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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划脆性材料冲击材料的冲击韧性一、冲击韧性的定义冲击韧性：当试验机的重摆从一定高度自由落下时，在试样中间开V型缺口，试样吸收的能量等于重摆所作的功W。若试件在缺口处的最小横截面积为A，则冲击韧性k为：式中k的单位为J/cm2。冲击实验有两种：V型和U型，一般情况下V型冲击功测的数据小于U型的冲击功值。钢材的冲击韧性越大,钢材抵抗冲击荷载的能力越强。k值与试验温度有关。有些材料在常温时冲击韧性并不低，破坏时呈现韧性破坏特征。但当试验温度低于某值时，k突然大幅度下降，材料无明显塑性变形而发生
2、脆性断裂，这种性质称为钢材的冷脆性冲击韧性是一个对材料组织结构相当敏感的量,所以提高材料的冲击韧性的途径有:改变材料的成分,如加入钒,钛,铝,氮等元素,通过细化晶粒来提高其韧性,尤其是低温韧性;提高材料的冶金质量,减少偏析,夹渣等。二、缺口冲击试验的应用缺口冲击韧性试验的应用，主要表现在两方面：1用于控制材料的冶金质量和铸造，锻造，焊接及热处理等热加工工艺的质量。2用来评定材料的冷脆倾向。而评定脆断倾向的标准常常是和材料的具体服役条件相联系的。在这种情况下所提出的材料冲击韧性值要求，虽然不是一个直接的服役性能，但应理解为和具体服役条件有关的性能指标。材料因温度的降低导致冲击韧性的急剧下降并引起
3、脆性破坏的现象叫作冷脆。可将材料的冷脆倾向归结为3种类型，如图2-15所示。三冷脆转化温度的评定工程上希望确定一个材料的冷脆转化温度，在此温度以上只要名义应力还处于弹性范围，材料就不会发生脆性破坏。在冷脆转化温度的确定标准一旦建立之后，实际上是按照冷脆转化温度的高低来选择材料。例如，有两种材料A和B，在室温以上A的冲击韧性高于B，但当温度降低时，A的冲击韧性就急剧下降了，如按冷脆转化温度来选择材料时应选材料B，见图2-16。(1)断口形貌特征:在这种类型时，使用得最多的称为断口形貌转化温度FATT，是根据断口上出现50纤维状的韧性断口和50结晶状态的脆性断口作标准的。和静拉伸断口一样，冲击试样
4、断口一般也存在三个区域，见冲击试样断口形貌图。(2)能量标准:以某一固定能量来确定脆化温度。(3)断口的变形特征:将缺口试样冲断时，缺口的一侧收缩，另一侧膨胀，测量两侧面的边长，以边长差值为作为冷脆转化温度。理论上讲，材料的脆性转变温度可通过实验进行测试，得到该种材料在不同温度下的冲击功，当相邻两冲击功下降到一半时所对应的温度可认为是该种材料的冷脆转化温度。当该种材料的使用环境温度大于冷脆转化温度，我们可认为该材料不会发生冷脆。四、影响材料脆性断裂的冶金因素1材料成份:含碳量对钢的韧-脆转化曲线的影响见图2-18。随着钢中含碳量的增加，冷脆转化温度几乎呈线性地上升，且最大冲击值也急剧降低。钢的
5、含碳量每增加，冷脆转化温度升高约为。钢中含碳量的影响，主要归结为珠光体增加了钢的脆性。2.晶粒大小:细化晶粒一直是控制材料韧性避免脆断的主要手段。理论与实验均得出冷脆转化温度与晶粒大小有定量关系。如图2-19所示。3.显微组织:在给定强度下，钢的冷脆转化温度决定于转变产物。就钢中各种组织来说，珠光体有最高的脆化温度，按照脆化温度由高到低的依次顺序为：珠光体，上贝氏体，铁素体下贝氏体和回火马氏体。五结论1.冲击功与温度之间没有近似的关系，不同的材料曲线变化不一致，即使是同种材料由于制作工艺、扎制方法不同曲线也不同，该曲线是通过实验测得，可近似为S形，每种材料的转折点各不相同，甚至相差很远。2.理
