沖擊彎曲試驗(yàn)與沖擊韌性（課堂PPT）

1、材料性能學(xué)材料性能學(xué)建筑系建筑系第六章第六章 材料的沖擊韌性及低溫脆性材料的沖擊韌性及低溫脆性材料性能學(xué)材料性能學(xué)建筑系建筑系 生產(chǎn)中很多機(jī)件和工具、摸具受生產(chǎn)中很多機(jī)件和工具、摸具受沖擊載荷沖擊載荷的作用。的作用。 火箭的發(fā)射火箭的發(fā)射 導(dǎo)彈的發(fā)射導(dǎo)彈的發(fā)射材料性能學(xué)材料性能學(xué)建筑系建筑系 飛機(jī)起飛飛機(jī)起飛 飛機(jī)降落飛機(jī)降落材料性能學(xué)材料性能學(xué)建筑系建筑系 行駛的汽車(chē)通行駛的汽車(chē)通過(guò)道路上的凹坑過(guò)道路上的凹坑材料性能學(xué)材料性能學(xué)建筑系建筑系 鋼材的加工（鍛造、沖鋼材的加工（鍛造、沖裁、模鍛）裁、模鍛）材料性能學(xué)材料性能學(xué)建筑系建筑系 沖擊載荷與靜載荷區(qū)別：沖擊載荷與靜載荷區(qū)別：加載速率加載速

2、率（載荷施加于試（載荷施加于試樣的速率）不同，即形變（應(yīng)變）速率不同。樣的速率）不同，即形變（應(yīng)變）速率不同。 為了評(píng)定材料承受沖擊載荷的能力，揭示材料在沖擊載為了評(píng)定材料承受沖擊載荷的能力，揭示材料在沖擊載荷下的力學(xué)行為，就需要進(jìn)行相應(yīng)的力學(xué)性能試驗(yàn)。本章主荷下的力學(xué)行為，就需要進(jìn)行相應(yīng)的力學(xué)性能試驗(yàn)。本章主要介紹：要介紹：u評(píng)定材料承受沖擊載荷的能力；揭示材料在沖擊載荷評(píng)定材料承受沖擊載荷的能力；揭示材料在沖擊載荷下的力學(xué)行為。下的力學(xué)行為。u主要介紹材料在沖擊載荷下的力學(xué)行為和性能特點(diǎn)以主要介紹材料在沖擊載荷下的力學(xué)行為和性能特點(diǎn)以及金屬材料的低溫脆性。及金屬材料的低溫脆性。材料性能學(xué)材

3、料性能學(xué)建筑系建筑系一、沖擊彎曲試驗(yàn)一、沖擊彎曲試驗(yàn) 1.1.一次沖擊彎曲試驗(yàn)一次沖擊彎曲試驗(yàn) （1）試驗(yàn)儀器：擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)；）試驗(yàn)儀器：擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)；6.1 沖擊彎曲試驗(yàn)及沖擊韌性沖擊彎曲試驗(yàn)及沖擊韌性材料性能學(xué)材料性能學(xué)建筑系建筑系 （2）標(biāo)準(zhǔn)試樣：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定沖擊彎曲試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)試樣）標(biāo)準(zhǔn)試樣：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定沖擊彎曲試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)試樣分別為分別為:夏比（夏比（Charpy）U型缺口試樣和夏比型缺口試樣和夏比V型缺口試型缺口試樣，樣， 沖擊吸收功分別記為沖擊吸收功分別記為AKU 和和AKV。幾何尺寸為：。幾何尺寸為： 陶瓷、鑄鐵陶瓷、鑄鐵或工具鋼等脆性或工具鋼等脆性材料的沖擊試驗(yàn)材料的沖擊

