金屬材料的力學性能

1、 第一章 金屬材料的力學性能 v使用性能：材料在使用過程中所表現(xiàn)的性能。包括力學性能、 物理性能和化學性能。 v工藝性能：材料在加工過程中所表現(xiàn)的性能。包括鑄造、鍛 壓、焊接、熱處理和切削性能等。 v金屬材料的力學性能是指在承受各種外加載荷（拉伸、壓縮、 彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊、交變應(yīng)力等）時，對變形與斷裂的抵抗 能力及發(fā)生變形的能力。 概 述 v材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱 為變形。為變形。 v外力去處后能夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形。外力去處后能夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形。 v外力去處后不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。外力去處后不能恢復(fù)的變形稱為塑性

2、變形。 力學性能 v材料在力的作用下，諸如不同載荷所造成 的彈性變形、塑性變形、斷裂（脆性斷裂、 韌性斷裂、疲勞斷裂等）以及金屬抵抗變 形和斷裂能力的衡量指標。 v常用的力學性能有：強度、剛度、彈性、 塑性、硬度、沖擊韌性及疲勞極限等。 強度與塑性 v強度是指金屬材料在靜載荷作用下，抵抗塑性 變形和斷裂的能力。 v塑性是指金屬材料在靜載荷作用下產(chǎn)生塑性變 形而不致引起破壞的能力。 v金屬材料的強度和塑性的判據(jù)可通過拉伸試驗 測定。 一、拉伸實驗一、拉伸實驗 （GB/T228-2002） 1. 拉伸試樣（拉伸試樣（GB6397-86） 長試樣：長試樣：L0=10d0 短試樣：短試樣：L0=5d0

3、 返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁 萬能材料試驗機 a) WE系列液壓式 b) WDW系列電子式 2. 力伸長曲線力伸長曲線 彈性變形階段彈性變形階段 屈服階段屈服階段 頸縮現(xiàn)象頸縮現(xiàn)象 拉伸試驗拉伸試驗中得出的拉伸力與伸長量的關(guān)系曲線。中得出的拉伸力與伸長量的關(guān)系曲線。 強化階段強化階段 返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁 (a)試樣 (b)伸長 (c)產(chǎn)生縮頸 (d)斷裂 拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象 L F 0 0 3. 脆性材料的拉伸曲線（與低碳鋼試樣相對比）脆性材料的拉伸曲線（與低碳鋼試樣相對比） 脆性材料在斷裂前沒有明顯的屈服現(xiàn)象。脆性材料在斷裂前

4、沒有明顯的屈服現(xiàn)象。 返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁 應(yīng)力應(yīng)力 = P/F0 應(yīng)變應(yīng)變 = (l-l0)/l0 1. 1.彈性極限彈性極限e e 彈性極限是指在產(chǎn)生完全彈性變形時材料所能承受彈性極限是指在產(chǎn)生完全彈性變形時材料所能承受 的最大應(yīng)力，即：的最大應(yīng)力，即： 式中式中FeFe試樣完全彈性變形時所能承受的最大載荷，試樣完全彈性變形時所能承受的最大載荷，N N ； AoAo試樣原始截面積，試樣原始截面積，mmmm2 2。 o e e A F 二、強度二、強度 在實際工程應(yīng)用中，在最大許用應(yīng)力條件下是在實際工程應(yīng)用中，在最大許用應(yīng)力條件下是 否產(chǎn)生或產(chǎn)生多大微量塑性變形是重

5、要的，具有實否產(chǎn)生或產(chǎn)生多大微量塑性變形是重要的，具有實 際意義。際意義。 v強度是指金屬材料抵抗塑性變形和斷裂的能力，是 工程技術(shù)上重要的力學性能指標。 v按照載荷的性質(zhì)，材料強度有靜強度、疲勞強度等； 按照環(huán)境條件，材料強度有常溫強度、高溫強度等， 高溫強度又包括蠕變極限和持久強度。 v除了上述材料強度外，還有機械零件和構(gòu)件的結(jié)構(gòu) 強度。 v工程上常用的強度指標有強度指標有屈服強度、規(guī) 定殘余延伸強度、抗拉強度等。 v材料強度的大小通常用單位面積上所承受 的力來表示，其單位為N/m2(Pa)，但Pa 這個單位太小，所以實際工程中常用MPa （MPa=106Pa）作為強度的單位。 v一般鋼材

