西安交通大學(xué)材料力學(xué)性能試驗報告——沖擊韌性(matlab畫的)

1、材料力學(xué)性能實驗報告姓名：班級：學(xué)號：成績：實驗名稱實驗五 缺口沖擊韌性實驗實驗?zāi)康?.掌握常溫及低溫下金屬沖擊試驗方法；2.學(xué)會用能量法確定金屬冷脆能變溫度；3.了解沖擊試驗機(jī)結(jié)構(gòu)、工作原理及正確使用方法。實驗設(shè)備1. 游標(biāo)卡尺；2. 20#鋼退火態(tài)試樣和40Cr調(diào)質(zhì)態(tài)試樣各三根；3. JBW-300示波沖擊試驗機(jī)；4. 液氮，酒精；5. 溫度計。試樣示意圖圖1 沖擊試驗標(biāo)準(zhǔn)試樣示意圖實驗結(jié)果記錄20#退火態(tài)和40Cr調(diào)質(zhì)態(tài)試樣的沖擊吸收總功記錄見附錄。根據(jù)裂紋形成能量、裂紋擴(kuò)展能量以及總沖擊能量，以及沖擊記錄的示波圖，得到，裂紋萌生功= 裂紋形成能量；裂紋擴(kuò)展功=裂紋擴(kuò)展能量-裂紋形成能量

2、；裂紋撕裂功=總沖擊能量-裂紋擴(kuò)展能量。20#退火態(tài)和40Cr調(diào)質(zhì)態(tài)試樣的裂紋萌生功、裂紋擴(kuò)展功和裂紋撕裂功分別見表1和表2：表1 20#退火態(tài)各試樣的裂紋萌生、擴(kuò)展、撕裂功記錄表試樣編號溫度/裂紋萌生功/J裂紋擴(kuò)展功/J裂紋撕裂功/J1-12045.81120.47001.33701-32044.00392.208220.17314-42030.66561.766615.3820-2038.88780.28721.05400-3038.80780.26782.39715-3037.49890.73392.47645-2035.46700.34941.76661-4-306.64850.310

3、42.40011-6-306.79210.32382.8115表1 40Cr調(diào)質(zhì)態(tài)各試樣的裂紋萌生、擴(kuò)展、撕裂功記錄表試樣編號溫度/裂紋萌生功/J裂紋擴(kuò)展功/J裂紋撕裂功/J1-22050.23431.400618.3959A-12042.08852.161326.5258B-3041.4051.465114.6755D-3033.69080.746325.86235-3039.57931.16354.59205-2-3033.98251.22145.18192-2-3026.90172.665929.03643-2-6032.28441.481619.57542-2-6047.68990.3

4、5469.17776-3-9040.59592.328010.0549實驗數(shù)據(jù)處理根據(jù)表1和表2，以及各試樣在不同溫度下的沖擊吸收功，做各試樣的沖擊吸收總功、裂紋萌生功、裂紋擴(kuò)展功和裂紋撕裂功與溫度的關(guān)系曲線，分別得到圖29八幅圖：圖2 20#退火態(tài)試樣沖擊總功與溫度關(guān)系曲線圖3 20#退火態(tài)試樣裂紋萌生功與溫度關(guān)系曲線圖4 20#退火態(tài)試樣裂紋擴(kuò)展功與溫度關(guān)系曲線圖5 20#退火態(tài)試樣裂紋撕裂功與溫度關(guān)系曲線圖6 40Cr調(diào)質(zhì)態(tài)試樣沖擊總功與溫度關(guān)系曲線圖7 40Cr調(diào)質(zhì)態(tài)試樣裂紋萌生功與溫度關(guān)系曲線圖8 40Cr調(diào)質(zhì)態(tài)試樣裂紋擴(kuò)展功與溫度關(guān)系曲線圖9 40Cr調(diào)質(zhì)態(tài)試樣裂紋撕裂功與溫度關(guān)系