4、試驗(yàn)常用無(wú)缺口試樣常用無(wú)缺口試樣材料性能學(xué)材料性能學(xué)建筑系建筑系（3）試驗(yàn)原理）試驗(yàn)原理 擺錘擺錘(質(zhì)量為質(zhì)量為G)舉至舉至H1的位的位置置(位能為位能為GH1)，釋放擺錘沖斷，釋放擺錘沖斷試樣；試樣； 擺錘擺至擺錘擺至H2的位置的位置(位能為位能為GH2)；擺錘沖斷試樣失去的；擺錘沖斷試樣失去的位能為位能為GH1GH2 。 此即為試樣變形和斷裂所此即為試樣變形和斷裂所吸收的功，稱為沖擊吸收功，吸收的功，稱為沖擊吸收功，以以AK表示，單位為表示，單位為 J 。 AK=GH1GH2 材料性能學(xué)材料性能學(xué)建筑系建筑系 2. .多次沖擊試驗(yàn)多次沖擊試驗(yàn) 大量試驗(yàn)結(jié)果表明，很多材大量試驗(yàn)結(jié)果表明，很多

5、材料即使承受劇烈的沖擊載荷作用，料即使承受劇烈的沖擊載荷作用，也很難一次斷裂。因此就出現(xiàn)了也很難一次斷裂。因此就出現(xiàn)了多次沖擊試驗(yàn)。多次沖擊試驗(yàn)。 實(shí)踐表明，試件破壞前承受實(shí)踐表明，試件破壞前承受的沖擊次數(shù)少于的沖擊次數(shù)少于500-1000次時(shí)，次時(shí)，斷裂規(guī)律與一次沖擊相同；破壞斷裂規(guī)律與一次沖擊相同；破壞前的沖擊次數(shù)前的沖擊次數(shù)105時(shí)，呈現(xiàn)出典時(shí)，呈現(xiàn)出典型的型的疲勞斷口疲勞斷口特征。特征。 材料性能學(xué)材料性能學(xué)建筑系建筑系 沖擊頻率沖擊頻率(沖擊次數(shù)沖擊次數(shù))：450周次周次/min和和600周次周次/min。 沖擊功沖擊功A-沖斷次數(shù)沖斷次數(shù)N曲線?？汕€。可以看出，隨以看出，隨A的減

6、少，的減少，N增加。增加。 多次沖擊試驗(yàn)采用多次沖擊試驗(yàn)采用PC-l50型落錘式多次沖擊試驗(yàn)機(jī)。型落錘式多次沖擊試驗(yàn)機(jī)。材料性能學(xué)材料性能學(xué)建筑系建筑系 二、沖擊韌性及其工程意義二、沖擊韌性及其工程意義 1.一次沖擊一次沖擊 (1)沖擊韌度或沖擊值沖擊韌度或沖擊值aKU(aKV): 用沖擊吸收功用沖擊吸收功AKU(AKV)除以試樣缺口處截面積除以試樣缺口處截面積FN(cm2)。即：即： 沖擊韌度表示單位面積的平均沖擊功值沖擊韌度表示單位面積的平均沖擊功值。但實(shí)際當(dāng)中，。但實(shí)際當(dāng)中，試件承受沖擊作用時(shí)，缺口界面上的應(yīng)力分布不均勻，塑性試件承受沖擊作用時(shí)，缺口界面上的應(yīng)力分布不均勻，塑性變形和試樣

7、所吸收的功主要集中在缺口附近，取平均值的意變形和試樣所吸收的功主要集中在缺口附近，取平均值的意義不大。所以這個(gè)指標(biāo)應(yīng)用不多。義不大。所以這個(gè)指標(biāo)應(yīng)用不多。()()KVKUKVKUNAAaaF材料性能學(xué)材料性能學(xué)建筑系建筑系(2)一次沖擊試驗(yàn)的工程意義一次沖擊試驗(yàn)的工程意義: 衡量材料韌脆多直接用沖擊功衡量材料韌脆多直接用沖擊功AKU（AKV）。）。它能它能反映出原始材料的冶金質(zhì)量和熱加工產(chǎn)品的質(zhì)量反映出原始材料的冶金質(zhì)量和熱加工產(chǎn)品的質(zhì)量。通過(guò)。通過(guò)測(cè)量測(cè)量AK值和對(duì)沖斷試樣的斷口分析，可揭示原材料中的值和對(duì)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；

