材料力学：第7章 材料的冲击韧性及低温脆性

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1、第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性第三章第三章 材料的冲击韧性及低温脆性材料的冲击韧性及低温脆性 3-3-1冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性3-3-2低温脆性低温脆性1第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-1冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性一、冲击弯曲试验一、冲击弯曲试验 1.1.一次冲击弯曲试验一次冲击弯曲试验 缺口试样一次冲击弯曲试验缺口试样一次冲击弯曲试验原理如图原理如图3-13-1所示。试验在摆锤所示。试验在摆锤式冲击试验机上进行，将试样水式冲击试验机上进行，将试样水平放置于试验机支座上，缺口位平放置于试

2、验机支座上，缺口位于冲击相背方向。冲击时将具有于冲击相背方向。冲击时将具有一定质量一定质量G G的摆锤举至具有一定的摆锤举至具有一定高度高度H H1 1的位置，使其获得一定位的位置，使其获得一定位能能GHGH1 1。2第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-1冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性一、冲击弯曲试验一、冲击弯曲试验 释放摆锤冲断试样后摆锤释放摆锤冲断试样后摆锤的剩余能量为的剩余能量为GHGH2 2，则摆锤冲断，则摆锤冲断试样失去的位能为试样失去的位能为GHGH1 1-GH-GH2 2，此，此即为试样变形和断裂所吸收的即为试样变形和断裂所吸收的功，

3、称为功，称为冲击吸收功冲击吸收功，以，以A AK K表表示，单位为示，单位为J J。具体的试验与方。具体的试验与方法及操作规范可参考法及操作规范可参考GB 229-84GB 229-84和和GB2106-80GB2106-80。3第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-1冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性一、冲击弯曲试验一、冲击弯曲试验 国家标准规定冲击弯曲试验用标准试样分别为国家标准规定冲击弯曲试验用标准试样分别为夏比夏比(charpy)U型缺口试样和夏比型缺口试样和夏比V型缺口试样型缺口试样，两种试样的形状，两种试样的形状及尺寸如图所示。所测得的冲击吸

4、收功分别记为及尺寸如图所示。所测得的冲击吸收功分别记为AKU和和AKV 。 另外，测量陶瓷、铸铁或工具钢等另外，测量陶瓷、铸铁或工具钢等脆性材料脆性材料的冲击吸收功的冲击吸收功时，常采用时，常采用10mml0mm10mm的无缺口冲击试样。的无缺口冲击试样。4第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-1冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性一、冲击弯曲试验一、冲击弯曲试验 2.多次冲击弯曲试验多次冲击弯曲试验 实践表明，即使那些通常承受剧烈冲击载荷的机件，实践表明，即使那些通常承受剧烈冲击载荷的机件，也很少有只经受一次或几次冲击就断裂的。也很少有只经受一次或几次冲

5、击就断裂的。当试样破坏前承受的冲击次数当试样破坏前承受的冲击次数少于少于500-l000次次，试样断，试样断裂的规律裂的规律与一次冲击相同与一次冲击相同；当冲击次数当冲击次数Nl05时破坏后具有典型的时破坏后具有典型的疲劳断口特征疲劳断口特征。 这表明它是各次冲击损伤积累的结果，根本不同于一这表明它是各次冲击损伤积累的结果，根本不同于一次冲击破坏的过程，所以多冲抗力不能用次冲击破坏的过程，所以多冲抗力不能用AK值简单代值简单代替。因此，为了解决机件多冲断裂失效问题，应对材替。因此，为了解决机件多冲断裂失效问题，应对材料进行小能量的多次冲击试验，提出多冲抗力，并研料进行小能量的多次冲击试验，提出

6、多冲抗力，并研究它的变化规律。究它的变化规律。5第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-1冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性一、冲击弯曲试验一、冲击弯曲试验 多次冲击试验在落锤式多次冲多次冲击试验在落锤式多次冲击试验机击试验机PC-150上进行，冲击频上进行，冲击频率为率为450周次周次/min和和600周次周次/min。冲击能量靠冲程调节而变换冲击能量靠冲程调节而变换(0.1-1.5J)，可做多冲弯曲、拉，可做多冲弯曲、拉伸和压缩试验。试验后可绘制出伸和压缩试验。试验后可绘制出冲击功冲击功A-冲断次数冲断次数N曲线曲线，如图，如图3-4所示。从所示。从A

7、-N多冲曲线不难看多冲曲线不难看出，出，随冲击功随冲击功A的减少，冲断次的减少，冲断次数数N增加增加。6第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-1冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性二、冲击韧性及其工程意义二、冲击韧性及其工程意义 1.1.一次冲击一次冲击 用试样缺口处截面用试样缺口处截面FN(cm2)去除去除AKV(AKU)，便得，便得到到冲击韧度或冲击值冲击韧度或冲击值aKV(aKU)，即，即 aKV(aKU)是一个综合性的力学性能指标，是一个综合性的力学性能指标，与材料的强与材料的强度和塑性有关度和塑性有关，单位为单位为J/m2。7第三章第三章 材料的

8、冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-1冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性二、冲击韧性及其工程意义二、冲击韧性及其工程意义 一般将一般将akv(aku)视为材料抵抗冲击载荷作用的力学性能视为材料抵抗冲击载荷作用的力学性能指标，用来指标，用来评定材料的韧脆程度，作为保证机件安全设评定材料的韧脆程度，作为保证机件安全设计的指标计的指标。 但但akv(aku)表示表示单位面积的平均冲击功值单位面积的平均冲击功值，是一个，是一个数学平数学平均量均量。实际上冲击试样承受弯曲载荷，缺口截面上的应。实际上冲击试样承受弯曲载荷，缺口截面上的应力应变分布是极不均匀的，塑性变形和试样所吸收的功

