示波沖擊試驗(yàn)功能與應(yīng)用

1、 講座的目的講座的目的 本講座主要介紹示波沖擊試驗(yàn)機(jī)功能和在本講座主要介紹示波沖擊試驗(yàn)機(jī)功能和在材料檢驗(yàn)方面的應(yīng)用，希望對有這方面需求材料檢驗(yàn)方面的應(yīng)用，希望對有這方面需求的技術(shù)人員有點(diǎn)用處。的技術(shù)人員有點(diǎn)用處。 歡迎技術(shù)人員充分使用，發(fā)揮示波沖擊試驗(yàn)歡迎技術(shù)人員充分使用，發(fā)揮示波沖擊試驗(yàn)機(jī)卓越的功能，使其物盡其用！機(jī)卓越的功能，使其物盡其用！沖擊載荷的斷裂行為 如金屬快速成型（沖壓如金屬快速成型（沖壓) )，爆炸，軍事裝甲，爆炸，軍事裝甲，結(jié)構(gòu)抗震等方面。材料和結(jié)構(gòu)要承受沖擊載結(jié)構(gòu)抗震等方面。材料和結(jié)構(gòu)要承受沖擊載荷，它的變形是一個動態(tài)過程，荷，它的變形是一個動態(tài)過程， 因?yàn)槠涑掷m(xù)時間較短并

2、且伴隨著較高的應(yīng)變因?yàn)槠涑掷m(xù)時間較短并且伴隨著較高的應(yīng)變率，而材料在不同應(yīng)變率的作用下通常表現(xiàn)率，而材料在不同應(yīng)變率的作用下通常表現(xiàn)出不同的力學(xué)特性，如硬化特性以及延展性出不同的力學(xué)特性，如硬化特性以及延展性等。等。 沖擊對于人們了解材料在不同應(yīng)變率下沖擊對于人們了解材料在不同應(yīng)變率下的力學(xué)行為提出了一種簡便易行的方法。的力學(xué)行為提出了一種簡便易行的方法。材料的韌性 韌性可分為韌性可分為斷裂韌性斷裂韌性和和沖擊韌性沖擊韌性 斷裂韌性斷裂韌性是表征材料抵抗其內(nèi)部裂紋擴(kuò)展能是表征材料抵抗其內(nèi)部裂紋擴(kuò)展能力的性能指標(biāo)力的性能指標(biāo) 沖擊韌性沖擊韌性是對材料在高速沖擊負(fù)荷下韌性的是對材料在高速沖擊負(fù)荷下

3、韌性的度量。度量。 兩者存在著內(nèi)在的聯(lián)系兩者存在著內(nèi)在的聯(lián)系材料的斷裂材料的斷裂 1 1、按照斷裂前有無明顯的塑性變形分為：、按照斷裂前有無明顯的塑性變形分為： 韌性斷裂、脆性斷裂。韌性斷裂、脆性斷裂。 韌性斷裂韌性斷裂斷裂前及斷裂過程中產(chǎn)生明顯宏觀塑斷裂前及斷裂過程中產(chǎn)生明顯宏觀塑變的斷裂過程變的斷裂過程。斷裂過程較慢，消耗大量的。斷裂過程較慢，消耗大量的塑性變塑性變形能形能。 斷口的特征斷口的特征纖維狀（眾多細(xì)微裂紋不斷擴(kuò)展和纖維狀（眾多細(xì)微裂紋不斷擴(kuò)展和相互連接造成）、暗灰色（纖維狀斷口對光的反射相互連接造成）、暗灰色（纖維狀斷口對光的反射能力很弱）能力很弱） 。材料的斷裂材料的斷裂 脆

4、性斷裂脆性斷裂斷裂前及斷裂過程中斷裂前及斷裂過程中基本上不基本上不產(chǎn)生明顯宏觀塑變產(chǎn)生明顯宏觀塑變的斷裂過程。的斷裂過程。 沒有明顯預(yù)兆，裂紋的擴(kuò)展速度往往很快，具有很沒有明顯預(yù)兆，裂紋的擴(kuò)展速度往往很快，具有很大的危險性。大的危險性。 斷口的特征斷口的特征斷口一般與正應(yīng)力垂直，宏觀上比斷口一般與正應(yīng)力垂直，宏觀上比較齊平光亮，常呈放射狀或結(jié)晶狀。較齊平光亮，常呈放射狀或結(jié)晶狀。材料的斷裂材料的斷裂2、按晶體材料斷裂時裂紋擴(kuò)展的途徑分為：按晶體材料斷裂時裂紋擴(kuò)展的途徑分為： 穿晶斷裂、沿晶斷裂。穿晶斷裂、沿晶斷裂。 穿晶斷裂穿晶斷裂斷裂過程中斷裂過程中裂紋穿過晶粒內(nèi)部裂紋穿過晶粒內(nèi)部的斷裂過程

5、。的斷裂過程。 穿晶斷裂特點(diǎn)穿晶斷裂特點(diǎn): : 可以是可以是韌性斷裂韌性斷裂， 可以是可以是脆性斷裂脆性斷裂。 材料的斷裂材料的斷裂 沿晶斷裂定義沿晶斷裂定義斷裂過程中裂紋斷裂過程中裂紋沿晶界擴(kuò)沿晶界擴(kuò)展展的斷裂過程。的斷裂過程。 沿晶斷裂特點(diǎn)沿晶斷裂特點(diǎn)絕大多數(shù)為絕大多數(shù)為脆性斷裂脆性斷裂。 斷口的特征斷口的特征一般呈結(jié)晶狀（冰糖一般呈結(jié)晶狀（冰糖狀）。狀）。材料的斷裂材料的斷裂3、按照微觀斷裂機(jī)理分為：解理斷裂、剪按照微觀斷裂機(jī)理分為：解理斷裂、剪切斷裂（純剪切斷裂、微孔聚集型斷裂）。切斷裂（純剪切斷裂、微孔聚集型斷裂）。 解理斷裂與剪切斷裂是兩種不同的微觀斷裂方式，是材料斷裂的兩種重要機(jī)

6、理。材料的斷裂材料的斷裂解理斷裂解理斷裂定義定義在正應(yīng)力的作用下，由于原子間結(jié)合鍵的破壞引起的沿在正應(yīng)力的作用下，由于原子間結(jié)合鍵的破壞引起的沿特定晶面發(fā)生的特定晶面發(fā)生的脆性穿晶斷裂脆性穿晶斷裂稱為解理斷裂。稱為解理斷裂。解理斷裂的微觀斷口應(yīng)該是解理斷裂的微觀斷口應(yīng)該是極平坦的鏡面，但是實(shí)際的解理斷口是由許多大致相當(dāng)于極平坦的鏡面，但是實(shí)際的解理斷口是由許多大致相當(dāng)于晶粒大小的解理面集晶粒大小的解理面集合而成合而成的。這種大致以晶粒大小為單位的解理面稱為的。這種大致以晶粒大小為單位的解理面稱為解理刻面解理刻面。斷口的特征斷口的特征解理臺階、河流花樣和舌狀花樣解理臺階、河流花樣和舌狀花樣。 解