6、的屈服強度在2002000MPa 之間，如建造2008年北京奧運會主體育 場“鳥巢”外部鋼結(jié)構(gòu)的Q460E鋼，其屈 服強度為460MPa。 （1） 屈服現(xiàn)象 v在金屬拉伸試驗過程中， 當應(yīng)力超過彈性極限后， 變形增加較快，此時除 了彈性變形外，還產(chǎn)生 部分塑性變形。當外力 增加到一定數(shù)值時突然 下降，隨后，在外力不 增加或上下波動情況下， 試樣繼續(xù)伸長變形，在 力伸長曲線出現(xiàn)一個 波動的小平臺，這便是 屈服現(xiàn)象。 2.屈服強度 （2）屈服強度 v在拉伸曲線上，與上、下屈服點相對應(yīng)的應(yīng) 力稱為上、下屈服強度，分別用ReH和ReL表 示。ReH和ReL的計算公式如下： 0 eL eL 0 H H

7、S F R S F R e e （3） 規(guī)定殘余延伸強度 v對于高碳淬火鋼、鑄鐵等材料，在拉伸試驗 中沒有明顯的屈服現(xiàn)象，無法確定其屈服強 度。 v國標GB228-2002規(guī)定，一般規(guī)定以試樣達 到一定殘余伸長率對應(yīng)的應(yīng)力作為材料的屈 服強度，稱為規(guī)定殘余延伸強度，通常記作 Rr。例如Rr0.2表示殘余伸長率為0.2%時的應(yīng) 力。 v例如Rr0.2 表示規(guī)定殘余延伸率為0.2時的應(yīng)力。 其計算公式為： Rr0.2F0.2 / S0 （N/ mm2） 式中：F0.2殘余延伸率達0.2時的載荷 （N）； S0試樣原始橫截面積（mm2）。 L F 0 0 F0.2 0.2%L0 F0.2 S0 Rr

8、0.2= v工程上各種構(gòu)件或機器零件工作時均不允許 發(fā)生過量塑性變形，因此屈服強度ReL和規(guī)定 殘余延伸強度Rr是工程技術(shù)上重要的力學性 能指標之一，也是大多數(shù)機械零件選材和設(shè) 計的依據(jù)。 vReL 和Rr 常作為零件選材和設(shè)計的依據(jù)。 v傳統(tǒng)的強度設(shè)計方法，對韌性材料，以屈服 強度為標準，規(guī)定許用應(yīng)力= ReL /n， 安全系數(shù)n一般取2或更大。 3.3.抗拉強度抗拉強度 材料在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力，用符號材料在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力，用符號Rm m表表 示。示。 Rm= Fb S0 計算公式計算公式 v抗拉強度Rm的物理意義是塑性材料抵抗大量均勻塑 性變形的能力。 v鑄鐵等脆性材料拉

9、伸過程中一般不出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象， 抗拉強度就是材料的斷裂強度。 v斷裂是零件最嚴重的失效形式，所以，抗拉強度也 是機械工程設(shè)計和選材的主要指標，特別是對脆性 材料來講。 v強度是指金屬材料抵抗塑性變形和斷裂的能 力，一般鋼材的屈服強度在2001000MPa 之間。 v強度越高，表明材料在工作時越可以承受較 高的載荷。當載荷一定時，選用高強度的材 料，可以減小構(gòu)件或零件的尺寸，從而減小 其自重。 v因此，提高材料的強度是材料科學中的重要 課題，稱之為材料的強化。 4.強度的意義 （二）衡量指標（二）衡量指標 金屬材料斷裂前發(fā)生永久變形的能力。金屬材料斷裂前發(fā)生永久變形的能力。 斷面收縮率：斷面收縮率

10、： 伸長率：伸長率：試樣拉斷后，標距的伸長與原始標距的百分比。 試樣拉斷后，標距的伸長與原始標距的百分比。 試樣拉斷后，頸縮處的橫截面積的縮減量與試樣拉斷后，頸縮處的橫截面積的縮減量與 原始橫截面積的百分比。原始橫截面積的百分比。 返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁 （一）（一） 定義定義 三、塑性 斷后伸長率（斷后伸長率（ A ） l1-l0 l0 100%A= l1試樣拉斷后的標距試樣拉斷后的標距,mm; l0試樣的原始標距試樣的原始標距,mm。 返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁 v同一材料的試樣長短不同，測得的斷后伸長 率略有不同。 v由于大多數(shù)韌性金屬材料的集