9、力应变分布是极不均匀的，塑性变形和试样所吸收的功主要集中在缺口附近，故取平均值是毫无物理意义的，主要集中在缺口附近，故取平均值是毫无物理意义的，所以这指标目前已不大使用。所以这指标目前已不大使用。8第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-1冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性二、冲击韧性及其工程意义二、冲击韧性及其工程意义 冲击功冲击功AK虽可表示材料的变脆倾向，但不能真正反虽可表示材料的变脆倾向，但不能真正反映材料的韧脆程度映材料的韧脆程度。因为用于冲断试样的冲击功。因为用于冲断试样的冲击功AK并非并非完全被试样的变形和断裂过程所吸收，其中有一部分功完全被

10、试样的变形和断裂过程所吸收，其中有一部分功消耗子空气阻力、机身振动、轴承与测量机构的摩擦及消耗子空气阻力、机身振动、轴承与测量机构的摩擦及冲断试样的飞出等。冲断试样的飞出等。 尽管冲击吸收功不能真正代表材料的韧性程度，但由尽管冲击吸收功不能真正代表材料的韧性程度，但由于于它对材料成分、内部组织变化十分敏感，而且一次冲它对材料成分、内部组织变化十分敏感，而且一次冲击弯曲试验方法简便易行击弯曲试验方法简便易行，所以仍被广泛采用。，所以仍被广泛采用。9第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-1冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性二、冲击韧性及其工程意义二、冲击韧性

11、及其工程意义 一次冲击弯曲试验主要有以下几方面用途：一次冲击弯曲试验主要有以下几方面用途： 它能反映出原始材料的冶金质量和热加工产品的质量它能反映出原始材料的冶金质量和热加工产品的质量。通过测量通过测量AK值和对冲断试样的断口分析，可揭示原材料值和对冲断试样的断口分析，可揭示原材料中的气孔、夹杂、偏析、严重分层和夹杂物超标等冶金中的气孔、夹杂、偏析、严重分层和夹杂物超标等冶金缺陷；还可检查过热、过烧、回火脆性等锻造或热处理缺陷；还可检查过热、过烧、回火脆性等锻造或热处理缺陷。缺陷。10第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-1冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击

12、韧性二、冲击韧性及其工程意义二、冲击韧性及其工程意义 测定材料的韧脆性转变温度。测定材料的韧脆性转变温度。根据系列冲击试验根据系列冲击试验(低温冲击试验低温冲击试验)可获得可获得AK与温度的关系曲线，据此与温度的关系曲线，据此确定材料的韧脆转变温度，以供选材参考或抗脆断确定材料的韧脆转变温度，以供选材参考或抗脆断设计。设计。根据根据Ak值可以值可以评定材料对大能量冲击破坏的缺口敏评定材料对大能量冲击破坏的缺口敏感性感性。11第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-1冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性二、冲击韧性及其工程意义二、冲击韧性及其工程意义 2.2.

13、多次冲击多次冲击 目前还没有统一表示多冲抗力的方法，一般用某目前还没有统一表示多冲抗力的方法，一般用某种冲击能量种冲击能量A下的冲断周次下的冲断周次N或用要求的冲或用要求的冲击击工作工作寿命寿命N时的冲断能量时的冲断能量A来表示试样的来表示试样的多冲抗力多冲抗力。 材料的多冲抗力是一个材料的多冲抗力是一个取决于强度和塑性的综合取决于强度和塑性的综合力学性能力学性能，它的变化有如下一些规律。，它的变化有如下一些规律。12第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-1冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性二、冲击韧性及其工程意义二、冲击韧性及其工程意义 冲击能量高时，

14、材料的多次冲击抗力主要取决于塑性；冲击能量高时，材料的多次冲击抗力主要取决于塑性；冲击能量低时，材料的多冲抗力主要取决于强度。冲击能量低时，材料的多冲抗力主要取决于强度。 多数受冲击载荷作用的机件，均在数万到数百万多数受冲击载荷作用的机件，均在数万到数百万次以上，属于小能量冲击，其冲击抗力主要取决于强次以上，属于小能量冲击，其冲击抗力主要取决于强度，在选材或制定工艺时应尽量考虑强度的主导作用，度，在选材或制定工艺时应尽量考虑强度的主导作用，不应盲目追求塑性和冲击韧性。不应盲目追求塑性和冲击韧性。13第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-1冲击弯曲试验与冲击韧性冲击

15、弯曲试验与冲击韧性二、冲击韧性及其工程意义二、冲击韧性及其工程意义 图图3-5为为35钢经钢经200和和500回火的多冲曲线两条曲回火的多冲曲线两条曲线在线在102周次左右处相交。在交点以左，经周次左右处相交。在交点以左，经500回火回火材料的塑性高，材料的塑性高，强度低，其冲击疲强度低，其冲击疲劳抗力高，寿命长；劳抗力高，寿命长；在交点以右，冲击在交点以右，冲击能量低时，经能量低时，经200回火材料的强度高，回火材料的强度高，塑性低，其冲疲劳塑性低，其冲疲劳抗力高，寿命长抗力高，寿命长.14第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-1冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试

16、验与冲击韧性二、冲击韧性及其工程意义二、冲击韧性及其工程意义 不同的冲击能量要求不同的不同的冲击能量要求不同的强度与塑性配合。强度与塑性配合。图图3-6为为40钢强度、塑性、冲击钢强度、塑性、冲击韧性及不同能量下的冲断次数韧性及不同能量下的冲断次数与回火温度的关系由图可见，与回火温度的关系由图可见，40钢的冲击疲劳抗力随回火温钢的冲击疲劳抗力随回火温度的变化不是单调的变化，而度的变化不是单调的变化，而是在某一温度下有一个峰值，是在某一温度下有一个峰值，且此峰值随冲击能量增加向高且此峰值随冲击能量增加向高温方向移动温方向移动15第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-