7、理斷裂的特點(diǎn)：解理斷裂的特點(diǎn)： 1 1 主裂紋清晰；主裂紋清晰； 2 2 晶粒內(nèi)無變形；晶粒內(nèi)無變形； 3 3 裂紋多萌生于晶界；裂紋多萌生于晶界；材料的斷裂材料的斷裂 剪切斷裂剪切斷裂： 材料在切應(yīng)力作用下沿滑移面分離而材料在切應(yīng)力作用下沿滑移面分離而造成的滑移面分離斷裂。造成的滑移面分離斷裂。 可分為純剪切斷裂和微孔聚集型斷裂?？煞譃榧兗羟袛嗔押臀⒖拙奂蛿嗔?。材料的斷裂材料的斷裂微孔聚集型斷裂微孔聚集型斷裂是韌性斷裂的普遍方式。是韌性斷裂的普遍方式。 斷裂過程包括微孔的斷裂過程包括微孔的形核形核（第二相碎裂與基體界（第二相碎裂與基體界面脫離）、面脫離）、長大長大（大量位錯進(jìn)入微孔）、（大

8、量位錯進(jìn)入微孔）、聚合聚合（相（相鄰微孔連接鄰微孔連接, ,形成微裂紋）直至斷裂（微裂紋在尖形成微裂紋）直至斷裂（微裂紋在尖端應(yīng)力集中作用下與主裂紋連通）。端應(yīng)力集中作用下與主裂紋連通）。 微孔也可產(chǎn)生于晶界，或?qū)\晶帶等處，微孔也可產(chǎn)生于晶界，或?qū)\晶帶等處，只是相只是相對地說微孔萌生較遲些。對地說微孔萌生較遲些。材料的斷裂材料的斷裂 微孔聚集型斷裂微孔聚集型斷裂斷口的特征斷口的特征宏觀上常呈宏觀上常呈暗灰色、暗灰色、 纖維狀，微觀上則為大量的韌窩。纖維狀，微觀上則為大量的韌窩。韌窩大小取決與第二相的大小及間距，一般韌窩大小取決與第二相的大小及間距，一般來說間距小，韌窩也小。韌窩的深度取決與來說

9、間距小，韌窩也小。韌窩的深度取決與材料的塑性好壞，一般來說，塑性好，韌窩材料的塑性好壞，一般來說，塑性好，韌窩較深。較深。材料的斷裂材料的斷裂4 4、按作用力的性質(zhì)和斷裂面的取向分為，、按作用力的性質(zhì)和斷裂面的取向分為，正斷、切斷。正斷、切斷。 斷裂可分為三個階段：斷裂可分為三個階段： 裂紋萌生、裂紋擴(kuò)展、和失穩(wěn)斷裂。裂紋萌生、裂紋擴(kuò)展、和失穩(wěn)斷裂。 靜荷載靜荷載 動荷載動荷載 靜荷載靜荷載： 荷載由零緩慢增長至最終值，然后保持不荷載由零緩慢增長至最終值，然后保持不變。變。構(gòu)件內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)加速度構(gòu)件內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)加速度很小很小, ,可略去不計?？陕匀ゲ挥嫛?動荷載動荷載： 荷載作用過程中隨時間快速變化，

10、或其本身荷載作用過程中隨時間快速變化，或其本身不穩(wěn)定（包括大小、方向），不穩(wěn)定（包括大小、方向），構(gòu)件內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)加速度構(gòu)件內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)加速度較大。較大。靜荷載動荷載靜荷載動荷載的一般界定的一般界定 實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn): : 1.1.材料的力學(xué)性能有時與變形速率有密切關(guān)材料的力學(xué)性能有時與變形速率有密切關(guān)系，一般相對變形速率在系，一般相對變形速率在1010-4-4-10-10-2-2/ /秒范圍內(nèi)，秒范圍內(nèi)，性能變化不明顯，可按照靜載處理。性能變化不明顯，可按照靜載處理。 2.2.若相對變形速率大于若相對變形速率大于1010-2-2/ /秒，力學(xué)性能將秒，力學(xué)性能將發(fā)生顯著變化，韌性下降，材料變脆。

11、可按發(fā)生顯著變化，韌性下降，材料變脆?？砂凑照談雍奢d動荷載處理。處理。動載荷靜載荷動載荷靜載荷-強(qiáng)度、屈服的差別強(qiáng)度、屈服的差別盡管沖擊速度很快，盡管沖擊速度很快，但是但是彈性變形以聲速傳播，彈性變形以聲速傳播，沖擊速度對彈性變形沒有沖擊速度對彈性變形沒有影響。對彈模也沒有影響影響。對彈模也沒有影響 但是很快的沖擊速度但是很快的沖擊速度使塑性變形不均勻，當(dāng)某使塑性變形不均勻，當(dāng)某些金屬的滑移系、滑移面些金屬的滑移系、滑移面原子密度和滑移方向原子原子密度和滑移方向原子數(shù)目較多時，塑性變形任數(shù)目較多時，塑性變形任然會產(chǎn)生，塑性變形從一處轉(zhuǎn)移到另一處，會使變性增加，同時產(chǎn)生然會產(chǎn)生，塑性變形從一處轉(zhuǎn)

12、移到另一處，會使變性增加，同時產(chǎn)生形變硬化形變硬化，使沖擊力增強(qiáng)，從而導(dǎo)致沖擊裂紋形成功自增加。同時，使沖擊力增強(qiáng)，從而導(dǎo)致沖擊裂紋形成功自增加。同時動載荷的強(qiáng)度也高于靜載荷的強(qiáng)度動載荷的強(qiáng)度也高于靜載荷的強(qiáng)度影響沖擊韌性的因素影響沖擊韌性的因素-晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu) 1.1.晶體結(jié)構(gòu)因素： 體心立方金屬及其合金或某些密排六方晶體金屬及合金體心立方金屬及其合金或某些密排六方晶體金屬及合金, ,存在低溫脆性，存在低溫脆性， 面心立方金屬及其合金一般不存在低溫脆性。面心立方金屬及其合金一般不存在低溫脆性。 體心立方金屬的低溫脆性可能和體心立方金屬的低溫脆性可能和遲屈服現(xiàn)象遲屈服現(xiàn)象有密切關(guān)系。有密切關(guān)

13、系。所謂遲屈服所謂遲屈服是指當(dāng)是指當(dāng)用高于材料屈服極限的載荷以高加載速度作用于體心用高于材料屈服極限的載荷以高加載速度作用于體心立方結(jié)構(gòu)材料時立方結(jié)構(gòu)材料時，瞬間并不屈服，需在該應(yīng)力下保持一定時間后才發(fā)生，瞬間并不屈服，需在該應(yīng)力下保持一定時間后才發(fā)生屈服。屈服。溫度越低，持續(xù)的時間越長，這就為裂紋的發(fā)生和傳播造成有利溫度越低，持續(xù)的時間越長，這就為裂紋的發(fā)生和傳播造成有利條件。條件。 中、低強(qiáng)度鋼的基體是體心立方結(jié)構(gòu)的鐵素體，中、低強(qiáng)度鋼的基體是體心立方結(jié)構(gòu)的鐵素體， 故都有明顯的低溫脆性。故都有明顯的低溫脆性。影響沖擊韌性的因素影響沖擊韌性的因素-晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)2.2.位錯因素位錯因素:

14、 :1.1.位錯的運(yùn)動速率位錯的運(yùn)動速率，滑移臨界切應(yīng)力，滑移臨界切應(yīng)力，材料的沖擊韌性材料的沖擊韌性.( (同時開動的位錯源增加。屈服強(qiáng)度提高得較同時開動的位錯源增加。屈服強(qiáng)度提高得較多。多。) )2.2.層錯能層錯能，韌性，韌性。 增加層錯能，促進(jìn)螺位錯交滑移，使裂紋擴(kuò)展增加層錯能，促進(jìn)螺位錯交滑移，使裂紋擴(kuò)展消耗功增加，故韌性增加消耗功增加，故韌性增加金屬常見的塑性變形機(jī)理金屬常見的塑性變形機(jī)理金屬材料的塑性變形金屬材料的塑性變形: 金屬常見的塑性變形機(jī)理為金屬常見的塑性變形機(jī)理為滑移孿生滑移孿生 滑移是在切應(yīng)力作用下，沿著滑移面和滑移方向進(jìn)行的切變過程。滑移是在切應(yīng)力作用下，沿著滑移面

15、和滑移方向進(jìn)行的切變過程。 孿生是金屬在切應(yīng)力作用下的另外一種塑性變形方式。孿生是金屬在切應(yīng)力作用下的另外一種塑性變形方式。 孿生變形可以調(diào)整滑移面的方向?qū)\生變形可以調(diào)整滑移面的方向，使新的滑移系開動，間接對塑性變形，使新的滑移系開動，間接對塑性變形有貢獻(xiàn)。有貢獻(xiàn)。 各晶粒塑性變形的相互協(xié)調(diào)性各晶粒塑性變形的相互協(xié)調(diào)性: 多晶體金屬作為一個連續(xù)整體，不允許各個晶粒在任一滑移系自由變形，否則多晶體金屬作為一個連續(xù)整體，不允許各個晶粒在任一滑移系自由變形，否則必將導(dǎo)致晶界開裂，這就要求各晶粒之間能協(xié)調(diào)變形。每個晶粒必須能同時沿必將導(dǎo)致晶界開裂，這就要求各晶粒之間能協(xié)調(diào)變形。每個晶粒必須能同時沿幾個

16、滑移系進(jìn)行滑移，或在滑移的同時產(chǎn)生孿生變形，以保持材料的整體性。幾個滑移系進(jìn)行滑移，或在滑移的同時產(chǎn)生孿生變形，以保持材料的整體性。影響沖擊韌性的因素影響沖擊韌性的因素-晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)3.3.形成柯氏氣團(tuán)，韌性形成柯氏氣團(tuán)，韌性。 這是由于間隙溶質(zhì)元素溶入基體金屬這是由于間隙溶質(zhì)元素溶入基體金屬晶格中，通過與位錯的交互作用，偏聚于位晶格中，通過與位錯的交互作用，偏聚于位錯線附近形成柯氏氣團(tuán)，致使屈服升高，所錯線附近形成柯氏氣團(tuán)，致使屈服升高，所以鋼的脆性增大以鋼的脆性增大影響沖擊韌性的因素-冶金因素冶金因素1.1.溶質(zhì)元素溶質(zhì)元素 1.11.1間隙溶質(zhì)原子，使韌性間隙溶質(zhì)原子，使韌性 這是由

17、于它們這是由于它們偏聚于晶界，降低晶界表面能偏聚于晶界，降低晶界表面能，產(chǎn)生沿晶脆性斷裂，同時降低，產(chǎn)生沿晶脆性斷裂，同時降低脆斷應(yīng)力所致。脆斷應(yīng)力所致。 間隙溶質(zhì)元素含量增加，位錯阻力增大，脆性增大間隙溶質(zhì)元素含量增加，位錯阻力增大，脆性增大，韌脆轉(zhuǎn)變溫度提高。，韌脆轉(zhuǎn)變溫度提高。 1.21.2置換式溶質(zhì)，對韌性影響不明顯置換式溶質(zhì)，對韌性影響不明顯 鋼中加入鋼中加入置換型溶質(zhì)元素置換型溶質(zhì)元素(Ni(Ni鎳鎳 、MnMn錳錳例外例外) )一般也降低高階能，但這種影一般也降低高階能，但這種影響較響較間隙溶質(zhì)原子間隙溶質(zhì)原子小得多。小得多。 NiNi增加層錯能，促進(jìn)螺位錯交滑移，使裂紋擴(kuò)展消耗

18、功增加，故韌性增增加層錯能，促進(jìn)螺位錯交滑移，使裂紋擴(kuò)展消耗功增加，故韌性增加加 1.3雜質(zhì)元素雜質(zhì)元素S硫硫 、P磷磷 、As砷砷 、Sn錫錫 、Sb銻銻 使韌性使韌性 例如：鋼中的鋼中有多種有害元素，其中硫例如：鋼中的鋼中有多種有害元素，其中硫 元素引起熱脆。磷元素引起冷脆。元素引起熱脆。磷元素引起冷脆。這是由于它們這是由于它們偏聚于晶界，降低晶界體表面能偏聚于晶界，降低晶界體表面能，產(chǎn)生沿晶脆性斷裂，同時降低，產(chǎn)生沿晶脆性斷裂，同時降低脆斷應(yīng)力所致。脆斷應(yīng)力所致。 影響沖擊韌性的因素顯微組織顯微組織 2 2、晶粒大小因素、晶粒大小因素: : 細(xì)化晶?？墒共牧享g性增加。細(xì)化晶?？墒共牧享g性

19、增加。 研究表明，不僅鐵素體晶粒大小與韌脆性相關(guān)，而且馬氏研究表明，不僅鐵素體晶粒大小與韌脆性相關(guān)，而且馬氏體板條束寬度、上貝氏體鐵素體條束寬度、原始奧氏體晶粒體板條束寬度、上貝氏體鐵素體條束寬度、原始奧氏體晶粒尺寸和韌脆性相關(guān)。尺寸和韌脆性相關(guān)。細(xì)化晶粒細(xì)化晶粒能提高材料的韌性能提高材料的韌性 細(xì)化晶粒提高韌性的原因有：細(xì)化晶粒提高韌性的原因有： 晶界是裂紋擴(kuò)展的阻力；晶界是裂紋擴(kuò)展的阻力；晶界前塞積的位錯數(shù)減少，有利于降低應(yīng)力集中晶界前塞積的位錯數(shù)減少，有利于降低應(yīng)力集中； 晶界總面積增加，使晶界上雜質(zhì)濃度減少晶界總面積增加，使晶界上雜質(zhì)濃度減少，避免產(chǎn)生沿晶脆性斷裂。，避免產(chǎn)生沿晶脆性斷