11、中塑性變形量 大于均勻塑性變形量，因此，比例試樣的尺 寸越短，其斷后伸長率越大，用短試樣（L0 5d0）測得的斷后伸長率A略大于用長試樣 （L010d0）測得的斷后伸長率A11.3。 斷面收縮率（斷面收縮率（ Z ） S0-S1 S0 Z=100% S0試樣原始橫截面積試樣原始橫截面積,mm2； S1頸縮處的橫截面積頸縮處的橫截面積,mm2 。 返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁 塑性的意義 v任何零件都要求材料具有一定的塑性。很顯 然，斷后伸長率A和斷面收縮率Z越大，說明 材料在斷裂前發(fā)生的塑性變形量越大，也就 是材料的塑性越好。 v意義： a）安全，防止產(chǎn)生突然破壞； b）緩和

12、應(yīng)力集中； c）軋制、擠壓等冷熱加工變形。 四、剛度 剛度是指材料抵抗彈性變形的能力，金屬材 料剛度的大小一般用彈性模量E表示。 在拉伸曲線上，彈性模量就是直線（OP）部 分的斜率。對于材料而言，彈性模量E越大， 其剛度越大。 ）（MPatgE 彈性模量的大小主要取決于材料的本性， 除隨溫度升高而逐漸降低外，其他強化材 料的手段如熱處理、冷熱加工、合金化等 對彈性模量的影響很小。 可以通過增加橫截面積或改變截面形狀來 提高零件的剛度。 材 料彈性模量E/105MPa彈性極限e/MPa 中 碳 鋼2.1310 彈 簧 鋼2.1965 硬 鋁0.724125 銅1.127.5 鈹 青 銅1.258

13、8 磷 青 銅1.01450 v結(jié)構(gòu)的剛度除取決于組成材料的彈性模量外，還同 其幾何形狀 、截面尺寸等因素以及外力的作用形 式有關(guān)，在彈性模量E一定時，零件或構(gòu)件的截面 尺寸越大，其剛度越高。 v對于一些須嚴格限制變形的結(jié)構(gòu)（如機翼、高精度 的裝配件等），須通過剛度分析來控制變形。許多 結(jié)構(gòu)（如建筑物、船體結(jié)構(gòu)等）也要通過控制剛度 以防止發(fā)生振動、顫振或失穩(wěn)。 小結(jié) v強度與塑性是一對相互矛盾的性能指標。在金屬 材料的工程應(yīng)用中，要提高強度，就要犧牲一部 分塑性。反之，要改善塑性，就必須犧牲一部分 強度。 v正所謂“魚和熊掌二者不能兼得”。但通過細化 金屬材料的顯微組織，可以同時提高材料的強度

14、 和塑性。 通常情況下金屬的伸長率不超過90% ，而有些金屬 及其合金在某些特定的條件下，最大伸長率可高達 1000%2000% ，個別的可達6000% ，這種現(xiàn)象稱 為超塑性。由于超塑性狀態(tài)具有異常高的塑性，極 小的流動應(yīng)力，極大的活性及擴散能力，在壓力加 工、熱處理、焊接、鑄造、甚至切削加工等很多領(lǐng) 域被中應(yīng)用。 延伸閱讀延伸閱讀 GB/T 228-2002新標準 GB/T 228-1987舊標準 名稱符號名稱符號 屈服強度屈服點s 上屈服強度ReH上屈服點sU 下屈服強度ReL下屈服點sL 規(guī)定殘余延伸 強度 Rr規(guī)定殘余延伸 應(yīng)力 r 抗拉強度Rm抗拉強度b 斷后伸長率A或A11.3斷

15、后伸長率5或10 斷面收縮率Z斷面收縮率 v材料抵抗表面局部塑性變形的能力。材料抵抗表面局部塑性變形的能力。 五、五、 硬硬 度度 （一）布氏硬度（一）布氏硬度 （二）洛氏硬度（二）洛氏硬度 1. 原理原理 2. 應(yīng)用應(yīng)用 3. 優(yōu)缺點優(yōu)缺點 1. 原理原理 2. 應(yīng)用應(yīng)用 3. 優(yōu)缺點優(yōu)缺點 返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁 （一）布氏硬度（一）布氏硬度 布氏硬度試驗是指用一定直徑的 硬質(zhì)合金球以 相應(yīng)的試驗力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間 后卸除試驗力，用測量的表面壓痕直徑計算硬 度的一種壓痕硬度試驗。 返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁 布氏硬度試驗原理圖 1.

