qū)以及剪切唇都可以不出現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)思考題1. 缺口沖擊韌性實(shí)驗(yàn)?zāi)茉u(píng)定哪些材料的低溫脆性？哪些材料不能用此方法檢驗(yàn)和評(píng)定？這種試驗(yàn)方法本身在防止材料脆性斷裂方面有什么局限性？答：缺口沖擊韌性實(shí)驗(yàn)?zāi)芫C合評(píng)定缺口、低溫和高應(yīng)變速率對(duì)材料脆化的影響。塑性很好的材料以及表面十分光滑無(wú)裂紋的材料一般不能使用此方法。局限性表現(xiàn)在材料的沖擊韌性是定性的，無(wú)法用理論公式來(lái)確定，只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)獲取，而且由于它對(duì)缺口、材料缺陷很敏感，故不能定量的研究。2. 20#退火態(tài)用夏比U型和夏比V型缺口兩種缺口試樣得到的冷脆轉(zhuǎn)變溫度是否相同？為什么？由此討論冷脆轉(zhuǎn)變溫度的意義個(gè)實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該注意的問(wèn)題。答：不同。沖擊材料存在缺口時(shí)，沖擊動(dòng)能在零件內(nèi)的分布是不均勻的，而且沖擊韌性對(duì)材料的缺口很敏感，故用夏比U型和夏比V型缺口兩種缺口試樣得到的冷脆轉(zhuǎn)變溫度是不同的。金屬材料的沖擊性能和韌脆轉(zhuǎn)變溫度，對(duì)材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)、宏觀缺陷及試驗(yàn)條件均很敏感，因此影響沖擊試驗(yàn)結(jié)果的因素很多，主要有以下幾