20、裂。 影響沖擊韌性的因素金相組織金相組織 1.1.金相組織金相組織 1.1 回火索氏體回火索氏體貝氏體貝氏體珠光體，韌性珠光體，韌性。 金相組織金相組織 在較低強(qiáng)度水平，強(qiáng)度相同而組織不同的鋼，在較低強(qiáng)度水平，強(qiáng)度相同而組織不同的鋼，其沖擊韌性以回火索氏體最佳，貝氏體回火組織次之，片狀其沖擊韌性以回火索氏體最佳，貝氏體回火組織次之，片狀珠光體組織最差。珠光體組織最差。 此外，球化處理能改善鋼的韌性。此外，球化處理能改善鋼的韌性。 影響沖擊韌性的因素金相組織金相組織 1.2 在在較高強(qiáng)度較高強(qiáng)度水平時。中、高碳鋼經(jīng)等溫淬火獲得下貝水平時。中、高碳鋼經(jīng)等溫淬火獲得下貝氏體組織，其沖擊吸收功優(yōu)于同強(qiáng)

21、度的淬火馬氏體并回火的氏體組織，其沖擊吸收功優(yōu)于同強(qiáng)度的淬火馬氏體并回火的組織。組織。 1.3 在相同強(qiáng)度水平，典型上貝氏體的的韌性高于下貝氏在相同強(qiáng)度水平，典型上貝氏體的的韌性高于下貝氏體的的韌性。但低碳鋼低溫上貝氏體體的的韌性。但低碳鋼低溫上貝氏體(B1)(B1)的韌性高于回火馬的韌性高于回火馬氏體的韌性，這是氏體的韌性，這是由于在低溫上貝氏體中滲碳體沿奧氏體晶由于在低溫上貝氏體中滲碳體沿奧氏體晶界的析出受到抑制，減少了晶界裂紋所致界的析出受到抑制，減少了晶界裂紋所致。 影響沖擊韌性的因素金相組織金相組織 1.4 1.4 在低碳合金鋼中，經(jīng)不完全等溫處理獲得在低碳合金鋼中，經(jīng)不完全等溫處理

22、獲得貝氏體和馬貝氏體和馬氏體的混合組織氏體的混合組織，其韌性比，其韌性比單一馬氏體單一馬氏體或或單一貝氏體單一貝氏體組織要組織要好好 這是因?yàn)檫@是因?yàn)樨愂象w先于馬氏體形成貝氏體先于馬氏體形成，優(yōu)先將奧氏體晶粒分優(yōu)先將奧氏體晶粒分割成幾部分，使隨后形成的馬氏體限制在較小范圍內(nèi)割成幾部分，使隨后形成的馬氏體限制在較小范圍內(nèi)，從而，從而獲得了極為細(xì)小的獲得了極為細(xì)小的混合組織，裂紋在此種組織內(nèi)擴(kuò)展要多次混合組織，裂紋在此種組織內(nèi)擴(kuò)展要多次改變方向，消耗能量較大，故鋼的韌性較高改變方向，消耗能量較大，故鋼的韌性較高 影響沖擊韌性的因素金相組織金相組織 1.5 中碳合金鋼馬氏體貝氏體混合組織中碳合金鋼馬

23、氏體貝氏體混合組織的韌性，亦視鋼在奧氏體化后的冷卻過程中的韌性，亦視鋼在奧氏體化后的冷卻過程中貝氏體和馬氏體的形成順序而定，貝氏體和馬氏體的形成順序而定，只有貝氏只有貝氏體先于馬氏體形成韌性才可以改善體先于馬氏體形成韌性才可以改善 影響沖擊韌性的因素金相組織金相組織 2 2第二相（大小、形態(tài)、數(shù)量、分布）第二相（大小、形態(tài)、數(shù)量、分布） 鋼中碳化物及夾雜物等第二相對鋼的脆性的影響程度取決于第二相質(zhì)點(diǎn)的大小、形狀、分布、第二相性質(zhì)及其與基體的結(jié)合力等因素 一般第二相尺寸增加，材料的韌性下降 第二相的形狀對材料脆性也有影響，球狀第二相材料的韌性較好。 影響沖擊韌性的因素外部因素外部因素 1、溫度的

24、影響、溫度的影響 1.1冷脆性冷脆性(Tk稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度) 當(dāng)試驗(yàn)溫度低于某一溫度時，沖擊吸收功當(dāng)試驗(yàn)溫度低于某一溫度時，沖擊吸收功明顯下降，材料由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，明顯下降，材料由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，這就是低溫脆性。這就是低溫脆性。 斷裂機(jī)理：大多由微孔聚集型變?yōu)榇┚Ы饫?，斷裂機(jī)理：大多由微孔聚集型變?yōu)榇┚Ы饫?，斷口特征由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀。斷口特征由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀。影響沖擊韌性的因素外部因素外部因素 1.21.2藍(lán)脆：大多數(shù)鐵素體一珠光體組織的合金鋼，藍(lán)脆：大多數(shù)鐵素體一珠光體組織的合金鋼，隨溫度升高，在隨溫度升高，在300300左右韌性降低。它發(fā)生在鋼左右韌性降低

25、。它發(fā)生在鋼表面有藍(lán)色氧化膜的溫度范圍，因此稱為藍(lán)脆。表面有藍(lán)色氧化膜的溫度范圍，因此稱為藍(lán)脆。 產(chǎn)生藍(lán)脆的原因是碳和氮間隙原子的形變時效。在產(chǎn)生藍(lán)脆的原因是碳和氮間隙原子的形變時效。在150350溫度范圍內(nèi)溫度范圍內(nèi)形變時，已開動的位錯迅速被可擴(kuò)散的碳、氮原子所錨定，形變時，已開動的位錯迅速被可擴(kuò)散的碳、氮原子所錨定，形成柯氏氣團(tuán)形成柯氏氣團(tuán)。為。為了使形變繼續(xù)進(jìn)行，必須開動新的位錯，結(jié)果鋼中在給定的應(yīng)變下，位錯密度了使形變繼續(xù)進(jìn)行，必須開動新的位錯，結(jié)果鋼中在給定的應(yīng)變下，位錯密度增高，導(dǎo)致強(qiáng)度升高和韌性降低。增高，導(dǎo)致強(qiáng)度升高和韌性降低。 為了消除碳鋼的藍(lán)脆，鋼中加入一定量強(qiáng)碳化物和氮化

26、物形成元素如鈦、鈮、為了消除碳鋼的藍(lán)脆，鋼中加入一定量強(qiáng)碳化物和氮化物形成元素如鈦、鈮、釩，在鋼中形成釩，在鋼中形成Tic、TiN、NbC、NbN、vC、vN，將碳、氮原子固定將碳、氮原子固定。另外加。另外加入少量鋁，除脫氧外，還與氮形成入少量鋁，除脫氧外，還與氮形成AlN，也可減少藍(lán)脆傾向。，也可減少藍(lán)脆傾向。藍(lán)脆發(fā)生在合金元素很低的退火或正火的低合金鋼中。藍(lán)脆發(fā)生在合金元素很低的退火或正火的低合金鋼中。影響沖擊韌性的因素外部因素外部因素1.3重結(jié)晶重結(jié)晶 :固態(tài)金屬及合金在加熱固態(tài)金屬及合金在加熱(或冷卻或冷卻)通過相變點(diǎn)時，從一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶體結(jié)構(gòu)的過程。通過相變點(diǎn)時，從一種晶