6、论上讲，材料的脆性转变温度可通过实验进行测试，得到该种材料在不同温度下的冲击功，当相邻两冲击功下降到一半时所对应的温度可认为是该种材料的冷脆转化温度。当该种材料的使用环境温度大于冷脆转化温度，我们可认为该材料不会发生冷脆。3.冲击韧性是一个对材料组织结构相当敏感的量,所以提高材料的冲击韧性的途径有:1）改变材料的成分,如加入钒,钛,铝,氮等元素,通过细化晶粒来提高其韧性,尤其是低温韧性;2）提高材料的冶金质量,减少偏析,夹渣等。4.0冲击功不能取代-20冲击功。原因：0冲击功即使定得再高也不能反映该种材料的低温冷脆性。任何一种钢材都有一个转折点，即一个上平台和下平台，当一但达到冷脆转化温度，材
7、料会很快出现断裂。5.0冲击功和-20冲击功在制作成本上基本相差不大，不同的是-20冲击功的材料在合金元素的控制、型材的扎制方向、制造质量稍微严格，当工艺稳定后上两种冲击功的材料在制作成本上应不会有太大的差异，仅仅是顺应市场上的要求规定了不同要求的冲击功有不同的价格。包申格效应：指金属材料经预先加载产生少量塑性变形，而后再同向加载，规定残余伸长应力增加，反向加载，规定残余伸长量降低的想象1、金属的弹性模量主要取决于什么?为什么说它是一个对结构不敏感的力学姓能?答案：金属的弹性模量主要取决于金属键的本性和原子间的结合力，而材料的成分和组织对它的影响不大，所以说它是一个对组织不敏感的性能指标，这是
8、弹性模量在性能上的主要特点。改变材料的成分和组织会对材料的强度(如屈服强度、抗拉强度)有显著影响，但对材料的刚度影响不大。2.韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂更加危险？韧性断裂：是断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂特征：断裂面一般平行于最大切应力与主应力成45度角。断口成纤维状，灰暗色。断口三要素：纤维区、放射区、剪切唇这三个区域的比例关系与材料韧断性能有关。塑性好，放射线粗大；塑性差，放射线变细乃至消失。脆性断裂：断裂前基本不发生塑性变形的，突发的断裂。特征：断裂面与正应力垂直，断口平齐而光滑，呈放射状或结晶状。注意：脆性断裂也产生微量塑性变形。断面收缩率小于5为脆性断裂，大于5为韧性
9、断裂。3、何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口的性态的因素有哪些？答：三要素：纤维区，放射区，剪切唇。影响因素：此3个区域的形态，大小和相对位置，因试样形状，尺寸和金属材料的性能以及实验唯独，加载速度和受力状态不同而法神变化，一般来说，材料强度提高，塑性降低，则放射区比例增大，试样尺寸加大，放射区明显增大，而纤维区变化不大4、缺口冲击韧性试验能评定那些材料的低温脆性?那些材料不能用此方法检验和评定？答案：缺口冲击韧性试验能评定的材料是低、中强度的体心立方金属以及Bb，Zn，这些材料的冲击韧性对温度是很敏感的。对高强度钢、铝合金和钛合金以及面心立方金属、陶瓷材料等不能用此方法检验和评定。四、在评
10、定材料的缺口敏感应时，什么情况下宜选用缺口静拉伸试验?什么情况下宜选用缺口偏斜拉伸?什么情况下则选用缺口静弯试验?答案：缺口静拉伸试验主要用于比较淬火低中温回火的各种高强度钢，各种高强度钢在屈服强度小于1200MPa时，其缺口强度均随着材料屈服强度的提高而升高；但在屈服强度超过1200MPa以上时，则表现出不同的特性，有的开始降低，有的还呈上升趋势。缺口偏斜拉伸试验就是在更苛刻的应力状态和试验条件下，来检验与对比不同材料或不同工艺所表现出的性能差异。缺口试样的静弯试验则用来评定或比较结构钢的缺口敏感度和裂纹敏感度。5低温脆性：当试验温度低于某一温度时，材料的韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显
