第三章 金屬在沖擊載荷下的力學(xué)性能

1、材料性能學(xué)第三章 金屬在沖擊載荷下的力學(xué)性能主要內(nèi)容低溫脆性影響韌脆轉(zhuǎn)變溫度的冶金因素沖擊彎曲和沖擊韌性沖擊載荷下金屬變形和斷裂特點(diǎn)建造中的Titanic 號沉沒原因： 船體材料差 低溫環(huán)境 沖擊載荷TITANIC與沖擊載荷Titanic 號鋼板和近代船用鋼板的沖擊試驗(yàn)結(jié)果Titanic近代船用鋼板Titanic 含硫高的鋼板，韌性很差，特別是在低溫呈脆性。3.1 沖擊載荷下金屬變形和斷裂的特點(diǎn)沖擊載荷與靜載荷比較：均為彈性變形、塑性變形、斷裂。加載速率不同 應(yīng)變速率10-410-2 靜載荷處理10-2 考慮應(yīng)變速率影響脆性增大沖擊力測不準(zhǔn)!假定沖擊能彈性能，能量守恒應(yīng)變速率對材料的彈性行為及

2、E無影響4982m/s 55.5m/s 沖擊載荷下塑性變形難以充分進(jìn)行且極不均勻應(yīng)變速率硬化s、b升高3.2 沖擊彎曲和沖擊韌性一次擺錘沖擊彎曲試驗(yàn) (GB/T 229-1994)加載速率+缺口效應(yīng)沖擊韌性：沖擊載荷下材料抵抗變形和斷裂的能力。沖擊吸收功（Ak）：擺錘沖斷試樣所失去的能量，單位為J。沖擊韌度（ak）：單位為J/cm2 韌性與溫度有關(guān)脆性轉(zhuǎn)變溫度TKAk或ak越大，韌性越好試樣尺寸： 101055mm；無缺口U缺口：Aku或akuV缺口：Akv或akv技術(shù)參數(shù)：沖擊能量：300J、150J/500J、250J擺錘預(yù)揚(yáng)角：150沖擊速度：5.2m/s5.4m/s試樣支座跨距：40m

3、m鉗口圓角：R1-1.5mm試樣規(guī)格：551010mmJB-300/500W微機(jī)控制沖擊試驗(yàn)機(jī)3.3 低溫脆性BCC（HCP）（F+P鋼）溫度下降時tk：材料狀態(tài)：韌性狀態(tài)脆性狀態(tài)斷裂機(jī)理：微孔聚集穿晶解理斷口特征：纖維狀結(jié)晶狀一、低溫脆性現(xiàn)象材料由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)的溫度，tk出現(xiàn)的原因：t（溫度）s急劇增加c基本不變 韌脆轉(zhuǎn)變溫度摩擦阻力晶格阻力位錯阻力晶格阻力對溫度敏感，且bcc和hcpfcc與溫度基本無關(guān)Ttk時:當(dāng)sc，韌斷Tc，脆斷二、韌脆轉(zhuǎn)變溫度系列(溫度)沖擊彎曲試驗(yàn)沖擊吸收功-溫度曲線斷口形貌中各區(qū)所占面積和溫度曲線塑性變形量與溫度曲線求得tk1. 按能量定義tk的方法(1

4、) 下平臺， “低階能”。NDT: 100結(jié)晶斷口(2) 上平臺， “高階能”。 FTP：100纖維區(qū)(3) 以低階能和高階能平均值對應(yīng)的溫度定義tk，記為FTE2. 按斷口形貌定義tk的方法溫度下降，材料由韌變脆取結(jié)晶區(qū)占整個斷口面積50%時的溫度為tk，記為50%FATT(Fractrue Appearance Transition Temperature)或FATT50、t503. 韌脆轉(zhuǎn)變溫度儲備韌性指標(biāo)安全性指標(biāo)tk可用于抗脆斷設(shè)計、保證機(jī)件服役安全，但不能直接用來設(shè)計計算機(jī)件的承載能力或截面尺寸。韌脆轉(zhuǎn)變溫度儲備 tt0-tk t取值： 20 60 三、落錘試驗(yàn)（DWTT）50年代

5、初，派林尼（W. S. Pellini）等人提出用于測定全厚鋼板的NDT組成：垂直導(dǎo)軌、重錘和砧座組成25mm，50HRC3401650J25mm90mm350mm19mm50mm125mmAPI RP 5L3GB/T8363-1987溫度下降不裂；拉伸表面部分形成裂紋，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NDT確定：取拉伸側(cè)表面裂紋發(fā)展到一側(cè)邊或兩側(cè)邊的最高溫度。零塑性轉(zhuǎn)變溫度NDT已成為低強(qiáng)度鋼構(gòu)件防止脆性斷裂設(shè)計根據(jù)的一部分落錘試驗(yàn)的缺點(diǎn)：未考慮板厚的影響不能定量評定脆性斷裂四、斷裂分析圖（FAD）30020040025彈性塑性區(qū)可能發(fā)生脆斷區(qū)可能發(fā)生韌斷區(qū)

6、不斷裂，一直穩(wěn)定提示：ABC表示不同應(yīng)力水平下脆性裂紋擴(kuò)展的終止溫度裂紋終止線（CAT）應(yīng)力、溫度、缺陷s3.4 影響韌脆轉(zhuǎn)變溫度的冶金因素一、晶體結(jié)構(gòu)BCC及合金存在低溫脆性二、化學(xué)成分C%0.1%tk升高13.9間隙原子顯著提高材料的tk置換原子只有Ni、Mn降低tk Mn/C3S、P、As等偏聚于晶界，降低材料韌性 三、晶粒大小細(xì)化晶粒韌性增加(1) 晶界是裂紋擴(kuò)展的阻力；(2) 晶界前塞積的位錯數(shù)減少，有利于降低應(yīng)力集中；(3) 晶界上雜質(zhì)濃度減小，避免了沿晶脆性斷裂第二相性質(zhì)、形態(tài)、尺寸、大小、分布有顯著影響脆化溫度由高到低的依次順序?yàn)椋褐楣怏w，上貝氏體，鐵素體，下貝氏體和回火馬氏體。 外部因素影響：試樣尺寸和形狀、加載速率等四、金相組織本章小結(jié)缺口沖擊彎曲試驗(yàn)沖擊