27、體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶體結(jié)構(gòu)的過程。 1.3.1重結(jié)晶脆性重結(jié)晶脆性是由于變形時存在兩相區(qū)，而兩相是由于變形時存在兩相區(qū)，而兩相的變形能力不一致造成的。的變形能力不一致造成的。 1.3.2就是說，在不同就是說，在不同 溫度條件下，材料的溫度條件下，材料的 韌性是不同的，處于韌性是不同的，處于 脆性區(qū)域，其韌性則脆性區(qū)域，其韌性則 要低。要低。影響沖擊韌性的因素外部因素外部因素 2、動載荷與靜載荷下的藍(lán)脆的溫度：、動載荷與靜載荷下的藍(lán)脆的溫度： 碳鋼和某些合金鋼碳鋼和某些合金鋼 在靜拉伸時，藍(lán)脆的溫度范圍為在靜拉伸時，藍(lán)脆的溫度范圍為230-370230-370； 在沖擊載荷作用下，藍(lán)脆最嚴(yán)重的溫

28、度范圍為在沖擊載荷作用下，藍(lán)脆最嚴(yán)重的溫度范圍為525-550525-550。原因：原因： 在沖擊載荷作用下在沖擊載荷作用下，形變速率較高，碳、氮原于需，形變速率較高，碳、氮原于需要在較高溫度下才能獲得足夠的擴(kuò)散激活能，以形要在較高溫度下才能獲得足夠的擴(kuò)散激活能，以形成柯氏氣團(tuán)，成柯氏氣團(tuán)，故藍(lán)脆溫度升高故藍(lán)脆溫度升高。影響沖擊韌性的因素外部因素外部因素 3.3.加載速率的影響加載速率的影響 提高加載速率，提高加載速率，材料的屈服點(diǎn)提高，材料的屈服點(diǎn)提高，使材使材料脆性增大，韌脆轉(zhuǎn)變溫度料脆性增大，韌脆轉(zhuǎn)變溫度tk提高。提高。 中、低強(qiáng)度鋼的韌脆性對加載速率比較感，中、低強(qiáng)度鋼的韌脆性對加載速

29、率比較感， 高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼的韌脆性則對加載速高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼的韌脆性則對加載速率的敏感性較小率的敏感性較小應(yīng)變硬化（形變硬化）一般金屬發(fā)生塑性形變后，一般金屬發(fā)生塑性形變后，隨著變形量的增大，形變應(yīng)力不斷提高的現(xiàn)象。隨著變形量的增大，形變應(yīng)力不斷提高的現(xiàn)象。 ，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變硬化或應(yīng)變硬化或加工硬化。加工硬化。 應(yīng)變硬化應(yīng)變硬化是材料阻止繼續(xù)塑性變的一種力學(xué)性能，絕大多數(shù)金屬和高分子是材料阻止繼續(xù)塑性變的一種力學(xué)性能，絕大多數(shù)金屬和高分子材料具有應(yīng)變硬化特性，這種特性在材料的加工和應(yīng)用中具有十分重要的意材料具有應(yīng)變硬化特性，這種特性在材料的加工和應(yīng)用中具有十分重要的意義

30、。義。應(yīng)變硬化機(jī)理應(yīng)變硬化機(jī)理：金屬材料普遍認(rèn)為是塑性變形過程中的：金屬材料普遍認(rèn)為是塑性變形過程中的多系滑移多系滑移和和交滑移交滑移造成造成的。在多系滑移過程中，由于位錯的交互作用，形成割階、的。在多系滑移過程中，由于位錯的交互作用，形成割階、Lomer- Cottrell位位錯鎖和胞狀結(jié)構(gòu)等障礙，使位錯運(yùn)動的阻力增大，而產(chǎn)生應(yīng)變硬化。在交滑移錯鎖和胞狀結(jié)構(gòu)等障礙，使位錯運(yùn)動的阻力增大，而產(chǎn)生應(yīng)變硬化。在交滑移過程中，過程中，硬化主要是由于原滑移面硬化主要是由于原滑移面 中刃位錯引起的。因?yàn)槿形诲e不能產(chǎn)生交滑中刃位錯引起的。因?yàn)槿形诲e不能產(chǎn)生交滑移，因而隨應(yīng)力增加，刃位錯密度增大，產(chǎn)生應(yīng)變硬

31、化。移，因而隨應(yīng)力增加，刃位錯密度增大，產(chǎn)生應(yīng)變硬化。刃位錯的柏氏矢量和位錯線垂直。刃位錯的柏氏矢量和位錯線垂直。影響沖擊韌性的因素外部因素外部因素 4. .試樣性狀和尺寸的影響試樣性狀和尺寸的影響 4.1.缺口影響：缺口曲率半徑越小，沖擊功越小，缺口影響：缺口曲率半徑越小，沖擊功越小，因此，因此，V型缺口試樣的沖擊功低于型缺口試樣的沖擊功低于U型試樣的。型試樣的。 同樣加載速率下，有缺口時，加載速率可呈現(xiàn)出加倍的影響。因?yàn)榇藭r有應(yīng)力集中的影響，應(yīng)變速率比無缺口高得多，從而大大地降低了材料的局部塑性。 4.2.試樣寬度試樣寬度(或厚度或厚度)影響：影響： 當(dāng)不改變?nèi)笨诔叽缍辉黾釉嚇訉挾犬?dāng)不改

32、變?nèi)笨诔叽缍辉黾釉嚇訉挾?或厚度或厚度)時，時，沖擊功降低。這是出于試樣尺寸增加時應(yīng)力狀態(tài)變沖擊功降低。這是出于試樣尺寸增加時應(yīng)力狀態(tài)變硬，且缺陷幾率增大，故脆性增大。硬，且缺陷幾率增大，故脆性增大。影響沖擊韌性的因素外部因素外部因素 檢測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的影響：沖擊試驗(yàn)機(jī)分類沖擊試驗(yàn)機(jī)分類 沖擊試驗(yàn)機(jī)是測定材料沖擊韌度的專用設(shè)備。沖擊試驗(yàn)機(jī)是測定材料沖擊韌度的專用設(shè)備。 1、按沖擊方式分為、按沖擊方式分為落錘式、擺錘式、回轉(zhuǎn)式落錘式、擺錘式、回轉(zhuǎn)式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)。沖擊試驗(yàn)機(jī)。 2、按受力方式分為、按受力方式分為彎曲沖擊、拉力沖擊和扭彎曲沖擊、拉力沖擊和扭轉(zhuǎn)沖擊試驗(yàn)轉(zhuǎn)沖擊試驗(yàn)機(jī)機(jī) 應(yīng)用最廣的是應(yīng)用最

33、廣的是擺錘式和落錘式擺錘式和落錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)沖擊試驗(yàn)機(jī)擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)原理擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)原理沖擊荷載動響應(yīng)檢測沖擊荷載動響應(yīng)檢測 方法原理：能量法方法原理：能量法 -機(jī)械能守恒機(jī)械能守恒 在沖擊物與受沖構(gòu)件的接觸區(qū)域內(nèi)，應(yīng)力狀態(tài)異常在沖擊物與受沖構(gòu)件的接觸區(qū)域內(nèi)，應(yīng)力狀態(tài)異常復(fù)雜，且沖擊持續(xù)時間非常短促，接觸力隨時間的復(fù)雜，且沖擊持續(xù)時間非常短促，接觸力隨時間的變化難以準(zhǔn)確分析。變化難以準(zhǔn)確分析。 工程中通常采用能量法來解決沖擊問題，即在若干工程中通常采用能量法來解決沖擊問題，即在若干假設(shè)的基礎(chǔ)上，根據(jù)能量守恒定律對受沖擊構(gòu)件的假設(shè)的基礎(chǔ)上，根據(jù)能量守恒定律對受沖擊構(gòu)件的應(yīng)力與變形進(jìn)行偏于安全的

