第三章金属在冲击载荷下的力学性能

第三章金属在冲击载荷下的力学性能 引言 §3.1 冲击载荷下金属变形和断裂的特点 §3.2 冲击弯曲和冲击韧性 §3.3 低温脆性及韧脆转变温度 §3.4 影响冲击韧性和韧脆转变温度的因素

引言冲击载荷与静载荷的主要区别在于加载速度（幅度和频率）应变率 ε =de/dτ e为真应变静拉伸试验 ε =10-5～10-2 s-1冲击试验 ε =102～104 s-1一般情况下 ε =10-4～10-2 s-1，可按静载荷处理。

§3.1 冲击载荷下金属变形和断裂的特点 一、冲击失效的特点（1）与静载荷下相同，弹性变形、塑性变形、断裂。（2）吸收的冲击能测不准。时间短；机件；与机件联接物体的刚度。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）材料的弹性行为及弹性模量对应变率无影响。 ∵ 弹性变形的速度4982m/s（＞声速）,普通摆锤冲击试验的绝对变形速度5～5.5m/s。

二、影响冲击性能的微观因素 （1）位错的运动速率↑，滑移临界切应力↑，材料的冲击韧性↑。（2）同时开动的位错源增加。 ∴屈服强度提高得较多。（3）内部的塑性变形不均匀。

三、冲击断口 同样也为纤维区、放射区、剪切唇三个区。若试验材料具有一定的韧性，可形成两个纤维区。即：纤维区—放射区—纤维区—剪切唇。 ∵裂纹快速扩展形成结晶区，到了压缩区后，应力状态发生变化，裂纹扩展速度再次减小。∴形成纤维区。返回

§3.2 冲击弯曲和冲击韧性 一、冲击韧性及其作用1、材料在冲击载荷作用下，吸收塑性变形功和断裂功的大小。单位，J/cm2；或kgf/cm2 2、作用（1）揭示冶金缺陷的影响；（2）对σs大致相同的材料，评定缺口敏感性。（3）评定低温脆性倾向。

二、冲击试验 冲击实验机

（1）艾氏冲击 摆锤5、10、15、30kg，试样尺寸55×10×10mm，试样跨距45mm；无缺口，有缺口（U；V）记为Ak,Aku,AKV。铸铁（QT、白口铁） 110×20×20mm，跨距70mm，无缺口。

（2）小能量多冲击磨球的冲击等 单次冲击不足以破坏材料。冲击疲劳、断裂（3）落锤试验模拟试验，半定量测定材料的性能。返回

§3.3 低温脆性及韧脆转变温度 一、低温脆性现象在低温下，材料的脆性急剧增加。对压力容器、桥梁、汽车、船舶的影响较大。实质为温度下降，屈服强度急剧增加。F.C.C金属，位错宽度比较大，一般不显示低温脆性。

二、韧脆转变温度 判断标准冲击试验值 20J 27J (能量标准) 断口的形貌 50％纤维；变形特征。返回

§3.4 影响冲击韧性和韧脆转变温度的因素 一、晶体学特性晶体结构： f.c.c不存在低温脆性。b.c.c和某些h.c.p的低温脆性严重。（Sn）位错：位错宽度大，不显示低温脆性。层错能↑，韧性↑。形成柯氏气团，韧性↓。

二、冶金因素 （1）溶质元素间隙原子，使韧性↓。置换式溶质，对韧性影响不明显杂质元素S、P、As、Sn、Sb 使韧性↓ （2）显微组织a）晶粒大小 b）金相组织回火索氏体—贝氏体—珠光体，韧性↓。第二相（大小、形态、数量、分布）

三、外部因素 1、温度钢的“蓝脆”525～550℃（钢的氧化色为蓝色）。C、N原子扩散速率增加，形成柯氏气团。 2、加载速率加载速率↑，脆性↑，韧脆转变温度tk ↑; 3、试样尺寸和形状试样增厚，tk↑（表面上的拉压应力最大）;带缺口，不带缺口；脆性及tk不同。

第三章 金属在冲击载荷下的力学性能