第五章缺口頂端應(yīng)力、應(yīng)變分析

1、第五章 缺口試樣的力學(xué)性能 商洛學(xué)院 常亮亮5 5-1 -1 缺口效應(yīng)一、缺口及缺口效應(yīng)：一、缺口及缺口效應(yīng)：缺口缺口：一般指試樣或工件的截面急劇變化處；鍵槽、油孔一般指試樣或工件的截面急劇變化處；鍵槽、油孔 、臺(tái)階、臺(tái)階、螺紋螺紋缺口效應(yīng)缺口效應(yīng)：在缺口處由于缺口的存在，影響了應(yīng)力的分布狀態(tài)，使在缺口處由于缺口的存在，影響了應(yīng)力的分布狀態(tài)，使之出現(xiàn)：之出現(xiàn)：應(yīng)力狀態(tài)變硬應(yīng)力狀態(tài)變硬( (由單向拉應(yīng)力變?yōu)槿蚶瓚?yīng)力由單向拉應(yīng)力變?yōu)槿蚶瓚?yīng)力) )；產(chǎn)生應(yīng)力集中。產(chǎn)生應(yīng)力集中。促發(fā)裂紋的生成與擴(kuò)展，不利于材料的塑變促發(fā)裂紋的生成與擴(kuò)展，不利于材料的塑變( (位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)) )，使材料在，使材

2、料在該處處于脆性狀態(tài)該處處于脆性狀態(tài)( (即使該材料為塑性材料即使該材料為塑性材料) )，易于發(fā)生脆性斷裂；，易于發(fā)生脆性斷裂；此應(yīng)力分布狀態(tài)的改變，即為此應(yīng)力分布狀態(tài)的改變，即為缺口效應(yīng)缺口效應(yīng)。由此推廣：由此推廣：晶界、夾雜、組織不均勻處、粗大第二相、微裂紋及晶界、夾雜、組織不均勻處、粗大第二相、微裂紋及螺紋、尖角、倒角、臺(tái)階半徑過小處，均有類似改變螺紋、尖角、倒角、臺(tái)階半徑過小處，均有類似改變應(yīng)力狀態(tài)的應(yīng)力狀態(tài)的缺口效應(yīng)缺口效應(yīng)；溫度的下降或形變速率的增加也有不利塑變的作用，溫度的下降或形變速率的增加也有不利塑變的作用，也可導(dǎo)致也可導(dǎo)致缺口效應(yīng)缺口效應(yīng)。缺口改變了應(yīng)力狀態(tài)，如：應(yīng)力集中；

3、由應(yīng)力集中導(dǎo)致應(yīng)變集中；形成雙向或三向應(yīng)力狀態(tài)，導(dǎo)致缺口附近屈服強(qiáng)度提高，塑性變形困難，使材料脆化 ；缺口附近的應(yīng)變速率增高 。統(tǒng)稱為缺口效應(yīng)，導(dǎo)致力學(xué)性能的改變。5 5- -2 2 缺口頂端應(yīng)力、應(yīng)變分析1 1）?。┍?板板 ynxz0外XYZ無缺口時(shí)，整個(gè)截面上應(yīng)力均勻分布。應(yīng)力集中和應(yīng)變集中現(xiàn)象1 彈性狀態(tài)下的應(yīng)力分布q有缺口時(shí)，缺口處不能承受外力，這部分外力由近缺口處材料來承擔(dān)，因而缺口根部應(yīng)力最大，離開缺口根部應(yīng)力逐漸減小，一直到某一恒定值。（如圖所示）n這用由于缺口造成的局部應(yīng)力增大的現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中。應(yīng)力集中系數(shù)：max為缺口根部缺口根部的最大應(yīng)力,n為凈截面上的名義應(yīng)力。在彈性