17、1冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性二、冲击韧性及其工程意义二、冲击韧性及其工程意义 不同的冲击能量要求不同的不同的冲击能量要求不同的强度与塑性配合。强度与塑性配合。 说明不同冲击能量下，要求说明不同冲击能量下，要求的强度与塑性配合不同例如的强度与塑性配合不同例如锻锤锤杆，原用锻锤锤杆，原用45Cr钢油淬，钢油淬，650回火，回火，k值高，强度低，值高，强度低，使用过程中常易折断，寿命低。使用过程中常易折断，寿命低。根据多冲疲劳抗力变化规律，根据多冲疲劳抗力变化规律，改用盐水淬火加中温回火，强改用盐水淬火加中温回火，强度提高，度提高， k值降低，使用寿命值降低，使用寿命明显提高明显提

18、高16第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-1冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性二、冲击韧性及其工程意义二、冲击韧性及其工程意义 aKV值对冲击疲劳抗力的影响。值对冲击疲劳抗力的影响。 材料强度不同对冲击疲劳抗力的影响不同。高强度钢和材料强度不同对冲击疲劳抗力的影响不同。高强度钢和超高强度钢的塑性和冲击韧性对提高冲击疲劳抗力有较大超高强度钢的塑性和冲击韧性对提高冲击疲劳抗力有较大作用；而中、低强度钢的塑性和冲击韧性对提高冲击疲劳作用；而中、低强度钢的塑性和冲击韧性对提高冲击疲劳抗力作用不大。抗力作用不大。 见图见图3-7，高强度时，高强度时，bl500M

19、Pa，随，随aKU值值增加，冲击疲劳抗力显著增加，冲击疲劳抗力显著增大；而低强度时，增大；而低强度时，bl000MPa，随，随aKU值增加，值增加，冲击疲劳抗力提高不多。冲击疲劳抗力提高不多。17第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-1冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性二、冲击韧性及其工程意义二、冲击韧性及其工程意义 aKV值对冲击疲劳抗力的影响。值对冲击疲劳抗力的影响。 这是因为这是因为中强度钢中强度钢的的冲击韧度已经比较高冲击韧度已经比较高，再增加，再增加aKU值对提高冲击疲劳抗力的影响甚微；而对值对提高冲击疲劳抗力的影响甚微；而对高强度水平材高强度

20、水平材料，冲击韧度比较低料，冲击韧度比较低，适当提高一些韧性对提高冲击疲，适当提高一些韧性对提高冲击疲劳抗力的影响比较突出。劳抗力的影响比较突出。 应当指出，上述冲击疲劳的规律都是用应当指出，上述冲击疲劳的规律都是用小试样试验小试样试验得得出的结果，在应用于出的结果，在应用于大尺寸的实际机件大尺寸的实际机件时，要结合具体时，要结合具体情况慎重分析，要考虑应力状态和尺寸效应问题，必要情况慎重分析，要考虑应力状态和尺寸效应问题，必要时还要进行断裂力学分析，以防发生脆断。时还要进行断裂力学分析，以防发生脆断。18第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-1冲击弯曲试验与冲击

21、韧性冲击弯曲试验与冲击韧性三、冲击脆化效应三、冲击脆化效应 尽管机件在尽管机件在冲击载荷作用下的冲击载荷作用下的失效类型失效类型和静载荷和静载荷一样一样，仍表现为，仍表现为过量弹性变形、过量塑性变形和断裂过量弹性变形、过量塑性变形和断裂，但在分析冲击载荷下机件的失效及材料的力学行但在分析冲击载荷下机件的失效及材料的力学行为时必须注意冲击载荷本身的特性。为时必须注意冲击载荷本身的特性。19第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-1冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性三、冲击脆化效应三、冲击脆化效应 静载荷下机件所受的应力，主要与机件的形状及载荷静载荷下机件所受

22、的应力，主要与机件的形状及载荷的类型和大小有关。的类型和大小有关。 而在冲击负荷下，而在冲击负荷下，由于负荷的能量性质使整个承载由于负荷的能量性质使整个承载系统承受冲击能因此，机件及与机件相连物体的刚度系统承受冲击能因此，机件及与机件相连物体的刚度都直接影响冲击过程的持续时间，从而影响加载速度和都直接影响冲击过程的持续时间，从而影响加载速度和惯性力的大小惯性力的大小 由于冲击过程持续时间很短而测不准确，由于冲击过程持续时间很短而测不准确，就很难按惯性力计算机件内的应力所以，冲击载荷下就很难按惯性力计算机件内的应力所以，冲击载荷下的应力通常按能量守恒法计算，并假定冲击能全部转换的应力通常按能量守

23、恒法计算，并假定冲击能全部转换成机件内的弹性能再计算应力和应变成机件内的弹性能再计算应力和应变20第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-1冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性三、冲击脆化效应三、冲击脆化效应 静载荷下机件所受的应力，主要与机件的形状及载荷静载荷下机件所受的应力，主要与机件的形状及载荷的类型和大小有关。的类型和大小有关。 众所周知，弹性变形是以声速在介质中传播的。在众所周知，弹性变形是以声速在介质中传播的。在金属介质如钢中，声速达到了金属介质如钢中，声速达到了4982m4982ms s，而普通摆锤冲，而普通摆锤冲击试验时绝对变形速度只有击试验

24、时绝对变形速度只有5 55.5m5.5ms s，这样，冲击弹，这样，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影响材料的弹性行为及弹性模量没有影响 而应变速率对塑而应变速率对塑性变形、断裂及有关的力学性能有显著的影响性变形、断裂及有关的力学性能有显著的影响21第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-1冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性三、冲击脆化效应三、冲击脆化效应 在冲击载荷作用下，瞬间作用于位错上的应力相当高，在冲击载荷作用下，瞬间作用于位错上的应力相当高，结果造成

25、位错运动速率增加。因为位错宽度及其能量与结果造成位错运动速率增加。因为位错宽度及其能量与位错运动速率有关。运动速率愈大，则能量愈大，宽度位错运动速率有关。运动速率愈大，则能量愈大，宽度愈小，故派纳力愈大。结果愈小，故派纳力愈大。结果滑移临界切应力增大，金属滑移临界切应力增大，金属产生附加强化产生附加强化。 由于冲击载荷下的应力水平较高，可使许多位错源由于冲击载荷下的应力水平较高，可使许多位错源同时开动，结果在单晶体中抑制了易滑移阶段的产生和同时开动，结果在单晶体中抑制了易滑移阶段的产生和发展此外，冲击载荷还增加位错密度和滑移系数目，发展此外，冲击载荷还增加位错密度和滑移系数目，出现孪晶，减小位

