材料冲击韧性与低温脆性

《材料冲击韧性与低温脆性》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料冲击韧性与低温脆性（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第 三 章 材 料 的 冲 击 韧 性 与 低 温 脆 性 第三章 材料的冲击韧性及低温脆性 冲击载荷的特点 1 冲击载荷加载速率高 而静载荷加载速率低 2 在冲击载荷下 冲击应力不仅与零件的断面积有 关 而且与其形状和体积有关 若零件不含切口 则 冲击能被零件的整个体积均匀地吸收 从而应力和应 变也是均匀分布的 零件体积愈大 单位体积吸收的 能量愈小 零件所受的应力和应变也愈小 若零件中 有切口 则切口根部单位体积将吸收更多的能量 使 局部应变和应变速率大为升高 第 三 章 材 料 的 冲 击 韧 性 与 低 温 脆 性 第一节 冲击弯曲试验与冲击韧性 冲击韧性 材料在冲击载荷作用下抵抗破坏

2、的能力 用 能量定性地表示材料的力学性能特征的物理量 第 三 章 材 料 的 冲 击 韧 性 与 低 温 脆 性 一 冲击弯曲试验 摆锤式冲击试验机 第 三 章 材 料 的 冲 击 韧 性 与 低 温 脆 性 原理 试样水平放置在试验机支座上 缺口位于冲击相背方向 试验时 将摆锤置于H1位置 位能GH1 释放摆锤冲断 试样后 剩余能量GH2 则GH1 GH2即为试样变形和断 裂吸收的功 冲击吸收功AK 单位 J 试样冲断时所消耗的冲击功A k为 A k m g H1 m g H2 J 第 三 章 材 料 的 冲 击 韧 性 与 低 温 脆 性 2 多次冲击试验 当冲击次数少于500 1000次

3、 试样断裂规律与一次 冲击相同 当冲击次数大于 N 105时 断口具有典型的疲 劳断口特征 因此应进行小能量的多次冲击试验 多次冲击试验在落锤式多次冲击试验机PC 150上进行 冲击频率为450周次 min 600周次 min 冲击能量 0 1 1 5J可调 第 三 章 材 料 的 冲 击 韧 性 与 低 温 脆 性冲击功A 冲断次数N曲线 A N 第 三 章 材 料 的 冲 击 韧 性 与 低 温 脆 性 二 冲击韧性及其工程意义 1 一次冲击 冲击韧度 FN缺口处截面面积 k表示单位面积的平均冲击功值 k是一个综合力学性能指标 与材料的强度和塑性 有关 第 三 章 材 料 的 冲 击 韧

4、性 与 低 温 脆 性 一 次 冲 击 弯 曲 试 验 的 用 途 a 检查金属的冶金质量和热加工质量 缺陷 气孔 夹杂 偏析 分层 过热 过烧 回火脆性等 b b 测定材料的冷脆性转变温度 测定材料的冷脆性转变温度 A A k k T T曲线曲线 c c s s 相近的材料 根据相近的材料 根据A A k k 值评定材料对大能值评定材料对大能 量冲击破坏的缺口敏感性 量冲击破坏的缺口敏感性 d d 反映材料对一次和少数次大能量冲击断裂的抗力 对某些在特殊条件下服役的零件 如弹壳 防弹甲板 等 具有参考价值 第 三 章 材 料 的 冲 击 韧 性 与 低 温 脆 性 2 多次冲击 衡量指标 冲

5、击能量衡量指标 冲击能量A A 冲击次数 冲击次数N N 材料对多次冲击的抗力取决于以下因素 材料对多次冲击的抗力取决于以下因素 a a 冲击能量高时 材料的抗多次冲击能力主要取决 冲击能量高时 材料的抗多次冲击能力主要取决 于塑性 冲击能量低时 材料抗多次冲击能力则主于塑性 冲击能量低时 材料抗多次冲击能力则主 要取决于强度 要取决于强度 大多数受多次冲击载荷作用的零件属于小能量冲击 大多数受多次冲击载荷作用的零件属于小能量冲击 因此因此强度是影响零件寿命的主要因素强度是影响零件寿命的主要因素 第 三 章 材 料 的 冲 击 韧 性 与 低 温 脆 性 35钢 经200 500 回火后的多冲

6、击曲线 两条 曲线在102周次左右相交 交点以左 经500 回火 钢塑性高 强度低 其冲击疲劳抗力高 寿命长 交点以右 冲击能量低时 经200 回火钢塑性低 强度高 其冲击疲劳抗力高 寿命长 回火 当把钢中的马氏 体加热到共析温度下的 某一温度时 就会沉淀 出稳态的 相和Fe3C 这种处理称为回火 第 三 章 材 料 的 冲 击 韧 性 与 低 温 脆 性 b b 不同的冲击能量要求不同的强度与塑性配合 不同的冲击能量要求不同的强度与塑性配合 图为图为4040钢在不同能量下的冲断次数与回火温度关系曲线 钢在不同能量下的冲断次数与回火温度关系曲线 曲线有峰值 且峰值随冲击能量的增大 向高温方向移