4、范圍內(nèi)，Kt的數(shù)值決定于缺口的幾何形狀與尺寸。對給定的缺口形狀，可通過公式計(jì)算或有圖表可查。機(jī)械工程手冊ntKmaxx是怎樣產(chǎn)生的？薄板缺口拉伸時(shí)彈性狀態(tài)下的應(yīng)力分布圖q 會(huì)引起縱向伸長，必然引起橫向收縮。由于缺口使 隨x發(fā)生變化，從大到小到恒定，引起的縱向伸長也由大到小，如果從缺口根部把薄 板分成許多微元，微元的縱向伸長沿x方向由大 到小，這種變形不均勻使微元之間存在相互制約在x方向產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力 yxyq 由于板很薄，z向收縮變形不受限制，薄板的這種受力狀態(tài)稱為平面應(yīng)力狀態(tài)： 0z000zyx在x=0處的微元可自由伸長， ；在遠(yuǎn)離缺口處 恒定， 也為0， 必有一極大值，在變形梯度較大的缺口附近

5、處。所以缺口薄板受拉伸時(shí)，產(chǎn)生了雙向應(yīng)力。0 xyxx的大小在 與 之間。2）厚板 (板的厚度相對于缺口或裂紋深度足夠大)由于板很厚 ， 在 厚 度 方 向 上 的 變 形 受 到 約 束 產(chǎn)生 ， 。 因?yàn)?，根據(jù)胡克定律 000zyx0z0yxzzyz厚板的這種受力狀態(tài)稱為平面應(yīng)變狀態(tài)。x厚板缺口拉伸時(shí)，彈性狀態(tài)下的應(yīng)力分布圖(a)沿x方向的應(yīng)力分布 (b)沿z方向的應(yīng)力分布當(dāng)缺口根部發(fā)生塑性變形后， ， ， 的最大值都不在根部，而是移動(dòng)到彈塑性變形的交界處。（如圖所示）zyx缺口根部發(fā)生塑性變形的應(yīng)力分布圖（平面應(yīng)變）2 塑性狀態(tài)下的應(yīng)力分布q根據(jù)屈雷斯加判據(jù) 缺口根部 ， ，是兩向應(yīng)力

6、狀態(tài)； 缺口內(nèi)側(cè) ，是三向應(yīng)力狀態(tài)。 結(jié)果使材料塑性變形變得困難，材料脆化。0 xsyxsy對塑性好的材料，缺口使材料的屈服強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度升高，但塑性降低，這種現(xiàn)象稱之為“缺口強(qiáng)化”。0 x試驗(yàn)機(jī)夾頭速率：v = dl/dt試樣應(yīng)變速率： = d/dt，d = dl/l = d/dt = dl/l/dt = dl/dt1/l = v/l缺口處應(yīng)變速率提高現(xiàn)象如果光滑試樣的工作長度l為100mm，缺口附近的工作長度l=1mm，缺口附近的應(yīng)變速率提高了兩個(gè)數(shù)量級。q缺口帶來的危害（缺口效應(yīng)）： 應(yīng)力集中；應(yīng)變集中；應(yīng)變速率提高；引起兩向或三向應(yīng)力狀態(tài)，使塑變困難，材料脆化。 5 5- -3 3缺口

7、試樣靜載力學(xué)性能一、缺口試樣的靜拉伸和靜彎曲性能1 缺口試樣的靜拉伸 與光滑試樣拉伸時(shí)比較，缺口引起了加載的變化-缺口效應(yīng) 不同材料缺口效應(yīng)不同，為了比較各種材料的缺口敏感程度，常進(jìn)行缺口靜拉伸試驗(yàn)。 缺口靜拉伸試驗(yàn)的目的，常用于評定高強(qiáng)度螺栓等零件的性能。圖中(a)、(b)分別表示用于缺口靜拉伸試驗(yàn)的圓形截面試樣和矩形截面試樣。(c)表示代表缺口形狀的3個(gè)主要參數(shù)：為缺口深度，為缺口角，為缺口曲率半徑。 q試驗(yàn)過程：材料在進(jìn)行缺口拉伸試驗(yàn)時(shí)，斷裂情況有三種：（1）材料在制成缺口試樣進(jìn)行拉伸時(shí)，缺口根部只有彈性變形而失去了塑性變形能力，這時(shí)缺口截面上的應(yīng)力分布如圖中的曲線1所示。 缺口試樣變形