26、错运动自由行程的平均长度，增加点出现孪晶，减小位错运动自由行程的平均长度，增加点缺陷浓度上述诸点均使金属材料在冲击载荷作用下塑缺陷浓度上述诸点均使金属材料在冲击载荷作用下塑性变形难以充分进行性变形难以充分进行派纳力派纳力: : 位错滑移临界切应力 22第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-1冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性三、冲击脆化效应三、冲击脆化效应 在静载下，塑性变形在静载下，塑性变形较均匀地分布于各个晶粒中较均匀地分布于各个晶粒中。在冲击载荷下，塑性变形主要集中在某些局部区域，在冲击载荷下，塑性变形主要集中在某些局部区域，这表明冲击载荷下的塑性

27、变形是这表明冲击载荷下的塑性变形是极不均匀的极不均匀的。这种不均。这种不均匀情况限制了塑性变形的发展，导致屈服强度和抗拉强匀情况限制了塑性变形的发展，导致屈服强度和抗拉强度提高。且屈服强度提高得较多，抗拉强度提高得较少。度提高。且屈服强度提高得较多，抗拉强度提高得较少。 材料塑性相应变速率之间并无单值依存关系，在大材料塑性相应变速率之间并无单值依存关系，在大多数情况下，缺口试样冲击试验时的塑性比静载试验的多数情况下，缺口试样冲击试验时的塑性比静载试验的要低在高速变形时，某些金属可能显示出高塑性，如要低在高速变形时，某些金属可能显示出高塑性，如密排六方金属爆炸成型就是如此密排六方金属爆炸成型就是

28、如此23第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-1冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性三、冲击脆化效应三、冲击脆化效应 塑性和韧性随着应变速率增加而变化的特征与断塑性和韧性随着应变速率增加而变化的特征与断裂方式有关。如在一定加载规范和温度下，材料产生裂方式有关。如在一定加载规范和温度下，材料产生正断，则断裂应力变化不大，塑性随应变速率的增加正断，则断裂应力变化不大，塑性随应变速率的增加而减小。如果材料产生剪断，则断裂应力随应变速率而减小。如果材料产生剪断，则断裂应力随应变速率提高显著增加，塑性可能不变，也可能提高。提高显著增加，塑性可能不变，也可能提高。24

29、第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-2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 系列冲击实验在材料研究与生产实际中应用较广，系列冲击实验在材料研究与生产实际中应用较广，因为它比其他实验方法更能灵敏地反映出材料力学性因为它比其他实验方法更能灵敏地反映出材料力学性能随内因和外因变化的差异。能随内因和外因变化的差异。 对某些材料，当冲击实验分别在低温、室温和高对某些材料，当冲击实验分别在低温、室温和高温下进行时可以得到一系列冲击值温下进行时可以得到一系列冲击值A AK K( (或或a aK K) )，这种材料，这种材料冲击韧性与温度的关系曲

30、线，即冲击韧性与温度的关系曲线，即A AK K-t-t或或a aK K-t-t。这种不同。这种不同温度下的冲击试验称为温度下的冲击试验称为系列冲击试验系列冲击试验。据此可以评定。据此可以评定材料的低温脆性、蓝脆和重结晶脆性等。材料的低温脆性、蓝脆和重结晶脆性等。而这些脆性而这些脆性是材料使用中力图避免出现的，因此系列冲击试验有是材料使用中力图避免出现的，因此系列冲击试验有一定的实用意义一定的实用意义25第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-2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 系列冲击实验证明：系列冲击实验证明：体心立方金属及合金

31、或某些密体心立方金属及合金或某些密排六方晶体金属及合金排六方晶体金属及合金，尤其是工程上常用的中、低强，尤其是工程上常用的中、低强度结构钢，当试验温度度结构钢，当试验温度低于某一温度低于某一温度t tk k时，材料由时，材料由韧性状韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，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孔聚集变为穿晶解理，断口特征由纤维状变为结晶状，这就是这就是低温脆性低温脆性。转变温度。转变温度t tk k称为称为韧脆转变温度或冷脆转韧脆转变温度或冷脆转变温度变温度。面心立方金属及合金面心立方金属及合金一般一般没有低

32、温脆性现象没有低温脆性现象，但在但在20-42K20-42K极低温度下极低温度下奥氏体钢及铝合金有奥氏体钢及铝合金有冷脆性冷脆性。高高强度钢及超高强度钢强度钢及超高强度钢在很宽温度范围内冲击吸收功均较在很宽温度范围内冲击吸收功均较低，故低，故韧脆转变不明显韧脆转变不明显。 26第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-2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 实验中归纳有实验中归纳有3 3种不同的冲击吸收功种不同的冲击吸收功- -温度关系曲线。温度关系曲线。第一类曲线显示材料在很宽的实验温度范围内都是脆第一类曲线显示材料在很宽的实验温度范

33、围内都是脆性的。如淬火态的高碳马氏体钢。性的。如淬火态的高碳马氏体钢。第二类曲线显示具有面心立方结构的金属如铜、铝等第二类曲线显示具有面心立方结构的金属如铜、铝等材料在很低的温度下仍具有较高的韧性。这类材料的屈材料在很低的温度下仍具有较高的韧性。这类材料的屈服强度对温度和应变速率的变化不敏感。服强度对温度和应变速率的变化不敏感。第三类曲线显示材料在一定温度区间产生低温脆性转第三类曲线显示材料在一定温度区间产生低温脆性转变，如体心立方金属及其合金、某些密排六方金属及其变，如体心立方金属及其合金、某些密排六方金属及其合金，及许多珠光体合金，及许多珠光体- -铁素体两相钢。这类材料的屈服强铁素体两相