7、动 曲线有峰值 且峰值随冲击能量的增大 向高温方向移动 表明 不同冲击能量下 欲使表明 不同冲击能量下 欲使 寿命提高 需不同的强度寿命提高 需不同的强度 塑塑 性配合 性配合 锻锤锤杆 45Cr 油淬 650 回火 k k 高 高 塑性高 强度低 易折断 寿命低 改用盐水淬火 350 500 中 温回火 强度提高 k k 与与塑性 降低 使用寿命明显提高 第 三 章 材 料 的 冲 击 韧 性 与 低 温 脆 性 c c k k 值对冲击疲劳抗力的影响值对冲击疲劳抗力的影响 材料强度不同 塑性和冲击韧性对冲击疲劳抗力的材料强度不同 塑性和冲击韧性对冲击疲劳抗力的 影响不同 影响不同 高强度钢

8、 超高强钢 塑性和冲击韧性作用大 高强度钢 超高强钢 塑性和冲击韧性作用大 中 低强度钢 塑性 冲击韧性作用不大 中 低强度钢 塑性 冲击韧性作用不大 因为中 低强度钢的冲击韧性已经较高 因为中 低强度钢的冲击韧性已经较高 第 三 章 材 料 的 冲 击 韧 性 与 低 温 脆 性 第 三 章 材 料 的 冲 击 韧 性 与 低 温 脆 性 四 冲击脆化效应四 冲击脆化效应 弹性变形以声速在介质中传播 在金属介质中声速很大弹性变形以声速在介质中传播 在金属介质中声速很大 4982m s4982m s 而普通摆锤冲击试验时 绝对变形速度只有 而普通摆锤冲击试验时 绝对变形速度只有 5 5 5 5

9、m s5 5m s 冲击弹性变形总能跟上冲击外力的变化冲击弹性变形总能跟上冲击外力的变化 因而应变速率对金属材料的弹性行为及弹性模量没有因而应变速率对金属材料的弹性行为及弹性模量没有 影响 而应变速率对塑性变形 断裂有显著影响 影响 而应变速率对塑性变形 断裂有显著影响 第 三 章 材 料 的 冲 击 韧 性 与 低 温 脆 性 冲击载荷作用下 瞬间作用于位错上的应力相当高 冲击载荷作用下 瞬间作用于位错上的应力相当高 结果造成位错运动速率增加 使滑移临界切应力增结果造成位错运动速率增加 使滑移临界切应力增 大 金属产生附加强化 使许多位错源同时开动 大 金属产生附加强化 使许多位错源同时开动

10、 抑制了单晶体的滑移 同时 冲击载荷增加位错密抑制了单晶体的滑移 同时 冲击载荷增加位错密 度 出现孪晶 减小位错运动自由行程的平均长度 度 出现孪晶 减小位错运动自由行程的平均长度 增加点缺陷的浓度 塑性变形不均匀等等 这些都增加点缺陷的浓度 塑性变形不均匀等等 这些都 使使金属塑性受到抑制金属塑性受到抑制 s s b b 冲击脆化 冲击脆化 第 三 章 材 料 的 冲 击 韧 性 与 低 温 脆 性 材料塑性与应变速率之间并无单值依存关系一般 材料塑性与应变速率之间并无单值依存关系一般 缺口试样冲击试验时的塑性低于静载试验缺口试样冲击试验时的塑性低于静载试验 高速变高速变 形时 某些金属可

11、能显示高塑性 形时 某些金属可能显示高塑性 如密排六方金属的爆炸成型 第 三 章 材 料 的 冲 击 韧 性 与 低 温 脆 性 第二节第二节 低温脆性低温脆性 一 系列冲击实验与低温脆性一 系列冲击实验与低温脆性 1 1 系列冲击实验 不同温度下对同一种材料进行冲 系列冲击实验 不同温度下对同一种材料进行冲 击实验 分别在低温 室温和高温下对材料进行冲击实验 分别在低温 室温和高温下对材料进行冲 击实验 得到不同温度下材料的系列冲击值击实验 得到不同温度下材料的系列冲击值A A k k 或 或 k k 从而获得 从而获得A A k k t t 或 或 k k t t曲线 曲线 第 三 章 材