8、時(shí)應(yīng)力分布情況圖n脆斷， 斷口為放射狀，拉伸曲線為直線；斷口形貌如圖(a)所示。 (2)在缺口根部可發(fā)生少量塑性變形，這時(shí)最大軸向應(yīng)力max已不在缺口頂端的表面處，而是位于塑性變形區(qū)和彈性區(qū)的交界處，如圖的曲線2、3所示。缺口試樣變形時(shí)應(yīng)力分布情況圖根部有微小塑性區(qū)，然后斷裂，斷口在缺口根部有一圈塑性斷口，中部為放射狀，拉伸曲線由直線開始改變，斜率微小下降；斷口形貌如圖 (b)所示。缺口試樣變形時(shí)應(yīng)力分布情況圖(3)如果材料的斷裂抗力遠(yuǎn)高于屈服強(qiáng)度，則隨著載荷的增加。塑性區(qū)可以不斷向試樣中心擴(kuò)展，位于彈塑性交界處的最大軸向應(yīng)力max也相應(yīng)地不斷向中心移動(dòng)，如塑性變形能擴(kuò)展到試樣中心，即出現(xiàn)沿缺

9、口截面的全面屈服。此時(shí)max出現(xiàn)在試樣中心位置，如右圖中曲線6所示。n斷口為全部塑性特征，拉伸曲線上出現(xiàn)曲線部分。斷口形貌如圖 (c)所示。 此時(shí)，bnb 用缺口強(qiáng)度比NSR（缺口拉伸強(qiáng)度比光滑試樣靜拉伸強(qiáng)度）作為衡量靜拉伸下缺口敏感度指標(biāo)。 NSR與缺口敏感性成反比：bbNeqNSR比值越大，缺口敏感性越小。材料缺口敏感度影響因素 材料缺口敏感性除與材料本身性能、應(yīng)力狀態(tài)(加載方式)有關(guān)外，還與缺口形狀、尺寸、試驗(yàn)溫度有關(guān)。缺口拉伸試樣的標(biāo)準(zhǔn)缺口張角450600；缺口根部截面直徑10mmdn20mm；缺口根部曲率半徑 0.1mm；（d02-dn2)/d0250% 無偏斜的缺口拉伸試驗(yàn)，往往顯

10、示不出組織與合金元素的影響。缺口偏斜拉伸試驗(yàn)就是在更苛刻的應(yīng)力狀態(tài)和試驗(yàn)條件下，來檢驗(yàn)與對比不同材料或不同工藝所表現(xiàn)出的性能差異。 2 缺口試樣的偏斜拉伸3 缺口試樣靜彎曲光滑試樣的靜彎曲試驗(yàn)的目的：評定工具鋼或脆性材料（陶瓷等）的力學(xué)性能。缺口靜彎曲試驗(yàn)的目的：評定或比較結(jié)構(gòu)鋼的缺口敏感度和裂紋敏感度。試樣尺寸：10660mm或者101055mm，缺口深度為2mm，夾角為60o的V型或U型缺口。靜彎試驗(yàn)請看動(dòng)畫演示。 試驗(yàn)結(jié)果：缺口靜彎曲線Pf曲線圖材料1在曲線上升部分?jǐn)嗔?，殘余撓度很小，表示對缺口敏感；材?在曲線下降部分?jǐn)嗔?，殘余撓度較大，表示缺口敏感度低；材料3彎曲不斷，材料對缺口不敏

11、感。材料1材料2材料3I 彈性變形部分，彈性功II 塑性變形部分，塑性功III斷裂部分，斷裂功III代表當(dāng)裂紋產(chǎn)生后，材料阻礙裂紋繼續(xù)擴(kuò)展的能力，通常以Pmax/P的大小來表示裂紋敏感度。q缺口靜彎曲線與靜拉伸曲線相似，也分為三個(gè)階 段：n曲線只有 I 表示材料對缺口極為敏感（脆化）；n曲線只有III表示材料對缺口敏感；n曲線有IIIIII表示材料對缺口不敏感，III區(qū)越大，缺口敏感性越小。（定性分析）（定量分析用材料的斷裂韌性） 5 5- 3 - 3 缺口試樣在沖擊載荷下的力學(xué)性能 一、沖擊載荷一、沖擊載荷彈性力學(xué)行為以聲速傳播，一般的沖擊載荷的加載及變形速度均遠(yuǎn)小于聲速，故沖擊載荷對彈性力