34、钢。这类材料的屈服强度对温度和应变速率的变化是十分敏感的。度对温度和应变速率的变化是十分敏感的。27第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-2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 从宏观角度分析，材料低温跪性的产生与其屈服强度从宏观角度分析，材料低温跪性的产生与其屈服强度s和断裂强度和断裂强度c随温度的变化有关因热激活对裂纹扩展的随温度的变化有关因热激活对裂纹扩展的力学条件没有明显作用，故断裂强度力学条件没有明显作用，故断裂强度c随温度的变化很小随温度的变化很小屈服强度屈服强度s随随温度的变化情况与材料温度的变化情况与材料的本性有关的

35、本性有关 具有面心立方结构具有面心立方结构材料的材料的s s随温度的下降随温度的下降变化不大近似为水平变化不大近似为水平线，即使在很低的温度线，即使在很低的温度仍未与仍未与c c曲线相交，故曲线相交，故其脆性断裂现象不明显其脆性断裂现象不明显28第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-2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 从宏观角度分析，从宏观角度分析， 具有体心立方或密排六方结具有体心立方或密排六方结构的金属或合金的屈服强度构的金属或合金的屈服强度s对温对温度变化十分敏感，温度降低，度变化十分敏感，温度降低，s s急剧升高，故两线

36、交于一点，该急剧升高，故两线交于一点，该交点对应的温度即为交点对应的温度即为t tk k。高于。高于tktk时，时，c cs s，材料受载后先屈服再断，材料受载后先屈服再断裂，为韧性断裂；低于裂，为韧性断裂；低于t tk k时，外加时，外加应力首先达到应力首先达到c c，材料表现为脆，材料表现为脆性断裂性断裂29第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-2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 微观上，体心立方金属的低温跪性与位错在晶体中运微观上，体心立方金属的低温跪性与位错在晶体中运动的阻力动的阻力i i，对温度变化非常敏感有关，对温度

37、变化非常敏感有关，i i在低温下在低温下增加，故该类材料在低温下处于脆性状态面心立方金增加，故该类材料在低温下处于脆性状态面心立方金属因位错宽度比较大，属因位错宽度比较大，i i对温度变化不敏感，故一般不对温度变化不敏感，故一般不显示低温脆性显示低温脆性 体心立方金属的低温脆性还与迟屈服现象有关，即体心立方金属的低温脆性还与迟屈服现象有关，即对该材料施加一大于对该材料施加一大于s s的高速载荷时材料并不立即产生的高速载荷时材料并不立即产生屈服，而需经过一段孕育期才开始塑性变形在孕育期屈服，而需经过一段孕育期才开始塑性变形在孕育期间只产生弹性变形而没有塑性变形消耗能量，故有利于间只产生弹性变形而

38、没有塑性变形消耗能量，故有利于裂纹的扩展，从而表现为脆性破坏。而具有面心立方结裂纹的扩展，从而表现为脆性破坏。而具有面心立方结构材料的迟屈服现象不明显，故其低温脆性也不明显构材料的迟屈服现象不明显，故其低温脆性也不明显 30第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-2低温脆性低温脆性二、韧性转化温度及其评价方法二、韧性转化温度及其评价方法 因为韧性是材料塑性变形和断裂全过程吸收能量的能因为韧性是材料塑性变形和断裂全过程吸收能量的能力，它是强度和塑性的综合表现，因而在特定条件下，力，它是强度和塑性的综合表现，因而在特定条件下，能量、强度和塑性都可用来表示韧性。所以，能量

39、、强度和塑性都可用来表示韧性。所以，依照试样依照试样断裂消耗的功、断裂后塑性变形的大小及断口形貌均可断裂消耗的功、断裂后塑性变形的大小及断口形貌均可以确定以确定tk。 目前尚无简单的判据求韧脆转变温度目前尚无简单的判据求韧脆转变温度tk。通常只是根。通常只是根据能量、塑性变形或断口形貌随温度的变化定义据能量、塑性变形或断口形貌随温度的变化定义tK。 为此，需要在不同温度下进行冲击弯曲试验，根据试为此，需要在不同温度下进行冲击弯曲试验，根据试验结果作出冲击吸收功一温度曲线、试样断裂后塑性变验结果作出冲击吸收功一温度曲线、试样断裂后塑性变形量和温度的关系曲线、断口形貌中各区所占面积和温形量和温度的

40、关系曲线、断口形貌中各区所占面积和温度的关系曲线等，根据这些曲线求度的关系曲线等，根据这些曲线求tk31第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-2低温脆性低温脆性二、韧性转化温度及其评价方法二、韧性转化温度及其评价方法 根据能量判据和断口形貌判据定义根据能量判据和断口形貌判据定义t tk k ，各种韧脆性，各种韧脆性转变温度判据见图转变温度判据见图3-93-9。32第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-2低温脆性低温脆性二、韧性转化温度及其评价方法二、韧性转化温度及其评价方法 按能量法定义按能量法定义2L2L的方法有如下几种：的方法有如

41、下几种： (1)(1)当低于某一温度材料吸收的冲击能量基本不当低于某一温度材料吸收的冲击能量基本不随温度而变化，形成一平台，该能量称为随温度而变化，形成一平台，该能量称为“低阶能低阶能”以低阶能开始上升的温度定义以低阶能开始上升的温度定义t tk k ，并记为，并记为NDT(nildu-NDT(nildu-ctilityctility temperature) temperature)，称为，称为无塑性或零塑性转变温度无塑性或零塑性转变温度。这是无预先塑性变形断裂对应的温度，是最易确定这是无预先塑性变形断裂对应的温度，是最易确定t tk k的判的判据。在据。在NDTNDT以下，断口由以下，断口

42、由100100结晶区结晶区( (解理区解理区) )组成。组成。33第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-2低温脆性低温脆性二、韧性转化温度及其评价方法二、韧性转化温度及其评价方法 (2)(2)高于某一温度材料吸收的能量高于某一温度材料吸收的能量也基本不变，形成一个上平台，也基本不变，形成一个上平台，称为称为“高阶能高阶能”。以高阶能对应。以高阶能对应的温度为的温度为t tk k，记为，记为FTP(fractureFTP(fracture transition plastic)transition plastic)。高于。高于FTPFTP的断裂，将得到的断裂，将得到