34、簡化計算。應(yīng)力與變形進(jìn)行偏于安全的簡化計算。沖擊荷載動響應(yīng)檢測沖擊荷載動響應(yīng)檢測常用標(biāo)準(zhǔn)試樣的沖擊吸收能量常用標(biāo)準(zhǔn)試樣的沖擊吸收能量 表示。表示。夏比夏比U形缺口形缺口-KU2在在2毫米擺錘刀刃半徑下的沖擊吸收能毫米擺錘刀刃半徑下的沖擊吸收能夏比夏比V形缺口形缺口-KV8在在8毫米擺錘刀刃半徑下的沖擊吸收能毫米擺錘刀刃半徑下的沖擊吸收能單位為焦耳（單位為焦耳（J）。）。傳統(tǒng)沖擊試驗(yàn)的缺陷傳統(tǒng)沖擊試驗(yàn)的缺陷 1、只能測沖擊功，而且所測的沖擊功缺乏明、只能測沖擊功，而且所測的沖擊功缺乏明確的物理意義。確的物理意義。 不能作為表征金屬構(gòu)件實(shí)際抵抗沖擊載荷不能作為表征金屬構(gòu)件實(shí)際抵抗沖擊載荷能力的韌性

35、判據(jù)，只能相對近似地表征金屬能力的韌性判據(jù)，只能相對近似地表征金屬抵抗已發(fā)生斷裂的擴(kuò)展能力。抵抗已發(fā)生斷裂的擴(kuò)展能力。傳統(tǒng)沖擊試驗(yàn)的缺陷傳統(tǒng)沖擊試驗(yàn)的缺陷 2、沖擊功不能代表試樣斷裂的吸收功、沖擊功不能代表試樣斷裂的吸收功 沖斷試樣消耗的總功可以分為兩部分：、沖斷試樣消耗的總功可以分為兩部分：、 1、消耗在試樣的變形及斷裂、消耗在試樣的變形及斷裂 2、消耗在試樣的拋出和軸的摩擦、機(jī)座的震動。、消耗在試樣的拋出和軸的摩擦、機(jī)座的震動。 沖擊功為上面所有項(xiàng)目之和。沖擊功為上面所有項(xiàng)目之和。 注：由于注：由于2項(xiàng)占比較小，可以近似為項(xiàng)占比較小，可以近似為等于試樣斷等于試樣斷裂所吸收的能量。但是要合理

36、選擇擺錘，如果打擺裂所吸收的能量。但是要合理選擇擺錘，如果打擺錘沖擊小能量的試樣，誤差就很大錘沖擊小能量的試樣，誤差就很大傳統(tǒng)沖擊試驗(yàn)的缺陷傳統(tǒng)沖擊試驗(yàn)的缺陷 3不能反映材料的韌脆差別不能反映材料的韌脆差別: 如圖，三種材料的沖擊功相同，但是三種材如圖，三種材料的沖擊功相同，但是三種材料具有本質(zhì)差別：料具有本質(zhì)差別： 材料材料1：典型脆性材料：典型脆性材料 材料材料2：具有一定的韌性，：具有一定的韌性， 為半脆性材料。為半脆性材料。 材料材料3：韌性材料：韌性材料示波沖擊試驗(yàn)機(jī)示波沖擊試驗(yàn)機(jī) 20世紀(jì)世紀(jì)60-70年代，人們就企圖利用示波沖擊試驗(yàn)?zāi)甏?，人們就企圖利用示波沖擊試驗(yàn)機(jī)測定沖擊力機(jī)測

37、定沖擊力位移曲線和能量位移曲線和能量位移曲線，從根位移曲線，從根本上解決沖擊物理意義不明確的問題。但是由于技本上解決沖擊物理意義不明確的問題。但是由于技術(shù)限制，數(shù)據(jù)采集速率的問題，采集的點(diǎn)太少，曲術(shù)限制，數(shù)據(jù)采集速率的問題，采集的點(diǎn)太少，曲線失真。線失真。 目前示波沖擊試驗(yàn)機(jī)技術(shù)已經(jīng)成熟，最新的數(shù)據(jù)采目前示波沖擊試驗(yàn)機(jī)技術(shù)已經(jīng)成熟，最新的數(shù)據(jù)采集速度可達(dá)到集速度可達(dá)到4M。我中心的示波沖擊試驗(yàn)機(jī)是。我中心的示波沖擊試驗(yàn)機(jī)是ZIWIK2000年的產(chǎn)品，采集速度年的產(chǎn)品，采集速度1M.設(shè)設(shè)備備外外形形設(shè)備的主要特點(diǎn)設(shè)備的主要特點(diǎn) 設(shè)備通過光柵角度傳感器和安裝在錘頭上的設(shè)備通過光柵角度傳感器和安裝在

38、錘頭上的力值傳感器，在錘頭沖擊試樣的瞬間高速采力值傳感器，在錘頭沖擊試樣的瞬間高速采樣，將整個沖擊動態(tài)過程記錄下來，并計算樣，將整個沖擊動態(tài)過程記錄下來，并計算沖擊速度、撓度及沖擊能量，從而得出材料沖擊速度、撓度及沖擊能量，從而得出材料的特征曲線，更深入細(xì)致的分析材料的沖擊的特征曲線，更深入細(xì)致的分析材料的沖擊力學(xué)性能，判斷材料的應(yīng)用范圍，被廣泛應(yīng)力學(xué)性能，判斷材料的應(yīng)用范圍，被廣泛應(yīng)用。用。設(shè)備的主要設(shè)備的主要性能性能 該設(shè)備配有兩個錘頭，打擊能量分別為該設(shè)備配有兩個錘頭，打擊能量分別為150J150J和和300J 300J ，沖擊速度為，沖擊速度為5.425.42米米/ /秒，主機(jī)配有秒，

39、主機(jī)配有模擬盤，可以直接讀數(shù)，測試時間小于模擬盤，可以直接讀數(shù)，測試時間小于5 5秒，秒，通過存儲記錄儀也可將數(shù)據(jù)傳到計算機(jī)，通通過存儲記錄儀也可將數(shù)據(jù)傳到計算機(jī)，通過軟件，實(shí)現(xiàn)沖擊值顯示，力過軟件，實(shí)現(xiàn)沖擊值顯示，力- -時間，能量時間，能量- -時間的顯示，通過積分等計算，還可以實(shí)現(xiàn)時間的顯示，通過積分等計算，還可以實(shí)現(xiàn)力力- -位移，能量位移，能量- -位移等數(shù)值的圖表的現(xiàn)實(shí)。位移等數(shù)值的圖表的現(xiàn)實(shí)。設(shè)備的主要功能設(shè)備的主要功能 可以通過特征曲線，分析沖擊載荷下金屬實(shí)可以通過特征曲線，分析沖擊載荷下金屬實(shí)時變形和斷裂的特征時變形和斷裂的特征 沖擊力沖擊力-時間曲線時間曲線 沖擊能量沖擊能