12、學(xué)形為無影響；塑性變形的傳播速度取決于位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)速度及增殖速度，在沖擊載荷下，塑性變形來不及充分、均勻地進(jìn)行；實(shí)驗(yàn)也證明：沖擊載荷下塑性變形集中于某些局部區(qū)域，分布極不均勻；沖擊載荷的作用持續(xù)時(shí)間短，其應(yīng)力狀態(tài)不易準(zhǔn)確及時(shí)地測量（有示波沖擊試驗(yàn)機(jī)可作，但也不穩(wěn)定，數(shù)據(jù)波動(dòng)大，分散性大，且試驗(yàn)設(shè)備昂貴）。沖擊載荷下一般只測定試樣在變形的各階段或總階段所吸收的能量。二、缺口沖擊試驗(yàn)：二、缺口沖擊試驗(yàn)：試樣：101055(mm)；開有2mm深的U形或V形缺口，分別稱為梅氏試樣或夏氏試樣，特脆材料可不開缺口。U型缺口沖擊試驗(yàn)原理：能量原則擺錘沖斷試樣前后所產(chǎn)生的能量損失AK (J) ； AK=mg(H

13、1-H2) K = AK/F F = 810(mm2) 缺口沖擊試驗(yàn)斷口：缺口沖擊試驗(yàn)斷口：試樣：101055(mm)；開有2mm深的U形或V形缺口，分別稱為梅氏試樣或夏氏試樣，特脆材料可不開缺口。沖擊試驗(yàn)原理：能量原則擺錘沖斷試樣前后所產(chǎn)生的能量損失AK (J) ； AK=mg(H1-H2) K = AK/F F = 810(mm2)三、沖擊韌性K值: 材料在受到?jīng)_擊載荷的作用下發(fā)生斷裂時(shí)所吸收的能量總和。沖擊韌性K值：為綜合性的力學(xué)性能指標(biāo)，表征材料抵抗沖擊載荷破壞的能力大小。理論上常用AK代替KK值：任何能提高材料的強(qiáng)度而不降低塑性、或提高塑性而不降低強(qiáng)度的因素均可以提高材料的K值。它表

14、征了材料在不斷裂情況下能夠承受的最大沖擊能量，綜合了強(qiáng)度與塑性兩方面的影響，并且對材料的組織缺陷非常敏感，特別適于生產(chǎn)中的質(zhì)量管理控制。 K值常用于評定材料的韌、脆性品質(zhì)，是鋼材由鋼廠出廠時(shí)必須達(dá)到的力學(xué)性能指標(biāo)(S,b,K,K)；在設(shè)計(jì)中作為保證受沖擊構(gòu)件的安全性的主要指標(biāo)使用。但理論界認(rèn)為K值對材料的韌性的描述和意義有很大的局限性和不準(zhǔn)確性。理論界認(rèn)為：1. K值無明確的物理意義：AK有明確物理意義：為沖斷試樣所消耗的總功（試樣斷裂所吸收的總能量）。但該能量在試樣橫載面上的消耗和分布是極不均勻的，絕大多數(shù)被吸收在缺口附近，故AK/F 僅為數(shù)學(xué)值，無物理意義；AK所包含也不僅為試樣斷裂分離時(shí)

15、所吸收，還有相當(dāng)一部分轉(zhuǎn)變成了熱能，但這部分熱能在工程構(gòu)件受實(shí)際的沖擊并致斷裂時(shí)也會(huì)產(chǎn)生，不能想辦法完全地將其消除；但AK值與F也有關(guān)系，且無法排除F對其影響，只得仍以AK/F來近似消除。三、沖擊韌性：三、沖擊韌性：2. AK值相同時(shí)材料，其韌性也不一定相同： 示波沖擊：載荷時(shí)間（或撓度）曲線：AK則分為三個(gè)部分，A、A、A；其中A為彈性功，只有A與A（尤其是A）的大小才真正表示了材料的斷裂的韌脆狀態(tài)，但AK值高并不一定A、A也高； 后有人提出以A或A+A來表達(dá)材料的沖擊韌性(記為：Ap)，然而卻給不出其簡便的測試方法；且完全地排除彈性變形功A對材料抗沖擊破壞的貢獻(xiàn)，也有不合理的地方，且在工程

