第6章 切口強度與切口沖擊韌性

1、進入網(wǎng)絡(luò)實驗室第六章 切口強度與切口沖擊韌性 進入網(wǎng)絡(luò)實驗室u6.1 6.1 前言前言 u1、廣義的“切口”u切口的存在造成：應(yīng)力應(yīng)變集中和多向性。u 二戰(zhàn)事故分析的結(jié)論：u脆斷鋼板，其夏比V型切口試件沖擊值A(chǔ)KV在10時低于15ft.lbf(20.34N.m)；u韌性鋼板，其AKV值在10時高于15ft.lbf。 進入網(wǎng)絡(luò)實驗室NbNAPmax2、切口強度：用帶切口的拉伸試件測定其斷裂時的名義應(yīng)力(凈斷面平均應(yīng)力)， 記為bN，進入網(wǎng)絡(luò)實驗室3、切口敏感性切口強度對抗拉強度的比值定義為切口強度比NSR： NSR=bNb 若NSR1.0，表示材料對切口不敏感，或者說材料是切口韌性的； 若NSR

2、1.0，則材料對切口敏感，材料是切口脆性的60。進入網(wǎng)絡(luò)實驗室6.2 6.2 局部應(yīng)力與局部應(yīng)變局部應(yīng)力與局部應(yīng)變一受拉伸裁荷的薄板，其中的應(yīng)力分布是均 勻的。若在板的中心鉆一圓孔，則在孔的周圍應(yīng)力分布發(fā)生了很大的變化如圖6-1所示； 在孔的邊緣，拉應(yīng)力最大，離孔邊越遠，應(yīng)力越小。最后趨近于凈斷面平均應(yīng)力，即名義應(yīng)力名義應(yīng)力n。 應(yīng)力集中系數(shù)應(yīng)力集中系數(shù) Kt 的定義： Kt=max/n。 進入網(wǎng)絡(luò)實驗室圖6-1 受拉伸的中心圓孔扳 進入網(wǎng)絡(luò)實驗室6.3 切口強度的實驗測定切口強度的實驗測定切口強度通常用切口圓柱試件圓柱試件(見圖6-5(a)或雙切口雙切口平板試件平板試件(見圖6-5(b)，進

3、行拉伸試驗予以測定。 切口幾何切口幾何的三個主要參數(shù)為： 切口深度t、切口根部的曲率半徑、切口張角 切口強度：切口強度：切口試件拉伸斷裂最大載荷，除以切口處的凈斷面積。 切口斷面收縮率切口斷面收縮率，稱為切口塑性切口塑性(Notch Ductility)。進入網(wǎng)絡(luò)實驗室圖6-5 切口試件與切口幾何 進入網(wǎng)絡(luò)實驗室進入網(wǎng)絡(luò)實驗室圖6-7 零件中的切口根部塑性區(qū)（1）和材料元（2）6.5 6.5 切口強度的估算切口強度的估算6.5.1 6.5.1 切口根部裂紋形成準則切口根部裂紋形成準則 切口零構(gòu)件或試件的斷裂可能包含三個階段：在切口根部形成裂紋形成裂紋，形成于切口根裂紋的亞臨界擴展亞臨界擴展，當

4、裂紋達到臨界尺寸時發(fā)生斷裂斷裂。裂紋在切口根部形成，可以假定是由切口根部材料元的斷裂引起的，如圖6-7所示。進入網(wǎng)絡(luò)實驗室(1) 脆性材料-脆性材料遵循正應(yīng)力斷裂準則。Ktni=f (6-13) 式中ni為裂紋形成時切口試件所受的名義應(yīng)力，或稱切口根部裂紋形成應(yīng)力。進入網(wǎng)絡(luò)實驗室(2) 塑性材料 塑性材料遵循正應(yīng)變斷裂準則。Ktni=（Eff）1/2 (6-14) 公式(6-14）是塑性材料的切口根部裂紋起始準則 。(Eff）1/2可以認為是工業(yè)金屬結(jié)構(gòu)材料理論強度值的一種量度。公式(6-14)的力學(xué)意義是：當切口根部虛擬的彈性應(yīng)力Ktn達到理論斷裂強度時，則裂紋在切口根部形成。進入網(wǎng)絡(luò)實驗室