43、100100的纤维状断的纤维状断口。显然，这是一种最保守定义口。显然，这是一种最保守定义t tk的方法。的方法。34第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-2低温脆性低温脆性二、韧性转化温度及其评价方法二、韧性转化温度及其评价方法 (3)(3)以低阶能和高阶能平均值对应以低阶能和高阶能平均值对应的温度定义，并记为的温度定义，并记为FTE(fracture FTE(fracture transition elastictransition elastic。(4)(4)以以A AKVKV1515尺磅尺磅(20.3Nm)(20.3Nm)对应对应的温度定义，并记为的温度定义

44、，并记为V V1515TTTT。实践。实践表明，低碳钢船用钢板服役时若冲表明，低碳钢船用钢板服役时若冲击韧性大于击韧性大于1515尺磅或在尺磅或在V15TTTT 以上以上工作就不致于发生脆性断裂。工作就不致于发生脆性断裂。35第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-2低温脆性低温脆性二、韧性转化温度及其评价方法二、韧性转化温度及其评价方法 (5)(5)冲击试样冲断后，其断口形貌如图冲击试样冲断后，其断口形貌如图3-103-10所示。所示。 如同拉伸试验一样，冲击试样断如同拉伸试验一样，冲击试样断口也有纤维区、放射区口也有纤维区、放射区( (结晶区结晶区) )和剪和剪

45、切唇几部分，但在不同试验温度下，切唇几部分，但在不同试验温度下，3 3个区之间的相对面积是不同的。温度个区之间的相对面积是不同的。温度下降，纤维区面积突然减少，结晶区下降，纤维区面积突然减少，结晶区面积突然增大，材料由韧变脆。面积突然增大，材料由韧变脆。36第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-2低温脆性低温脆性二、韧性转化温度及其评价方法二、韧性转化温度及其评价方法 (5)(5)冲击试样冲断后，其断口形貌如图冲击试样冲断后，其断口形貌如图3-103-10所示。所示。 通常取结晶区面积占整个断口面积通常取结晶区面积占整个断口面积5050时的温度为时的温度为t tK

46、 K，并记为，并记为50FATT(fracture appearance transition temperature)或或FATT50、t50。 50FATT反映了裂纹扩展变反映了裂纹扩展变化特征，可以定性地评定材料在裂化特征，可以定性地评定材料在裂纹扩展过程中吸收能量的能力。实纹扩展过程中吸收能量的能力。实验发现，验发现，50FATT与断裂韧度与断裂韧度KIc开始急速降低的温度有较好的对应开始急速降低的温度有较好的对应关系，故得到广泛应用但此方法关系，故得到广泛应用但此方法需要目测评定各区所占面积，受人需要目测评定各区所占面积，受人为影响较大为影响较大37第三章第三章 材料的冲击韧性及材料

47、的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-2低温脆性低温脆性二、韧性转化温度及其评价方法二、韧性转化温度及其评价方法 韧脆转变温度韧脆转变温度tk反映了温度对韧脆性的影响，是从反映了温度对韧脆性的影响，是从韧性角度选材的重要依据之一，可用于抗脆断设计，韧性角度选材的重要依据之一，可用于抗脆断设计，但不能直接用来设计计算机件的承载能力或截面尺寸但不能直接用来设计计算机件的承载能力或截面尺寸对于在低温服役的机件，依据材料的对于在低温服役的机件，依据材料的tk值可以直接或值可以直接或间接地估计它们的最低使用温度显然，机件的最低间接地估计它们的最低使用温度显然，机件的最低使用温度必须高于使用温度必须高于tkt

48、k，两者之差愈大愈安全为此，两者之差愈大愈安全为此，选用的材料应该具有一定的韧性温度储备选用的材料应该具有一定的韧性温度储备（=t0-tk，t0为材料使用温度），为材料使用温度），值常取值常取2060 对于受冲击对于受冲击负荷的重要机件负荷的重要机件值取上限；不受冲击载荷作用的非值取上限；不受冲击载荷作用的非重要机件重要机件值取下限值取下限 38第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-2低温脆性低温脆性二、韧性转化温度及其评价方法二、韧性转化温度及其评价方法 上述表明，由于定义上述表明，由于定义t tk k的方法不同，同一材料的方法不同，同一材料所得所得t tk k

49、亦有差异；同一材料，使用同一定义方法。亦有差异；同一材料，使用同一定义方法。由于外界因素由于外界因素( (如试样尺寸、缺口尖锐度和加载速如试样尺寸、缺口尖锐度和加载速率等率等) )的改变，的改变，t tk k也要变化。所以，在一定条件下也要变化。所以，在一定条件下用试样侧得的用试样侧得的t tk k，因为和实际结构工况之间无直接，因为和实际结构工况之间无直接联系，不能说明该材料制成的机件一定在该温度下联系，不能说明该材料制成的机件一定在该温度下断裂。断裂。39第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-2低温脆性低温脆性三、影响材料低温脆性的因素三、影响材料低温脆性的因

50、素 1.1.晶体结构的影响晶体结构的影响 体心立方金属及其合金存在低温脆性，面心立方金体心立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。属及其合金一般不存在低温脆性。 体心立方金属的低温脆性可能和体心立方金属的低温脆性可能和迟屈服现象迟屈服现象有密切有密切关系。所谓迟屈服是指关系。所谓迟屈服是指当用高于材料屈服极限的载荷以当用高于材料屈服极限的载荷以高加载速度作用于体心立方结构材料时，瞬间并不屈服，高加载速度作用于体心立方结构材料时，瞬间并不屈服，需在该应力下保持一定时间后才发生屈服需在该应力下保持一定时间后才发生屈服。且温度越低，且温度越低，持续的时间越长，这就为裂纹