40、量-時間曲線時間曲線 沖擊力沖擊力-位移曲線位移曲線 沖擊能量沖擊能量-位移曲線位移曲線 可以更高精度的測試沖擊韌性可以更高精度的測試沖擊韌性 示波沖擊試驗(yàn)機(jī)實(shí)際波形示波沖擊試驗(yàn)機(jī)實(shí)際波形示波沖擊試驗(yàn)機(jī)實(shí)際波形示波沖擊特征值擬合示波沖擊特征值擬合沖擊試驗(yàn)的宏觀斷口沖擊試驗(yàn)的宏觀斷口 在沖擊力的作用下，試樣的大力過程與靜拉在沖擊力的作用下，試樣的大力過程與靜拉伸一樣，仍然表現(xiàn)為彈性變形、塑性變形和伸一樣，仍然表現(xiàn)為彈性變形、塑性變形和斷裂，其不同在于變形速度，由于缺口的存斷裂，其不同在于變形速度，由于缺口的存在，塑性變形只是發(fā)生在缺口的局部范圍，在，塑性變形只是發(fā)生在缺口的局部范圍，而且缺口越尖

41、銳，參與塑性變形的材料體積而且缺口越尖銳，參與塑性變形的材料體積越小，得到的沖擊功越低。越小，得到的沖擊功越低。 下圖為典型沖擊試樣斷口的宏觀形態(tài)，一般下圖為典型沖擊試樣斷口的宏觀形態(tài)，一般分為分為3個區(qū)。個區(qū)。斷口分析與示波曲線關(guān)系斷口分析與示波曲線關(guān)系沖擊試驗(yàn)的宏觀斷口沖擊試驗(yàn)的宏觀斷口-纖維區(qū)纖維區(qū) 曲線上曲線上Fgy之前為彈性階段，從之前為彈性階段，從Fgy開始，試開始，試樣進(jìn)入塑性變形和形變強(qiáng)化階段，當(dāng)載荷達(dá)樣進(jìn)入塑性變形和形變強(qiáng)化階段，當(dāng)載荷達(dá)到到Fm時，塑性變形已貫穿整個缺口截面，缺時，塑性變形已貫穿整個缺口截面，缺口根部開始橫向收縮，橫截面減小，試樣承口根部開始橫向收縮，橫截面

42、減小，試樣承受載荷能力降低，載荷下降，在受載荷能力降低，載荷下降，在Fm附近試樣附近試樣內(nèi)部萌生裂紋，由于缺口根部位三向應(yīng)力狀內(nèi)部萌生裂紋，由于缺口根部位三向應(yīng)力狀態(tài)，因此裂紋萌生于距缺口一定距離的試樣態(tài)，因此裂紋萌生于距缺口一定距離的試樣內(nèi)部，裂紋形成后，向兩側(cè)寬度方向和前方內(nèi)部，裂紋形成后，向兩側(cè)寬度方向和前方深度方向擴(kuò)展，在裂紋擴(kuò)展過程中，載荷下深度方向擴(kuò)展，在裂紋擴(kuò)展過程中，載荷下降，載荷達(dá)到降，載荷達(dá)到Fiu時，裂紋已經(jīng)擴(kuò)展到缺口根時，裂紋已經(jīng)擴(kuò)展到缺口根部的整個寬度，中間部分較深，形成缺口前部的整個寬度，中間部分較深，形成缺口前方的腳跟形的纖維區(qū)。方的腳跟形的纖維區(qū)。沖擊試驗(yàn)的宏觀

43、斷口沖擊試驗(yàn)的宏觀斷口-放射區(qū)放射區(qū) 放射區(qū)：當(dāng)纖維區(qū)的裂紋尺寸增大到臨界尺放射區(qū)：當(dāng)纖維區(qū)的裂紋尺寸增大到臨界尺寸，裂紋在寸，裂紋在Fiu點(diǎn)開始快速擴(kuò)展，形成放射區(qū)，點(diǎn)開始快速擴(kuò)展，形成放射區(qū)，其斷口形貌為以纖維區(qū)為中心呈放射狀，與其斷口形貌為以纖維區(qū)為中心呈放射狀，與此對應(yīng)載荷陡降到此對應(yīng)載荷陡降到Fa。沖擊試驗(yàn)的宏觀斷口沖擊試驗(yàn)的宏觀斷口-剪切唇剪切唇 剪切唇：此時裂紋前沿已進(jìn)入試樣的壓應(yīng)力剪切唇：此時裂紋前沿已進(jìn)入試樣的壓應(yīng)力區(qū)，尚未斷裂的截面積，已經(jīng)比較小，與兩區(qū)，尚未斷裂的截面積，已經(jīng)比較小，與兩側(cè)一樣已處在平面應(yīng)力狀態(tài)下，變形比較自側(cè)一樣已處在平面應(yīng)力狀態(tài)下，變形比較自由，形成二

44、次纖維區(qū)和剪切唇。相應(yīng)的載荷由，形成二次纖維區(qū)和剪切唇。相應(yīng)的載荷由由Fa降到零，其斷口特征為表面光滑，與拉降到零，其斷口特征為表面光滑，與拉應(yīng)力約成應(yīng)力約成45度。度。力學(xué)特征值力學(xué)特征值能量特征值：能量特征值：1、最大力能量、最大力能量Wm（彈性變形和塑性變形能量之和）力力位移曲線下位移曲線下從從S=0到到S=Sm的面積的面積2、不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展、不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始能量起始能量Wiu力力位移曲線下，從位移曲線下，從S=0到到S=Siu的面積的面積3、不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展、不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展終止能量終止能量Wid力力位移曲線下，從位移曲線下，從S=0到到S=Sa的面積的面積4、總能量、總能量WT力力位移

45、曲線下，位移曲線下，從從S=0到到S=St的面積的面積5、屈服能量、屈服能量We：力力位移曲線下位移曲線下從從S=0到到S=Sqy的面積的面積材料沖擊能量特征值的物理意義 影響材料韌脆性的三個內(nèi)在能量指標(biāo)：影響材料韌脆性的三個內(nèi)在能量指標(biāo)： 材料韌脆性與材料的材料韌脆性與材料的裂紋萌生功、擴(kuò)展功和吸收的總能量裂紋萌生功、擴(kuò)展功和吸收的總能量有有關(guān)：關(guān)： 裂紋萌生功裂紋萌生功We+ Wd：裂紋萌生與缺口處一定范圍的彈性、塑性變形有關(guān)，此前消耗的能量，裂紋萌生與缺口處一定范圍的彈性、塑性變形有關(guān)，此前消耗的能量，代表裂紋萌生所要消耗的能量。稱為裂紋形成功。它是缺口處彈性變形代表裂紋萌生所要消耗的能