5、在平面應(yīng)變狀態(tài)下，切口根部裂紋形成準則為Ktni=0.64（Eff）1/2 (6-15) 比較公式(6-14)和(6-15)，可以看出，平面應(yīng)變狀態(tài)下切口根部裂紋形成應(yīng)力，僅為平面應(yīng)力狀態(tài)下的64。 進入網(wǎng)絡(luò)實驗室切口敏感度系數(shù)切口敏感度系數(shù)：btffbnKENSR/切口強度比：切口敏感度系數(shù)：bfftbNEKNSRK/當 Kt1.0；當KtKbN，NSRf，金屬在沒有塑性變形的情況下發(fā)生斷裂，即表現(xiàn)為脆性的； 而在Tc以上，sf，金屬在斷裂前發(fā)生塑性變形，故表現(xiàn)為塑性的。進入網(wǎng)絡(luò)實驗室圖6-11 金屬的強度和塑性隨溫度的變化12進入網(wǎng)絡(luò)實驗室研究低溫脆性的主要問題是確定韌脆韌脆- -轉(zhuǎn)化溫度

6、轉(zhuǎn)化溫度。 實驗方法介紹：將試件冷卻到不同的溫度測定沖擊功AK，得到斷口形貌特征與溫度的關(guān)系曲線。然后按一定的方法確定韌脆轉(zhuǎn)化溫度。 能量法能量法：有下列幾種：(1)以V型切口沖擊試件測定的沖擊功AK=15 ft 1bf(20.3N M)對應(yīng)的溫度作為韌脆轉(zhuǎn)化溫度，并記為V15TT。 實踐經(jīng)驗總結(jié)而提出的方法.(2)圖6-12中的曲線有兩個平臺。上平臺所對應(yīng)的能量稱為高階能，下平臺所對應(yīng)的能量稱為低階能。將低階能開始上升的溫度定義為韌-脆轉(zhuǎn)化溫度，記為NDT稱為零塑性溫度零塑性溫度。在NDT以下，試件的斷口為100的結(jié)晶狀斷。進入網(wǎng)絡(luò)實驗室圖6-12 各種確定韌脆轉(zhuǎn)化溫度的方法及所確定的韌-脆

7、轉(zhuǎn)化溫度(4)高階能與低階能的平均值所對應(yīng)的溫度定義為韌-脆轉(zhuǎn)化溫度，記為FTT(Fracture Transition Temperature)(3)將高階能開始降低的溫度定義為韌-脆轉(zhuǎn)化溫度。記為FTP ( Fracture Transition Plastic)當溫度高于FTP，試件的斷口為100的纖維狀斷口。進入網(wǎng)絡(luò)實驗室斷口形貌法斷口形貌法 斷口上有纖維區(qū)、放射區(qū)纖維區(qū)、放射區(qū)( (結(jié)晶區(qū)結(jié)晶區(qū)) )和剪切唇和剪切唇。 在不同的溫度下,上述三個區(qū)的相對面積是不同的； 結(jié)晶區(qū)的面積隨溫度的變化，結(jié)晶區(qū)面積百分比的增大,表示材料變脆。通常取結(jié)晶狀斷口面積占50時的溫度為韌脆轉(zhuǎn)化溫度，記為50FATT(Fracture Appearance Transition Temperature)。 在低溫下服役的零件，其最低工作溫度應(yīng)高于高于韌-脆轉(zhuǎn)化溫度。這是韌性的溫度儲備。韌性溫度儲備的大小取決于機件的重要程度。進入網(wǎng)絡(luò)實驗室圖6-13 沖擊斷口形貌示意圖進入網(wǎng)絡(luò)實驗室影響因素：鋼的成分、組織和冶金質(zhì)量。a.降低鋼中的碳、磷含量；細化晶粒，熱處理成低碳馬氏體和回火素氏體，可提高高階能；b.增加鋼中碳、磷、氧含量，Si、