12、 料 的 冲 击 韧 性 与 低 温 脆 性 2 2 低温脆性 低温脆性 体心立方 密排六方金属或合金在温度低于体心立方 密排六方金属或合金在温度低于t t k k 时 由时 由 塑韧性状态变为脆性状态 塑韧性状态变为脆性状态 A A k k 的现象 称为的现象 称为 低温脆性 低温脆性 材料发生冷脆性转变的温度材料发生冷脆性转变的温度 冷脆性转变温度冷脆性转变温度 t t k k 第 三 章 材 料 的 冲 击 韧 性 与 低 温 脆 性 材料低温脆性的产生 与 s c随温度变化有关 t tk c s金属先屈服后断裂 即韧性断裂 t tk ct t k k 机件安全 机件安全 余量余量 t

13、t 0 0 t tk k 取 取2020 6060 对于受冲击载荷的重要零件 对于受冲击载荷的重要零件 取上限 取上限 不受冲击载荷作用的非重要零件 不受冲击载荷作用的非重要零件 取下限取下限 第 三 章 材 料 的 冲 击 韧 性 与 低 温 脆 性 三 影响材料低温脆性的因素三 影响材料低温脆性的因素 1 1 晶体结构的影响 晶体结构的影响 体心立方 密排六方金属及其合金存在低温脆性 体心立方 密排六方金属及其合金存在低温脆性 面心立方金属及其合金一般不存在低温脆性 面心立方金属及其合金一般不存在低温脆性 产生原因产生原因 迟屈服现象 迟屈服现象 s s高速加载 体心立方金属瞬间高速加载

14、体心立方金属瞬间 并不屈服 经过一段时间后才发生屈服 且温度越并不屈服 经过一段时间后才发生屈服 且温度越 低 持续时间越长 不屈服 就不能削减应力峰值 低 持续时间越长 不屈服 就不能削减应力峰值 这为裂纹的发生和扩展创造了有利条件 这为裂纹的发生和扩展创造了有利条件 第 三 章 材 料 的 冲 击 韧 性 与 低 温 脆 性 2 2 化学成分的影响 化学成分的影响 间隙溶质元素含量增加 间隙溶质元素含量增加 晶格畸变程度加大 位晶格畸变程度加大 位 错运动阻力提高错运动阻力提高 屈服强度升高 脆性增大 韧脆转屈服强度升高 脆性增大 韧脆转 变温度提高 变温度提高 置换型溶质元素影响较小 也

15、提高冷脆性转变温置换型溶质元素影响较小 也提高冷脆性转变温 度 度 杂质元素杂质元素S S P P PbPb SnSn AsAs偏聚于晶界 产生偏聚于晶界 产生 沿晶脆性断裂 提搞了冷脆性转变温度 沿晶脆性断裂 提搞了冷脆性转变温度 第 三 章 材 料 的 冲 击 韧 性 与 低 温 脆 性 第 三 章 材 料 的 冲 击 韧 性 与 低 温 脆 性 3 3 显微组织的影响 显微组织的影响 细化晶粒 可提高材料的韧性 冷脆性转变温度细化晶粒 可提高材料的韧性 冷脆性转变温度 下降 下降 原因原因 晶界是裂纹扩展的阻力 晶界增多有利于降低应力晶界是裂纹扩展的阻力 晶界增多有利于降低应力 集中 降

16、低晶界上杂质度 避免产生沿晶界脆性断裂 集中 降低晶界上杂质度 避免产生沿晶界脆性断裂 第 三 章 材 料 的 冲 击 韧 性 与 低 温 脆 性 第 三 章 材 料 的 冲 击 韧 性 与 低 温 脆 性 铁素体 碳原子溶入到 Fe的八面体间隙内形成的 间隙式固溶体 奥氏体 碳原子溶入到fcc的 Fe中的八面体间隙内 形成的间隙式固溶体 渗碳体 是铁和碳形成的稳定化合物Fe3C 贝氏体 铁素体和渗碳体的非层片状混合物 铁素体 为基 渗碳体为分散的圆形质点 具有硬度 强度 韧性的最佳组合 较高温度下形成上贝氏体 粗大 较低温度下形成下贝氏体 细小 第 三 章 材 料 的 冲 击 韧 性 与 低 温 脆 性 马氏体 含碳低于0 2 的钢 在淬火或快冷条件下 FCC的奥氏体转变为马氏体 无韧性 硬 回火马氏体 十分细小的渗碳体在铁素体中的混合物 是在马氏体形成之后重新加热时形成的 比马氏体韧 性改善 回火索氏体 tempered martensite 是马氏体于回火时形 成的 是铁素体与粒状碳化物的混合物 贝氏体 铁素体和渗碳体的非层片状混合物 铁素体 为基 渗碳体为分散的圆形质点 具有硬