16、上的應(yīng)用也不現(xiàn)實(shí)。因此盡管理論界認(rèn)為K值對材料的韌性的描述和意義有很大的局限性和不準(zhǔn)確性，但又提不出一個(gè)理論意義明確的且測試方法簡便易行的指標(biāo)來代替之。在生產(chǎn)實(shí)踐中只得繼續(xù)使用K值，顯示了K值強(qiáng)大的生命力。而K值的生命力體現(xiàn)在其工程應(yīng)用上：1. 長期的廣泛應(yīng)用，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)資料，這些數(shù)據(jù)資料非常實(shí)用且有效；2. 檢測簡便易行，檢測設(shè)備價(jià)格低廉；3. 對材料內(nèi)部的組織缺陷，對材料的品質(zhì)、宏觀缺陷、材料顯微組織的變化非常敏感；4. 生產(chǎn)實(shí)踐證明：作為控制和檢驗(yàn)冶煉、熱加工(鍛、軋、焊、熱處理)質(zhì)量的力學(xué)性能指標(biāo)非常有效。 評定材料的冶金質(zhì)量及熱加工質(zhì)量及組織缺陷: -沖擊韌性K值對其非常敏

17、感1.夾雜（渣）、氣泡、帶狀偏析；2. 過熱、過燒、氧化、脫碳、網(wǎng)狀組織、粗大碳化物、白點(diǎn)、回火脆性、淬火裂紋、鍛造裂紋、壓力加工后組織的各向異性等等等等；對組織缺陷：K最為敏感；塑性指標(biāo)、K敏感，強(qiáng)度指標(biāo)b、S較為敏感；而彈性模量E對組織不敏感。試驗(yàn)要求：試樣合理的缺口型式，使材料處于半脆性狀態(tài)內(nèi)進(jìn)行，而對一般鋼材，梅氏試樣可滿足該要求（該要求提高了試驗(yàn)的敏感性）。四、沖擊韌性K值的應(yīng)用： 評定材料在不同溫度下的脆性轉(zhuǎn)化趨勢： 系列沖擊試驗(yàn)1. 低溫系列溫度沖擊試驗(yàn)：-測定評價(jià)材料的冷脆轉(zhuǎn)變 成份、熱處理及壓力加工工藝完全相同的試樣分組分別在不同的溫度T下進(jìn)行沖擊韌性K值的測試：測試溫度范圍

18、由-60(或-80)+40，測出每組的K值(平均)，作出其KT變化關(guān)系曲線，稱為系列沖擊曲線。 可由曲線得到冷脆轉(zhuǎn)變溫度FATT（斷口有50%脆斷區(qū)或結(jié)晶斷裂區(qū)）或 TKTK對應(yīng)著K值=15英尺.磅(=20.3 N.M)時(shí)的溫度值。2.回火系列溫度沖擊試驗(yàn)：-測定評價(jià)材料的回火脆性同一成分及狀態(tài)的試樣，經(jīng)淬火處理后分別在一系列不同的溫度T下回火，再在常溫進(jìn)行沖擊韌性K值的測試：作出其K與回火T的變化關(guān)系曲線，稱為回火系列溫度沖擊曲線，找到其相應(yīng)的回火脆性的溫度范圍?；鼗鸫嘈裕悍值蜏鼗鼗鸫?、高溫回火脆、再結(jié)晶回火脆（回火加熱溫度:A1A3，有兩相混合組織，各占50%時(shí)K最低）。確定應(yīng)變時(shí)效的時(shí)間

19、敏感性； 作為受大能量沖擊的構(gòu)件的材料的設(shè)計(jì)指標(biāo)：一般地要求：T = 4.4時(shí)，AK15英尺.磅(20.3 N.m)，如AK 10J 時(shí)，材料易于脆斷。5.55.5低溫脆性低溫脆性 及其評定及其評定一、低溫脆性現(xiàn)象一、低溫脆性現(xiàn)象 體心立方金屬及合金、某些密排六方金屬及合金，尤其是工程上常用的中、低強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，當(dāng)試驗(yàn)溫度低于某一溫度Tk時(shí)，材料由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂機(jī)理由微孔聚集型變?yōu)榇┚Ы饫硇?，斷口特征由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這即低溫脆性，轉(zhuǎn)變溫度Tk稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度，亦稱冷脆轉(zhuǎn)變溫度。 實(shí)際上由于材料化學(xué)成分的統(tǒng)計(jì)性，韌脆轉(zhuǎn)變溫度不是一個(gè)溫度，而是一個(gè)溫度區(qū)間。 左面