16、原理原理 布氏硬度布氏硬度= F S凹 凹 = 2F DD-（D-d ） （一）布氏硬度（一）布氏硬度 返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁 v布氏硬度實際測試時，硬度值是不用計算的， 利用刻度放大鏡測出壓痕直徑d，根據(jù)值d 查平面布氏硬度表即可查出硬度值（詳見附 表B）。 v目前，金屬布氏硬度試驗方法執(zhí)行時 GB/T231-2002標準，用符號HBW表示，布 氏硬度試驗范圍上限為650HBW。 測量比較軟的材料。測量比較軟的材料。 測量范圍測量范圍 650650HBW的金的金 屬材料。屬材料。 3. 優(yōu)缺點優(yōu)缺點 2. 應(yīng)用應(yīng)用 壓痕大，測量準確，壓痕大，測量準確， 但不能測量成品

17、件。但不能測量成品件。 返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁 1. 原理原理 （二）洛氏硬度（二）洛氏硬度 返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁 加初載荷加初載荷加主載荷加主載荷卸除主載荷卸除主載荷讀硬度值讀硬度值 返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁 2. 應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍 20671500N 120金剛石 圓錐體 HRC 251001000N 1.588mm鋼 球 HRB 7085600N 120金剛石 圓錐體 HRA 返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁 常用洛氏硬度標度的試驗范圍常用洛氏硬度標度的試驗范圍 優(yōu)點：操作簡便、迅速，效率優(yōu)點：操作簡便

18、、迅速，效率 高，可直接測量成品件高，可直接測量成品件 及高硬度及高硬度 的材料。的材料。 3. 優(yōu)缺點優(yōu)缺點 缺點：壓痕小，測量不準確，缺點：壓痕小，測量不準確， 需多次測量。需多次測量。 返返 回回上一頁上一頁下一頁下一頁回主頁回主頁 （三）維氏硬度（三）維氏硬度( (HV) ) (1)(1)測試原理測試原理 和布氏硬度和布氏硬度試驗原理基試驗原理基 本相同。本相同。 (2)(2)表示方法表示方法 例如：例如：640640HV30/2030/20。 (3)(3)適用范圍適用范圍 用于測量金屬鍍層薄片用于測量金屬鍍層薄片 材料和化學熱處理后材料和化學熱處理后 的表面硬度。的表面硬度。 維氏硬

19、度測試原理示意維氏硬度測試原理示意 v各硬度值之間大致有以下關(guān)系各硬度值之間大致有以下關(guān)系： v布氏硬度值在布氏硬度值在200200450HBW450HBW范圍內(nèi)，范圍內(nèi)， HBW=10=10HRC； v布氏硬度值小于布氏硬度值小于450450HBW， v HBWHV 引言： 強度、硬度、塑性等力學性能指標都 是材料在靜載荷作用下的表現(xiàn)。 材料在工作時還經(jīng)常受到動載荷的作 用，沖擊載荷就是常見的一種。 靜載荷靜載荷 v包括不隨時間變化的恒載（如自重）和加載 變化緩慢以至可以略去慣性力作用的準靜載 （如鍋爐壓力）； 六、沖擊韌性 動載荷動載荷 v動載荷包括短時間快速作用的沖擊載荷（如空氣錘）、

20、隨時間作周期性變化的周期載荷（如空氣壓縮機曲軸） v其對材料的作用效果或破壞效應(yīng)大于靜載荷。 v沖擊載荷 v沖擊韌性的概念 v沖擊試驗 v溫度對金屬材料韌性的影響 v提高金屬材料韌性的措施 1.沖擊載荷 在很短時間內(nèi)作用物體上的 載荷稱為沖擊載荷。 加載時間短，加載速率高； 有時利用，有時盡量避免或 減小。 載荷作用效果大，所以必須 考慮材料在沖擊載荷作用下 抵抗破壞的能力，即沖擊韌 性。 v沖擊載荷與靜載荷的主要區(qū)別在于加載時間短、加 載速率高、應(yīng)力集中。由于加載速率提高，金屬形 變速率也隨之增加，一般沖擊試驗時金屬形變速率 =102104 s-1。 v提高應(yīng)變率將使金屬材料的變脆傾向增大，