46、量。稱為裂紋形成功。它是缺口處彈性變形和塑性變形消耗功的總和。和塑性變形消耗功的總和。注：起裂功一般認(rèn)為彈性變形和塑性變形之和為起裂功，但是彈塑性材料在注：起裂功一般認(rèn)為彈性變形和塑性變形之和為起裂功，但是彈塑性材料在F Fm m之前起裂之前起裂。裂紋萌生功裂紋萌生功反映了裂紋生成的難易和快慢，它取決于材質(zhì)原子間的結(jié)合反映了裂紋生成的難易和快慢，它取決于材質(zhì)原子間的結(jié)合力與材質(zhì)的滑移系的多少。從安全角度考慮，裂紋形成功大一些，使裂力與材質(zhì)的滑移系的多少。從安全角度考慮，裂紋形成功大一些，使裂紋形成消耗更多能量，有利于安全性。紋形成消耗更多能量，有利于安全性。；材料沖擊能量特征值的物理意義 裂紋

47、擴(kuò)展功裂紋擴(kuò)展功Wp1 ：裂紋擴(kuò)展同裂紋形成一樣都需：裂紋擴(kuò)展同裂紋形成一樣都需要時間，裂紋擴(kuò)展功反映了有裂紋的試樣在沖擊力要時間，裂紋擴(kuò)展功反映了有裂紋的試樣在沖擊力的作用下，裂紋擴(kuò)展的快慢，表征了的作用下，裂紋擴(kuò)展的快慢，表征了阻止裂紋擴(kuò)展阻止裂紋擴(kuò)展的能力的能力。裂紋擴(kuò)展功。裂紋擴(kuò)展功Wp1大，說明裂紋擴(kuò)展較慢，大，說明裂紋擴(kuò)展較慢，材料韌性好。材料韌性好。 沖擊韌性的大小，主要取決于裂紋擴(kuò)展功，尤其是沖擊韌性的大小，主要取決于裂紋擴(kuò)展功，尤其是穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展功，因此分析沖擊試驗(yàn)結(jié)果時，把裂穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展功，因此分析沖擊試驗(yàn)結(jié)果時，把裂紋擴(kuò)展功的大小看得很重紋擴(kuò)展功的大小看得很重.示波沖擊試

48、驗(yàn)的應(yīng)用示波沖擊試驗(yàn)的應(yīng)用1 1 1、 對冶金及熱處理工藝質(zhì)量和缺陷進(jìn)行定量檢驗(yàn)對冶金及熱處理工藝質(zhì)量和缺陷進(jìn)行定量檢驗(yàn) 沖擊試驗(yàn)有效地用來檢定鋼材質(zhì)量和判斷冶金、加工和熱處理沖擊試驗(yàn)有效地用來檢定鋼材質(zhì)量和判斷冶金、加工和熱處理規(guī)程的適應(yīng)性，籍以控制和穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。規(guī)程的適應(yīng)性，籍以控制和穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。 沖擊功對材料的宏觀缺陷、顯微組織的差異等非常敏感，作為沖擊功對材料的宏觀缺陷、顯微組織的差異等非常敏感，作為檢驗(yàn)依據(jù)以評定缺陷的嚴(yán)重程度，分析其形成原因。檢驗(yàn)依據(jù)以評定缺陷的嚴(yán)重程度，分析其形成原因。 長期以來，把具有使用價值的沖擊力、位移、裂紋形成功及長期以來，把具有使用價值的沖擊力、位移

49、、裂紋形成功及擴(kuò)展功等性能，擴(kuò)展功等性能，和對沖斷試樣的斷口分析，可揭示原材料中的和對沖斷試樣的斷口分析，可揭示原材料中的氣孔、夾雜、偏析、嚴(yán)重分層和夾雜物超標(biāo)等冶金缺陷；還可氣孔、夾雜、偏析、嚴(yán)重分層和夾雜物超標(biāo)等冶金缺陷；還可檢查過熱、過燒、回火脆性等鍛造或熱處理缺陷檢查過熱、過燒、回火脆性等鍛造或熱處理缺陷 示波沖擊試驗(yàn)的應(yīng)用示波沖擊試驗(yàn)的應(yīng)用2 2 2、評定材料對沖擊評定材料對沖擊缺口的敏感性缺口的敏感性 由于由于沖擊試驗(yàn)測出的沖擊功對缺口非常敏感，由于由于沖擊試驗(yàn)測出的沖擊功對缺口非常敏感，評定缺口敏感性。沖擊時試樣缺口截面上受力是不評定缺口敏感性。沖擊時試樣缺口截面上受力是不均勻的

50、，缺口處于拉應(yīng)力，缺口根部拉應(yīng)力最大。均勻的，缺口處于拉應(yīng)力，缺口根部拉應(yīng)力最大。 例如例如:進(jìn)行表面強(qiáng)化效應(yīng)的研究進(jìn)行表面強(qiáng)化效應(yīng)的研究 如果缺口表面狀態(tài)有變化。如噴丸、鍍層、滾壓或如果缺口表面狀態(tài)有變化。如噴丸、鍍層、滾壓或者滲碳、軋輥激光毛化等等，均會使表面強(qiáng)化并產(chǎn)者滲碳、軋輥激光毛化等等，均會使表面強(qiáng)化并產(chǎn)生壓應(yīng)力，而腐蝕會使表面弱化，軋輥的的激光毛生壓應(yīng)力，而腐蝕會使表面弱化，軋輥的的激光毛化也會使表面弱化，那么沖擊試驗(yàn)對其強(qiáng)化或弱化化也會使表面弱化，那么沖擊試驗(yàn)對其強(qiáng)化或弱化效果會很敏感，使沖擊力或沖擊能量增加或減少。效果會很敏感，使沖擊力或沖擊能量增加或減少。 .材料滲碳的目的是

51、為了零件表層得到較高的硬度與耐磨性。示波沖擊試驗(yàn)的應(yīng)用示波沖擊試驗(yàn)的應(yīng)用3 3 3、評定隨溫度脆性傾向評定隨溫度脆性傾向 沖擊功對溫度十分敏感，通常從低溫到高溫進(jìn)行沖擊系列沖擊功對溫度十分敏感，通常從低溫到高溫進(jìn)行沖擊系列試驗(yàn)，測定韌脆轉(zhuǎn)變趨勢。試驗(yàn)，測定韌脆轉(zhuǎn)變趨勢。 1 1、冷脆、冷脆-測定材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度測定材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，。 2 2、藍(lán)脆、藍(lán)脆-測定材料的韌脆溫度測定材料的韌脆溫度 3 3、重結(jié)晶脆性、重結(jié)晶脆性-測定材料測定材料重結(jié)晶重結(jié)晶的韌脆溫度的韌脆溫度 因?yàn)榱鸭y擴(kuò)展功在溫度轉(zhuǎn)變過程中變化顯著，不僅能夠因?yàn)榱鸭y擴(kuò)展功在溫度轉(zhuǎn)變過程中變化顯著，不僅能夠給出定量評估指標(biāo)，而且能從微觀和宏觀斷口上進(jìn)行分析。給出定量評估指標(biāo)，而且能從微觀和宏觀斷口上進(jìn)行分析。 為防止金屬構(gòu)件的冷脆、藍(lán)脆及重結(jié)晶脆性，并能大致為防止金屬構(gòu)件的冷脆、藍(lán)脆及重結(jié)晶脆性，并能大致估算出構(gòu)件容許工作溫