8、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(guò)熱、過(guò)燒、回火脆性等鍛造或熱處理缺陷。還可檢查過(guò)熱、過(guò)燒、回火脆性等鍛造或熱處理缺陷。 材料性能學(xué)材料性能學(xué)建筑系建筑系 測(cè)定材料的測(cè)定材料的韌脆性轉(zhuǎn)變溫度韌脆性轉(zhuǎn)變溫度。根據(jù)系列沖擊試驗(yàn)根據(jù)系列沖擊試驗(yàn)（低溫沖擊試驗(yàn)）可獲得（低溫沖擊試驗(yàn)）可獲得AK與溫度的關(guān)系曲線，據(jù)此確與溫度的關(guān)系曲線，據(jù)此確定材料的定材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度韌脆轉(zhuǎn)變溫度，以供選材參考或抗脆斷設(shè)計(jì)。以供選材參考或抗脆斷設(shè)計(jì)。 對(duì)對(duì)s大致相同的材料大致相同的材料,根據(jù)根據(jù)AK值可以評(píng)定材料對(duì)大能值可以評(píng)定材料對(duì)大能量沖擊破壞的量沖擊破壞的缺口敏感性缺口敏感性. AK值越

9、大，說(shuō)明材料對(duì)缺口越值越大，說(shuō)明材料對(duì)缺口越不敏感。不敏感。材料性能學(xué)材料性能學(xué)建筑系建筑系 2.多次沖擊多次沖擊 一般采用一般采用某種沖擊能量某種沖擊能量A下的沖斷周次下的沖斷周次N或或用要求的沖用要求的沖擊工作壽命擊工作壽命N時(shí)的沖斷能量時(shí)的沖斷能量A表示試樣的多沖抗力。沖擊表示試樣的多沖抗力。沖擊抗力的指標(biāo)有如下規(guī)律：抗力的指標(biāo)有如下規(guī)律： （1）沖擊能量高沖擊能量高時(shí)，材時(shí)，材料的多次沖擊抗力主要取料的多次沖擊抗力主要取決于決于塑性塑性；沖擊能量低沖擊能量低時(shí)，時(shí)，材料的多沖抗力主要取決材料的多沖抗力主要取決于于強(qiáng)度強(qiáng)度。 如圖，經(jīng)如圖，經(jīng)500回火鋼的特點(diǎn)是塑性高，強(qiáng)度低?；鼗痄摰奶?/p>

10、點(diǎn)是塑性高，強(qiáng)度低。 經(jīng)經(jīng)200回火回火鋼的特點(diǎn)是強(qiáng)度高，塑性低。鋼的特點(diǎn)是強(qiáng)度高，塑性低。 在交點(diǎn)以左，在交點(diǎn)以左， 500回火鋼抗沖擊疲勞能力強(qiáng)，壽命長(zhǎng)；回火鋼抗沖擊疲勞能力強(qiáng)，壽命長(zhǎng)； 在交點(diǎn)以右，在交點(diǎn)以右， 200回火鋼抗沖擊疲勞能力強(qiáng)，壽命長(zhǎng)?；鼗痄摽箾_擊疲勞能力強(qiáng)，壽命長(zhǎng)。材料性能學(xué)材料性能學(xué)建筑系建筑系（2）不同的沖擊能量要求不同的）不同的沖擊能量要求不同的強(qiáng)度與塑性配合強(qiáng)度與塑性配合。 如圖，如圖，40鋼（含碳量鋼（含碳量為為0.4%的鋼）的沖擊疲勞的鋼）的沖擊疲勞抗力隨回火溫度的變化抗力隨回火溫度的變化（即鋼材塑性的高低）不（即鋼材塑性的高低）不是單調(diào)的變化，而是在某是單調(diào)的變化，而是在某一溫度下有一個(gè)峰值。一溫度下有一個(gè)峰值。 且此峰值隨沖擊能量且此峰值隨沖擊能量增加向高溫方向移動(dòng)。說(shuō)增加向高溫方向移動(dòng)。說(shuō)明明不同沖擊能量下，要求不同沖擊能量下，要求的強(qiáng)度和塑性配合不同的強(qiáng)度和塑性配合不同。材料性能學(xué)材料性能學(xué)建筑系建筑系 （3）材料強(qiáng)度等級(jí)不同，材料強(qiáng)度等級(jí)不同