21、因此沖 擊載荷對材料的作用效果或破壞效應(yīng)大于靜載荷。 2.沖擊韌性的概念 材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力，稱 為沖擊韌性。 示例：玻璃在沖擊載荷作用下非常容易破裂， 說明其沖擊韌性很低。 3.沖擊試驗 v沖擊試樣 v沖擊試驗原理 v一次擺錘沖擊試驗 v沖擊韌性的表示方法 v如不能制備標準試佯，可 采用寬度7.5mm或5mm等 小尺寸試祥,試樣的其他尺 寸及公差與相應(yīng)缺口的標 準試樣相同，缺口應(yīng)開在 試樣的窄面上。其中 5mm10mm55mm試 樣常用于薄板材料的檢驗。 v焊接接頭沖擊試樣的形狀 和尺寸與相應(yīng)的標準試樣 相同，但其缺口軸線應(yīng)當 垂直焊縫表面。 原理 v沖擊韌性可以通過一次擺錘

22、沖擊試驗來測定，試驗 時將帶有U型或V型缺口的沖擊試樣放在試驗機架 的支座上，將擺錘升至高度H1，使其具有勢能 mgH1；然后使擺錘由此高度自由下落將試樣沖斷， 并向另一方向升高至H2，這時擺錘的勢能為mgH2。 v所以，擺錘用于沖斷試樣的能量 AK=mg（H1-H2），即為沖擊功（焦耳/J）。 4.材料沖擊韌性的表示方法 v國標GB/T2291994 v沖擊功吸收功：表征金屬材料沖擊韌性高低 的指標是沖擊功吸收功，也就是材料在斷裂 前所吸收的能量。 v根據(jù)試樣缺口的不同，沖擊吸收功用AKV和 AKU表示，單位為焦耳，數(shù)值可從試驗機的刻 度盤上讀出。 4.材料沖擊韌性的表示方法 v國標GB/T

23、2292007 v沖擊吸收能量：表征金屬材料沖擊韌性高 低的指標是沖擊吸收能量; v Kmg（H1-H2） 4.材料沖擊韌性的表示方法 v按照國標GB/T2292007，U型缺口試樣和V型缺 口試樣的沖擊能量分別表示為KU和KV，并用下標 數(shù)字2或8表示擺錘刀刃半徑，如KU2 ，其單位是焦 耳（J）。 v沖擊吸收能量的大小直接由試驗機的刻度盤上直接 讀出。 v沖擊吸收能量的值越大，材料的韌性越大，越 可以承受較大的沖擊載荷。 v沖擊吸收能量K或沖擊韌性值K越大，材料的韌 性越大，越可以承受較大的沖擊載荷。一般把 沖擊吸收能量低的材料稱為脆性材料，沖擊吸 收能量高的材料稱為韌性材料。 【小資料】

24、小資料】GB/T 2292007與GB/T 229 1994相比，在金屬沖擊韌性的名稱和符號等方面 有較大變化，為方便讀者學習，將關(guān)于金屬材料 沖擊韌性的新、舊標準名稱和符號對照列于下表 中。 新標準GB/T2292007 舊標準GB/T2291994 名稱符號名稱符號 沖擊吸收能量K沖擊吸收功AK U型缺口試樣在2mm錘刃下的沖擊吸收能量KU 2 U型缺口沖擊吸收功 (2mm錘刃) AKU U型缺口試樣在8mm錘刃下的沖擊吸收能量KU 8 V型缺口試樣在2mm錘刃下的沖擊吸收能量KV 2 V型缺口沖擊吸收功 (2mm錘刃) AKV V型缺口試樣在8mm錘刃下的沖擊吸收能量KV 8 轉(zhuǎn)變溫度T

25、t韌脆轉(zhuǎn)變溫度TC v缺口沖擊試驗最大的優(yōu)點就是測量迅速簡便 v用于控制材料的冶金質(zhì)量和鑄造、鍛造、焊接及熱 處理等熱加工工藝的質(zhì)量。 v用來評定材料的冷脆傾向（測定韌脆轉(zhuǎn)變溫度）。 設(shè)計時要求機件的服役溫度高于材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫 度。 5.沖擊試驗的應(yīng)用 5.沖擊試驗的應(yīng)用 v缺口沖擊試驗由于其本身反映一次或少數(shù)次大能 量沖擊破斷抗力，因此對某些特殊服役條件下的 零件，如彈殼、裝甲板、石油射孔槍等，有一定 的參考價值。 v通過一次擺錘沖擊試驗測定的沖擊吸收吸收能量K 是一個由強度和塑性共同決定的綜合性力學性能 指標，不能直接用于零件和構(gòu)件的設(shè)計計算，但 它是一個重要參考，所以將材料的沖擊韌性列