11、降低，断裂机理由微孔聚集变为穿晶解理，断口特征由纤维状变为结晶状。冲击韧度材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。6现需检验一下材料的冲击韧性，问哪些材料要开缺口？哪些材料不要开缺口？W18Cr4V,Cr12MoV,3Cr2W8V,40CrNiMo,30CrMnSi,20CrMnTi,铸铁需要开缺口的试样：40CrNiMo，30CrMnSi，20CrMnTi不需要开缺口的试样：W18Cr4V，Cr12MoV，3Cr2W8V，铸铁7试述焊接船舶比铆接船舶容易发生脆性破坏的原因。答：因为焊接接口之间会存在裂纹、气孔，而且连接体之间不是同一种材料，导致焊口脆性大，同时焊接时钢铁内部发生了组
12、织变化，但铆接就不一样了，它的抗拉能力很强，不易发生脆性断裂；发生脆性破坏主要是因为抗弯能力小啊。因为焊接船连接靠电焊，焊口脆性大，比如一般用的工具断裂一般就是焊口那，一个道理，根本原因还是焊接的时候钢铁内部发生了组织变化。铆接的就不一样了，也就是靠铆钉、螺栓来连接，它们的抗拉能力是很强的，而且有缓冲，中间有间隙。8.低应力脆断：高强度、超高强度钢的机件，中低强度钢的大型、重型机件在屈服应力以下发生的断裂应力场强度因子：反映裂纹尖端附近区域应力场强度的物理量，用Kt表示16.有一大型板件，材料的=1200MPa，KIc=115MPa*m1/2，探伤发现有20mm长的横向穿透裂纹，若在平均轴向拉
13、应力900MPa下工作，试计算KI及塑性区宽度R0，并判断该件是否安全？解：由题意知穿透裂纹受到的应力为=900MPa根据/的值，确定裂纹断裂韧度KIC是否休要修正因为/=900/1200=，所以裂纹断裂韧度KIC需要修正对于无限板的中心穿透裂纹，修正后的KI为：=塑性区宽度为：=(m)=(mm)比较K1与KIc：因为K1=KIc=115所以：K1KIc，裂纹会失稳扩展,所以该件不安全。17.有一轴件平行轴向工作应力150MPa，使用中发现横向疲劳脆性正断，断口分析表明有25mm深度的表面半椭圆疲劳区，根据裂纹a/c可以确定=1，测试材料的=720MPa，试估算材料的断裂韧度KIC为多少？解：
14、因为/=150/720=脆性材料冲击)击实验”。韧脆转变温度就是Ak-T曲线上Ak值显著降低的温度。曲线冲击功明显变化的中间部分称为转化区，脆性区和塑性区各占50%时的温度称为韧脆转变温度。当断口上结晶或解理状脆性区达到50%时，相应的温度称为断口形貌转化温度。脆性断裂百分数的测量：在显微镜下观察断裂试样的断裂面，脆性断裂部分一般是白亮的梯形，通过测量计算可得出梯形的面积，按下式计算出脆性断裂百分数：脆性断裂百分数?%?脆性区面积端口横截面积?100%。三、实验器材1、实验材料：低碳钢(Q235)、工业纯铁和T8钢。2、实验器材：冲击实验机；本实验中采用夏比试样，即截面为的方棒，一面中间有深为
15、的型缺口试样。冲击试样开缺口的目的是使缺口附近造成应力集中，保证在缺口处破断。缺口的深度和尖锐程度对冲击吸收功影响显著。缺口越深、越尖锐，值越小，材料表现的脆性越大；）；工具显微镜和15OJ(10J)两档，打击瞬间摆锤的冲击速度在/s之间，这些均符合GB/T229-1994标准的要求。其他技术条件应符合GB3808规定，并应定期按JJG145检定。3.测温仪器，高温冲击实验时，一般采用热电偶测温，低温冲击实验时，一般采用最小分度值不大于1的玻璃温度计。测温仪器(数字指示装置或电位差计)的误差应不超过%。热电偶参考端温度应保持恒定，偏差应不超过。4.介质：在高温或低温冲击实验中，可使用各种方法加热或冷却试样，实验用介质应安全、无毒，不腐蚀金属。使用的介质如下所示：使用液体介质加热或冷却试样时，恒温槽应有足够容量和介质，并应有使介质温度均匀的装置。对于高温或低温冲击实验，温
