金屬材料的沖擊韌性分析的簡單認識

1、金屬材料的沖擊韌性分析的簡單認識眾所周知，金屬材料制造的產品等已成為我們日常生活中必不可少的一部分， 而且在大部分工程項目中也有十分廣泛的應用。因此，金屬材料的應用對人類歷 史文明進程有著不容忽視的貢獻。由于金屬材料的用途廣泛，它們所處的環(huán)境溫 度也不可能相同，而不同的溫度條件下，金屬所表現出來的力學性能也不盡相同。 在低溫環(huán)境下，金屬的強度指標增加，韌性和塑性指標下降的情況稱為“冷脆”。 隨著國家對西部地區(qū)的開發(fā)以及振興東北老工業(yè)基地項目的開展，許多的工程項 目在我國東北，西北以及西藏偏遠地區(qū)進行，冬天這些地區(qū)溫度相當低且持續(xù)時 間較長，在這樣的低溫環(huán)境下服役著主要由結構鋼制造的天然氣輸油管

2、道，礦山 的采掘和運輸設備等設施。為此，生產制造這些設備結構件所用金屬材料除了要 滿足常溫下的機械性能，物理性能，化學性能，加工性能外，材料在低溫條件下 的力學性能更是我們所要考慮的必要因素。大量的研究結果表明，在低溫環(huán)境與 常溫環(huán)境下金屬所表現出的力學性能是不同的。幾乎所有的金屬在低溫環(huán)境中， 強度與硬度會有一定程度的提高，但是韌性會產生不同幅度的下降。韌性下降， 材料發(fā)生脆斷的可能性增大，往往引起材料無明顯征兆的失效，產生的危害極大。 在惡劣的低溫環(huán)境中，鋼材及其構件材料韌性下降，可能會使得設備不能滿足其 正常服役的要求而發(fā)生脆性斷裂的破壞，進而導致一些突發(fā)性的災難后果。因此， 測定韌脆轉

3、變溫度是至關重要的，不僅可以用其確定金屬材料發(fā)生脆化的可能性 大小，而且也能作為選用金屬材料的重要依據。金屬材料韌脆轉變溫度越低，反 映發(fā)生脆性斷裂的可能性越小，在低溫情況工作時的潛在危害越小。在工程中， 標準夏比V型缺口沖擊試驗是最常用的一種的方法，在不同溫度下對同一類型 的沖擊試樣進行沖擊試驗，然后繪制曲線，橫坐標表示不同的試驗溫度，縱坐標 是其對應的試驗結果并以此測定韌脆轉變溫度，評定韌脆轉變溫度有以下三種方 法，如表1.1所示。表1.1韌脆轉變溫度評定方法方法曲線判據標準表示名稱能量準則沖擊吸收功一溫度曲線沖擊吸收能量達到某一特定值或ETT上平臺某一百分數對應溫度n變形特征準則側膨脹值

4、一溫度曲線某一側膨脹值對應溫度LETT斷口形貌準則纖維斷面率一溫度曲線某一纖維斷面率對應溫度FATT由于斷口形貌準則法操作簡便，影響因素較少，是應用最為廣泛的方法。為 了觀察和分析沖擊斷口形貌，首先要制備標準的沖擊試樣，按照缺口的類型，沖 擊試樣分為V型和U型兩種，隨著國內工業(yè)技術的發(fā)展，很多行業(yè)越來越傾向 于選擇V型缺口沖擊試樣，進行沖擊試驗。標準的V型缺口沖擊試樣尺寸為 10mmx10mmx55mm，在試料不夠制備標準試樣時，可選擇制備小尺寸試樣。沖擊V型缺口試樣的尺寸參數列于表1.2所示。表1.2沖擊V型缺口試樣尺寸參數標準沖擊試樣小尺寸試樣試樣長度/mm550.60550.60試樣高度

5、/mm100.075100.0757.50.11試樣寬度/mm100.1150.062.50.04缺口角度/452452缺口底部高度/mm80.07580.075為得到沖擊試樣斷口，需要對沖擊試樣做夏比沖擊試驗，其是由法國工程師 夏比提出的，用于評定在沖擊力作用下材料韌性的試驗方法。夏比V型缺口沖 擊試驗原理示意圖如圖1.1所示。圖1.1金屬夏比V型沖擊試驗原理示意圖沖擊試驗原理就是把按規(guī)定標準制備的沖擊試樣，放在沖擊試驗機的試樣支 座上，使其保持簡支梁的狀態(tài)，將規(guī)定高度擺錘放下，對沖擊試樣進行一次性打 擊。由于沖擊試驗操作簡單用時短，且制備試樣方便，材料的內部組織結構、冶 金缺陷對試驗所得的數據有比較明顯的影響，因此沖擊試驗是評價金屬沖擊韌性 應用最普遍的一種傳統(tǒng)力學性能試驗。沖擊試樣斷口，顧名思義就是沖擊試樣沖斷后的斷裂表面及臨近表面的區(qū)域 斷口形貌分為宏觀形貌和微觀形態(tài)，由于測定斷口纖維斷面率的方法和斷口的宏 觀形貌有關，故主要介紹沖擊試樣斷口的宏觀形貌，微觀形態(tài)不再介紹。沖擊試 樣斷口的宏觀形貌一般