51、的发生和传播造成有利条持续的时间越长，这就为裂纹的发生和传播造成有利条件。件。中、低强度钢的基体是体心立方结构的快素体，故中、低强度钢的基体是体心立方结构的快素体，故都有明显的低温脆性都有明显的低温脆性。40第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-2低温脆性低温脆性三、影响材料低温脆性的因素三、影响材料低温脆性的因素 2.2.化学成分的影响化学成分的影响 间隙溶质元素间隙溶质元素含量增加，高阶能下降，韧脆转含量增加，高阶能下降，韧脆转变温度提高。变温度提高。 这是由于间隙溶质元素溶入基体金属品格中，这是由于间隙溶质元素溶入基体金属品格中，通过与位借的交互作用偏聚于位

52、借线附近形成柯通过与位借的交互作用偏聚于位借线附近形成柯氏气团，既增加氏气团，既增加 i，又使，又使k ky y增加，致使增加，致使s s升高，升高，所以钢的脆性增大所以钢的脆性增大41第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-2低温脆性低温脆性三、影响材料低温脆性的因素三、影响材料低温脆性的因素 2.2.化学成分的影响化学成分的影响 钢中加入钢中加入置换型溶质元素置换型溶质元素(Ni(Ni、MnMn例外例外) )一般也降低高一般也降低高阶能，提高韧脆转变温度，但这种影响较间隙溶质原子阶能，提高韧脆转变温度，但这种影响较间隙溶质原子小得多。置换型溶质元素对韧脆转变温度

53、的影响与小得多。置换型溶质元素对韧脆转变温度的影响与i、ky及及s的变化有关的变化有关NiNi减小低温时的减小低温时的i和和ky，故故韧性提高同时韧性提高同时NiNi还增加还增加层错能，促进低温时螺位层错能，促进低温时螺位错交滑移，使裂纹扩展消错交滑移，使裂纹扩展消耗功增加，故韧性增加耗功增加，故韧性增加若降低层错能，则促进位若降低层错能，则促进位错扩展或形成半晶错扩展或形成半晶42第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-2低温脆性低温脆性三、影响材料低温脆性的因素三、影响材料低温脆性的因素 2.2.化学成分的影响化学成分的影响 杂质元素杂质元素S S、P P、Pb

54、Pb、SnSn、AsAs等使钢的韧性下降。等使钢的韧性下降。这是由于它们偏聚于晶界，降低晶界表面能，产生这是由于它们偏聚于晶界，降低晶界表面能，产生沿晶脆性断裂，同时降低脆断应力所致。沿晶脆性断裂，同时降低脆断应力所致。43第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-2低温脆性低温脆性三、影响材料低温脆性的因素三、影响材料低温脆性的因素 3.3.显微组织的影响显微组织的影响 晶粒大小晶粒大小 细化晶粒可使材料韧性增加。细化晶粒可使材料韧性增加。 韧脆转变温度与韧脆转变温度与d1/2成线性关系。研究表明，不仅成线性关系。研究表明，不仅铁素体晶粒大小与韧脆转变温度呈线性关系

55、，而且马铁素体晶粒大小与韧脆转变温度呈线性关系，而且马氏体板条束宽度、上贝氏体铁素体条束宽度、原始奥氏体板条束宽度、上贝氏体铁素体条束宽度、原始奥氏体晶粒尺寸和韧脆转变温度之间也呈线性关系。减氏体晶粒尺寸和韧脆转变温度之间也呈线性关系。减小亚晶粒和脑状结构尺寸也能提高材料的韧性小亚晶粒和脑状结构尺寸也能提高材料的韧性 细化晶粒提高韧性的原因有：晶界是裂纹扩展的细化晶粒提高韧性的原因有：晶界是裂纹扩展的阻力；晶界前塞积的位错数减少，有利于降低应力集阻力；晶界前塞积的位错数减少，有利于降低应力集中；晶界总面积增加，使晶界上杂质浓度减少，避免中；晶界总面积增加，使晶界上杂质浓度减少，避免产生沿晶脆性

56、断裂。产生沿晶脆性断裂。44第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-2低温脆性低温脆性三、影响材料低温脆性的因素三、影响材料低温脆性的因素 3.3.显微组织的影响显微组织的影响 金相组织金相组织 在较低强度水平，强度相同而组织不同在较低强度水平，强度相同而组织不同的钢，其冲击吸收功和韧脆转变温度以回火索氏体最的钢，其冲击吸收功和韧脆转变温度以回火索氏体最佳，贝氏体回火组织次之，片状珠光体组织最差。此佳，贝氏体回火组织次之，片状珠光体组织最差。此外，球化处理能改善钢的韧性。外，球化处理能改善钢的韧性。45第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性

57、3-2低温脆性低温脆性三、影响材料低温脆性的因素三、影响材料低温脆性的因素 3.3.显微组织的影响显微组织的影响 在较高强度水平时。中、高碳钢经等温淬火获得下贝氏在较高强度水平时。中、高碳钢经等温淬火获得下贝氏体组织，其冲击吸收功和韧脆转变温度优于同强度的淬火马体组织，其冲击吸收功和韧脆转变温度优于同强度的淬火马氏体并回火的组织。氏体并回火的组织。 在相同强度水平，典型上贝氏体的韧脆转变温度高于下在相同强度水平，典型上贝氏体的韧脆转变温度高于下贝氏体的韧脆转变温度。但低碳钢低温上贝氏体贝氏体的韧脆转变温度。但低碳钢低温上贝氏体(B(B1 1) )的韧性的韧性却高于回火马氏体的韧性，这是由于在低

58、温上贝氏体中渗碳却高于回火马氏体的韧性，这是由于在低温上贝氏体中渗碳体沿奥氏体晶界的析出受到抑制，减少了晶界裂纹所致。体沿奥氏体晶界的析出受到抑制，减少了晶界裂纹所致。46第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-2低温脆性低温脆性三、影响材料低温脆性的因素三、影响材料低温脆性的因素 3.3.显微组织的影响显微组织的影响 在低碳合金钢中，经不完全等温处理获得贝氏体和在低碳合金钢中，经不完全等温处理获得贝氏体和马氏体的混合组织，其韧性比单一马氏体或单一贝氏体组马氏体的混合组织，其韧性比单一马氏体或单一贝氏体组织要好织要好 这是因为贝氏体先于马氏体形成，优先将奥氏体这是因