26、為 金屬材料的常規(guī)力學性能，ReL(Rr0.2)、Rm、A、Z 和K被稱為金屬材料常規(guī)力學性能的五大指標。 v低溫脆性隨溫度降低，材料由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?脆性狀態(tài)的現(xiàn)象 。 v冷脆：材料因溫度降低導(dǎo)致沖擊韌性的急劇下降并 引起脆性破壞的現(xiàn)象。 v對壓力容器、橋梁、汽車、船舶的影響較大。 低溫脆性 延伸閱讀延伸閱讀 體心立方金屬具有韌脆轉(zhuǎn)變體心立方金屬具有韌脆轉(zhuǎn)變 溫度，而大多數(shù)面心立方金溫度，而大多數(shù)面心立方金 屬沒有。屬沒有。 v沖擊韌性與溫度有密切的關(guān)系，溫度降低，沖擊韌 性隨之降低。當?shù)陀谀骋粶囟葧r材料的韌性急劇下 降，材料將由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)。這一溫度 稱為轉(zhuǎn)變溫度（ Tt ）。

27、v轉(zhuǎn)變溫度（ Tt ）越低，表明材料的低溫韌性越好， 對于在寒冷地區(qū)使用的材料要十分重要。 v金屬材料的成分對韌脆轉(zhuǎn)變溫度的影響很 大，一般的碳素鋼，其韌脆轉(zhuǎn)變溫度 （ Tt ）大約為-20，某些合金鋼的韌脆 轉(zhuǎn)變溫度（ Tt ）可達-40以下。 TITANIC 建造中的建造中的Titanic 號號 TITANIC的沉沒的沉沒 與船體材料的質(zhì)量與船體材料的質(zhì)量 直接有關(guān)直接有關(guān) 1912年4月號稱永不沉沒的泰坦尼克號（Titanic）首航沉沒于冰海，成了 20世紀令人難以忘懷的悲慘海難。20世紀80年代后，材料科學家通過對打 撈上來的泰坦尼克號船板進行研究，回答了80年的未解之謎。由于Tita

28、nic 號采用了含硫高的鋼板，韌性很差，特別是在低溫呈脆性。所以，當船在 冰水中撞擊冰山時，脆性船板使船體產(chǎn)生很長的裂紋，海水大量涌入使船 迅速沉沒。下圖中左面的試樣取自海底的Titanic號，沖擊試樣是典型的脆 性斷口，右面的是近代船用鋼板的沖擊試樣。 6. 6.提高提高沖擊韌性的途徑?jīng)_擊韌性的途徑 沖擊韌性是一個對材料組織結(jié)構(gòu)相當敏感的量， 所以提高材料的沖擊韌性的途徑有： v 改變材料的成分，如加入釩、鈦、鋁、氮等 元素，通過細化晶粒來提高其韌性，尤其是 低溫韌性； v 提高材料的冶金質(zhì)量，減少偏析、夾渣、 氣泡等缺陷； 想想 一一 想想想想 一一 想想 人工作久了就會感 到疲勞，難道金

29、屬 工作久了也會疲勞 嗎？ 金屬的疲勞能得到 恢復(fù)嗎？ 金屬材料在受到交變應(yīng)力或重復(fù)循環(huán)應(yīng)力時，往往在 工作應(yīng)力小于屈服強度的情況下突然斷裂，這種現(xiàn)象稱 為疲勞。 七、七、 疲勞極限疲勞極限 v1998年6月3日，德國發(fā)生了戰(zhàn)后最慘重的一起鐵路交通 事故。一列高速列車脫軌，造成100多人遇難。 v事故的原因已經(jīng)查清，是因為一節(jié)車廂的車輪“內(nèi)部疲 勞斷裂”引起的。首先是一個車輪的輪箍發(fā)生斷裂，導(dǎo) 致車輪脫軌，進而造成車廂橫擺，此時列車正好過橋， 橫擺的車廂以其巨大的力量將橋墩撞斷，造成橋梁坍塌， 壓住了通過的列車車廂，并使已通過橋洞的車頭及前5節(jié) 車廂斷開，而后面的幾節(jié)車廂則在巨大慣性的推動下接 二連三地撞在坍塌的橋體上，從而導(dǎo)致了這場近50年來 德國最慘重的鐵路事故。 1.變動載荷和循環(huán)應(yīng)力變動載荷和循環(huán)應(yīng)力 v1.變動載荷 v引起疲勞破壞的外力，指載