20、的試樣取自海底的Titanic號，右面的是近代船用鋼板的沖擊試樣。由于早年的Titanic 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，沖擊試樣是典型的脆性斷口。近代船用鋼板的沖擊試樣則具有相當(dāng)好的韌性。 泰坦尼克號鋼板和現(xiàn)代鋼板的實(shí)際沖擊結(jié)果示于下圖。在2的海水中，泰坦尼克號鋼板縱、橫向試驗(yàn)中吸收能僅有4焦耳。同樣溫度下，現(xiàn)代鋼板縱向試驗(yàn)中吸收能為325焦耳，橫向試驗(yàn)中吸收能為100焦耳。 下圖是建造中的Titanic 號。Gannon 的文章指出，在水線上下都由10 張30 英尺長的高含硫量脆性鋼板焊接成300英尺的船體。船體上可見長長的焊縫。船在冰水中撞擊冰山而裂開時(shí)，脆性

21、的焊縫無異于一條300英尺長的大拉鏈，使船體產(chǎn)生很長的裂紋，海水大量涌入使船迅速沉沒。二、韌脆轉(zhuǎn)變的物理本質(zhì)二、韌脆轉(zhuǎn)變的物理本質(zhì) 斷裂強(qiáng)度c隨溫度的變化較小，而屈服強(qiáng)度s對溫度十分敏感，隨溫度降低，屈服強(qiáng)度升高，兩者的交點(diǎn)tk即為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。TTk ,cs 先屈服再斷裂 韌性斷裂TTk, cs 先達(dá)到c 脆性斷裂三、系列溫度沖擊試驗(yàn)三、系列溫度沖擊試驗(yàn) 評定材料低溫脆性的最簡便的試驗(yàn)方法是系列溫度沖擊試驗(yàn)。該試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)夏比沖擊試樣，在從高溫（通常為室溫）到低溫的一系列溫度下進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，測定材料沖擊功隨溫度的變化規(guī)律，揭示材料的低溫脆性傾向。 四、韌脆轉(zhuǎn)變溫度的評定四、韌脆轉(zhuǎn)變溫度的評定

22、 以低階能開始上升的溫度定義為Tk，記為NDT，稱無塑性或零塑性轉(zhuǎn)變溫度。無預(yù)先塑性變形斷裂對應(yīng)的溫度，最易確定Tk的準(zhǔn)則。在NDT以下，斷口由100%結(jié)晶區(qū)組成。以高階能對應(yīng)的溫度定義為Tk ，記為FTP。最保守的定義Tk的方法。在FTP以上，100%纖維狀斷口。以低階能和高階能的平均值對應(yīng)的溫度定義Tk，記為FTE。 2、斷口形貌準(zhǔn)則 溫度下降，纖維區(qū)面積突然減小，結(jié)晶區(qū)面積突然增大。 FATT50沖擊試樣斷口中結(jié)晶區(qū)面積占整個(gè)斷口面積50時(shí)所對應(yīng)的溫度作為脆性轉(zhuǎn)變溫度tk，亦可記為50FATT或t50。 評定方法按GB/T12778-91金屬夏比沖擊斷口測定方法，測量時(shí)剪切唇按纖維區(qū)處理

23、。 斷口形貌準(zhǔn)則主要用于正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)鋼材的評定。3、斷口變形特征準(zhǔn)則 試樣沖斷時(shí)，缺口根部收縮，試樣背面膨脹，規(guī)定用試樣背面膨脹量達(dá)0.38mm時(shí)所對應(yīng)的溫度，作為脆性轉(zhuǎn)變溫度。五、韌脆轉(zhuǎn)變溫度的意義五、韌脆轉(zhuǎn)變溫度的意義Tk是金屬材料的韌性指標(biāo)，它反映了溫度對韌脆性的影響。Tk是安全性指標(biāo)，可用于抗脆斷設(shè)計(jì)，保證機(jī)件服役安全。Tk是估計(jì)低溫服役機(jī)件最低使用溫度的依據(jù)，選用的材料應(yīng)具有一定韌性溫度儲(chǔ)備。韌性溫度儲(chǔ)備：T0 Tk T0使用溫度 一般取4060，重要機(jī)件取60，非重要機(jī)件取20，中間取40。 幾種鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度材料 s/Mpa 20J準(zhǔn)則 0.38mm準(zhǔn)則 50FATT準(zhǔn)則 熱