59、为贝氏体先于马氏体形成，优先将奥氏体晶粒分割成几部分，使随后形成的马氏体限制在较小范围晶粒分割成几部分，使随后形成的马氏体限制在较小范围内，从而获得了极为细小的混合组织，裂纹在此种组织内内，从而获得了极为细小的混合组织，裂纹在此种组织内扩展要多次改变方向，消耗能量较大，故钢的韧性较高扩展要多次改变方向，消耗能量较大，故钢的韧性较高关于中碳合金钢马氏体贝氏体混合组织的韧性，亦视钢关于中碳合金钢马氏体贝氏体混合组织的韧性，亦视钢在奥氏体化后的冷却过程中贝氏体和马氏体的形成顺序而在奥氏体化后的冷却过程中贝氏体和马氏体的形成顺序而定，只有贝氏体先于马氏体形成韧性才可以改善定，只有贝氏体先于马氏体形成韧

60、性才可以改善47第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-2低温脆性低温脆性三、影响材料低温脆性的因素三、影响材料低温脆性的因素 3.3.显微组织的影响显微组织的影响 在马氏体钢中存在稳定残余奥氏体，可以抑制解理在马氏体钢中存在稳定残余奥氏体，可以抑制解理断裂，从而显著改善钢的韧性马氏体钢中的残余奥氏体断裂，从而显著改善钢的韧性马氏体钢中的残余奥氏体膜也有类似作用膜也有类似作用 钢中碳化物及夹杂物等第二相对钢的脆性的影响程度钢中碳化物及夹杂物等第二相对钢的脆性的影响程度取决于第二相质点的大小、形状、分布、第二相性质及其取决于第二相质点的大小、形状、分布、第二相性质及其

61、与基体的结合力等因素一般第二相尺寸增加，材料的韧与基体的结合力等因素一般第二相尺寸增加，材料的韧性下降韧脆转化温度升高第二相的形状对材料脆性也性下降韧脆转化温度升高第二相的形状对材料脆性也有影响，球状第二相材料的韧性较好有影响，球状第二相材料的韧性较好48第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-2低温脆性低温脆性三、影响材料低温脆性的因素三、影响材料低温脆性的因素 4.4.温度的影响温度的影响 碳钢和某些合金钢在冲击载荷或静载荷作用下，碳钢和某些合金钢在冲击载荷或静载荷作用下，在一定在一定温度范围内出现脆性温度范围内出现脆性。因为在。因为在该温度范围内加热钢时，表面

62、该温度范围内加热钢时，表面氧化色为蓝色氧化色为蓝色，故此现象称为，故此现象称为蓝脆蓝脆。 但二者的蓝脆温度范围不同。在静拉伸时，蓝脆的温度但二者的蓝脆温度范围不同。在静拉伸时，蓝脆的温度范围为范围为230-370230-370；在冲击载荷作用下，蓝脆最严重的温度；在冲击载荷作用下，蓝脆最严重的温度范围为范围为525-550525-550。49第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-2低温脆性低温脆性三、影响材料低温脆性的因素三、影响材料低温脆性的因素 4.4.温度的影响温度的影响 蓝脆是形变时效加速进行的结果，当温度升至某一适当蓝脆是形变时效加速进行的结果，当温度升

63、至某一适当温度时，碳、氮原子扩散速率加快，易于在位错附近偏聚形温度时，碳、氮原子扩散速率加快，易于在位错附近偏聚形成柯氏气团。成柯氏气团。若这一过程的形成速率高于塑性变形速率，若这一过程的形成速率高于塑性变形速率，则在塑性变形过程中产生时效，使材料强度提高，塑性下降；则在塑性变形过程中产生时效，使材料强度提高，塑性下降；反之，则材料的塑性提高反之，则材料的塑性提高。在冲击载荷作用下在冲击载荷作用下，形变速率较，形变速率较高，碳、氮原于需要在较高温度下才能获得足够的扩散激活高，碳、氮原于需要在较高温度下才能获得足够的扩散激活能，以形成柯氏气团，能，以形成柯氏气团，故蓝脆温度升高故蓝脆温度升高。5

64、0第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-2低温脆性低温脆性三、影响材料低温脆性的因素三、影响材料低温脆性的因素 5.5.加载速率的影响加载速率的影响 提高加载速率如同降低温度，使材料脆性增大，韧脆转提高加载速率如同降低温度，使材料脆性增大，韧脆转变温度提高。变温度提高。 中、低强度钢的韧脆转变温度对加载速率比较敏感，而中、低强度钢的韧脆转变温度对加载速率比较敏感，而高强度钢和超高强度钢的韧脆转变温度则对加载速率的敏感高强度钢和超高强度钢的韧脆转变温度则对加载速率的敏感性较小。性较小。51第三章第三章 材料的冲击韧性及材料的冲击韧性及低温脆性低温脆性 3-2低温脆性低温脆性三、影响材料低温脆性的因素三、影响材料低温脆性的因素 6.6.试样性状和尺寸的影响试样性状和尺寸的影响 缺口曲率半径越小，缺口曲率半径越小，tk越高越高，因此，因此，V型缺口试样的型缺口试样的tk高于高于U型试样的型试样的tk。 当不改变缺口尺寸而当不改变缺口尺寸而只增加试样宽度只增加试样宽度(或厚度或厚度)时，时，tk升高升高。若试样各部分尺寸若试样各部分尺寸按比例增加时，按比例增加时，tk也升高也升高。这是出于试样。这是出于试样尺寸增加时应力状态变硬，且缺陷几率增大，故脆性尺寸增加时应力状态变硬，且缺陷几率增大，故脆性增大。增大。52