5、曲線冷脆轉(zhuǎn)變溫度金屬韌脆轉(zhuǎn)變溫度：有些金屬在其使用溫度降低時，其塑性、韌性便急劇降低，使材料脆化，沖擊值降低，這一現(xiàn)象為冷脆。由于溫度降低造成金屬由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)的溫度叫做韌脆轉(zhuǎn)變溫度。能量準(zhǔn)則法是以沖擊吸收功降低到某一規(guī)定數(shù)值時所對應(yīng)的溫度作為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。本實驗采用能量準(zhǔn)則法測金屬的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，是對沖擊吸收功溫度曲線上平臺下平臺區(qū)間規(guī)定百分?jǐn)?shù)（）所對應(yīng)的溫度定義為韌脆轉(zhuǎn)化溫度，記為ETTn，例如，沖擊吸收功上下平臺區(qū)間50%所對應(yīng)的溫度記為ETT50，對應(yīng)的沖擊能量記為（AKUmax+AKUmin）/2。所以，根據(jù)附錄得到20#退火態(tài)試樣和40Cr調(diào)質(zhì)態(tài)試樣的韌脆轉(zhuǎn)變溫度為：20

6、#退火態(tài)試樣28.7J對應(yīng)的溫度值為-15.0，見圖2。40Cr調(diào)質(zhì)態(tài)試樣56.7J對應(yīng)的溫度值為-47.5.0，見圖6。試樣宏觀斷口示意圖（韌斷、脆斷） 圖10 沖擊試樣宏觀斷口示意圖 可以看出，沖擊試樣斷口存在三個區(qū)域。裂紋源在缺口根部的中央并稍離缺口表面的位置，對塑性較好的材料，裂紋通常沿著兩側(cè)和深度的方向穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展，中央部分較深，構(gòu)成了腳跟形的纖維狀區(qū)域，然后快速擴(kuò)展形成放射區(qū)。由于缺口一側(cè)受張應(yīng)力，不開口的一側(cè)受壓應(yīng)力，所以放射區(qū)在從拉應(yīng)力區(qū)擴(kuò)展和壓應(yīng)力區(qū)時，裂紋停止擴(kuò)展，繼而出現(xiàn)二次纖維區(qū)。斷口除了缺口根部附近四周皆為剪切唇，和拉伸斷口的邊緣是一樣的。在溫度降低或材料的沖擊韌性很低時

7、，二次纖維區(qū)和一次纖維區(qū)以及剪切唇都可以不出現(xiàn)。實驗思考題1. 缺口沖擊韌性實驗?zāi)茉u定哪些材料的低溫脆性？哪些材料不能用此方法檢驗和評定？這種試驗方法本身在防止材料脆性斷裂方面有什么局限性？答：缺口沖擊韌性實驗?zāi)芫C合評定缺口、低溫和高應(yīng)變速率對材料脆化的影響。塑性很好的材料以及表面十分光滑無裂紋的材料一般不能使用此方法。局限性表現(xiàn)在材料的沖擊韌性是定性的，無法用理論公式來確定，只能通過實驗來獲取，而且由于它對缺口、材料缺陷很敏感，故不能定量的研究。2. 20#退火態(tài)用夏比U型和夏比V型缺口兩種缺口試樣得到的冷脆轉(zhuǎn)變溫度是否相同？為什么？由此討論冷脆轉(zhuǎn)變溫度的意義個實際應(yīng)用中應(yīng)該注意的問題。答：不同。沖擊材料存在缺口時，沖擊動能在零件內(nèi)的分布是不均勻的，而且沖擊韌性對材料的缺口很敏感，故用夏比U型和夏比V型缺口兩種缺口試樣得到的冷脆轉(zhuǎn)變溫度是不同的。金屬材料的沖擊性能和韌脆轉(zhuǎn)變溫度，對材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)、宏觀缺陷及試驗條件均很敏感，因此影響沖擊試驗結(jié)果的因素很多，主要有以下幾