24、軋C-Mn鋼 210271746熱軋低合金鋼 385242212淬火回火鋼 618716754 由此可見，脆性轉(zhuǎn)變溫度是相對的，只有按同一準(zhǔn)則確定的脆性轉(zhuǎn)變溫度才有可比性。此外，在一定條件下用試樣測定的脆性轉(zhuǎn)變溫度與實(shí)際結(jié)構(gòu)或零件的脆性轉(zhuǎn)變溫度是不同的。所以對于大型結(jié)構(gòu)的脆性評定，應(yīng)發(fā)展更接近實(shí)際工況條件的試驗(yàn)方法。六、落錘試驗(yàn)六、落錘試驗(yàn) 普通沖擊彎曲試驗(yàn)試樣尺寸過小，不能反映實(shí)際構(gòu)件中的應(yīng)力狀態(tài)，而且結(jié)果分散性大，不能滿足一些特殊要求。為了克服這一困難，Pellini等人提出了落錘試驗(yàn)方法。 落錘試驗(yàn)法：用于測定全厚鋼板的NDT，作為評定材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度。試樣厚度與實(shí)際使用板厚相同，典型

25、尺寸：25*90*350mm19*50*125mm16*50*125mm試驗(yàn)中隨試樣溫度下降，其力學(xué)行為發(fā)生如下變化： 不裂拉伸側(cè)表面部分形成裂紋但未發(fā)展到邊緣拉伸側(cè)表面裂紋發(fā)展到一側(cè)邊或兩側(cè)邊試樣斷成兩部分 一般規(guī)定裂紋能擴(kuò)展到試樣一側(cè)邊或兩側(cè)邊的最高溫度為無塑性轉(zhuǎn)變溫度NDT，其含義實(shí)際是鋼板彈性開裂的最高溫度，當(dāng)TNDT時(shí)，含有大裂紋的試板不會(huì)碎裂。 落錘試驗(yàn)的不足是：對脆斷不能給予定量評定，因?yàn)樵囼?yàn)采用動(dòng)載荷，其結(jié)果能否用于靜載荷尚需研究，此外，板厚的影響亦未考慮。斷裂分析圖斷裂分析圖 通過落錘試驗(yàn)求得的NDT可以建立斷裂分析圖(FAD)，它是表示許用應(yīng)力、缺陷和溫度之間關(guān)系的綜合圖，

26、明確提供了低強(qiáng)度鋼構(gòu)件在溫度、應(yīng)力和缺陷聯(lián)合作用下脆性斷裂開始和終止的條件。應(yīng)用：應(yīng)用：斷裂分析圖為低強(qiáng)度鋼構(gòu)件防止脆斷設(shè)計(jì)和選材提供依 據(jù)； 可用來分析脆性斷裂事故。不足：不足：未考慮加載速度和板厚的影響（25mm低強(qiáng)度鋼建立） 防斷裂設(shè)計(jì)參考判據(jù)防斷裂設(shè)計(jì)參考判據(jù) 在落錘試驗(yàn)測得的NDT和大量同類試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，Pellini等提出了對低強(qiáng)度鐵素體鋼NDT的應(yīng)用，建議了四個(gè)防斷裂設(shè)計(jì)參考判據(jù)：1 1、T T工作工作NDTNDT，由于NDT表示小裂紋可作為裂源引起脆裂的臨界溫度。工作溫度要求在NDT以上，允許的應(yīng)力水平限制在3556 Mpa。 2 2、T T工作工作NDTNDT1717，允許工作s/2，意即名義應(yīng)力低于s/2，且溫度高于NDT17時(shí)，裂紋不會(huì)擴(kuò)展，該參考判據(jù)提供了s/2時(shí)的止裂溫度界限。 3 3、T T工作工作NDTNDT3333，允許工作s，意即名義應(yīng)力低于s時(shí)，裂紋可在彈性區(qū)內(nèi)擴(kuò)展的最高溫度為NDT33，該臨界溫度稱為彈性