示波沖擊試驗

-三、示波沖擊試驗-1、傳統(tǒng)沖擊實驗的缺陷-1）測出的沖擊性能單一。- 只能測沖擊功，而且所測的沖擊功缺乏明確的物理意義，不能作為表征金屬結(jié)構(gòu)件實際抵抗沖擊載荷能力的韌性判據(jù)，只能相對近似地表征金屬抵抗己發(fā)生斷裂的再擴展能力。-2）沖擊功不能代表試樣斷裂前的吸收總功。-因為沖斷試樣消耗的總功可以分為兩個部分：-其一，消耗在試樣的變形及斷裂：-其二，消耗在試樣的拋出功、機座本身的震動、軸的摩擦等。-因此，沖擊功為：-Ak=試樣斷裂吸收的能量+試樣拋出功十機座震動十軸摩擦……-一般情況下，由于后面幾項很小，可近似地認為'等于試樣斷裂所吸收的能量。-但是對于很脆的材料，必須注意不能用大能量擺錘進行試驗。因為公式中第一項很小，而后幾項相對增大，因此會出現(xiàn)較大的測量誤差。-3）不能充分反映材料的韌脆差別-如右圖所示，三種材料的沖擊功相同，但三種材料具有本質(zhì)型差別：-材料1：典型脆性材料-材料2：具有一定的韌性，為半脆性材料-材料3：韌性材料2、示波沖擊試驗-功是物體在力作用下沿力的作用方向產(chǎn)生的位移與力的乘積。那么沖擊力一位移曲線下的面積就等于沖斷試樣所消耗的沖擊功。20世紀60~70年代就企圖利用示波沖擊機測定沖擊力一位移曲線分解沖擊功，從根本上解決沖擊功物理意義不明確的問題。目前示波沖擊技術(shù)已經(jīng)基本成熟。-1）示波沖擊試驗的典型曲線和特征值（1）特征曲線：?沖擊力 時間曲線沖擊能量一一時間曲線沖擊力一一位移曲線?沖擊能量一一位移曲線?沖擊曲線類型：A、B型：A型：在最大力前不存在屈服力，只產(chǎn)生不穩(wěn)定裂紋擴展;B型：有少量穩(wěn)定擴展。C、D、E型：在最大力之前存在塑性變形，其后有裂紋穩(wěn)定擴展和不穩(wěn)定擴展。根據(jù)裂紋穩(wěn)定擴展和不穩(wěn)定擴展所占比例不同分為C、D、E型：。

-在最大力之前存在塑性變形，其后只產(chǎn)生穩(wěn)定擴展.? （2）力學(xué)特征值：a：屈服力Fy：力一位移曲線上第二個峰急劇上升部分與擬合曲線的交點所對應(yīng)的力。?b：最大力?b：最大力Fm：穿過振蕩曲線的擬合曲線上最大力。H<實型的力成視曲海及幄?縊FEif?c：不穩(wěn)定裂紋擴展起始力（啟裂力）Ffu:擬合曲線與最大力之后曲線急劇下降開始時的交點所對應(yīng)的力。如果該點與最大力重合，則Ftu=Fmd：不穩(wěn)定裂紋擴展終止力（止裂力）Fa：力一位移曲線下降終止時與其后的力一位移擬合曲線的交點所對應(yīng)的力曲】 典理的刀吐社故張義贓?曲】 典理的刀吐社故張義贓?怖空設(shè)露贈? （3）位移特征值屈服位移Sy最大載荷位移Sm啟裂對應(yīng)位移Sid止裂力對應(yīng)位移Sa總位移StFir圖】弟型的方比初曲段目嵬■卷怯吏斥意爵-(4)能量特征值- 最大力時的能量％: 力一位移曲線下，從S=0到S=Sm的面積；-不穩(wěn)定裂紋擴展起始能量Wiu: 力一位移曲線下，從S=0到S=Sid的面積;-不穩(wěn)定裂紋擴展終止能量Wa： 力一位移曲線下，從S=0到S=Sa的面積；-總沖擊能量Wt: 力一位移曲線下，從S=0到S=St的面積。&圖1典型的大世祁能能慝據(jù)■境隹1S序意圖-2)材料的沖擊能量特征值的應(yīng)用-(1)影響材料韌脆性的三個內(nèi)在能量指標-材料的韌脆性與材料的裂紋萌生功、擴展功以及吸收的總能量有關(guān)：-裂紋萌生功Wi:裂紋形成功Wi反映了裂紋形成的難易和快慢，它取決于材質(zhì)的原子間結(jié)合力和材質(zhì)的滑移系的多少。-盡管沖擊速度很快，使塑性變形不均勻，由于某些金屬的滑移系、滑移面原子密度和滑移方向原子數(shù)目較多時，但塑性變形仍然會產(chǎn)生。塑性變形從一處轉(zhuǎn)移到另一處會使變形增加,同時產(chǎn)生形變硬化,使沖擊力增強，因而導(dǎo)致沖擊裂紋形成功增加。-從安全可靠角度分析,希望裂紋形成功大一些，使形成裂紋之前消耗能量增加,因此增加了構(gòu)件的安全性。-裂紋擴展功Wp:裂紋擴展同裂紋形成一樣需要時間。裂紋擴展功Wp反映了具有裂紋的試樣在沖擊力的作用下裂紋擴展的快慢，表征了阻止裂紋擴展的能力。-裂紋穩(wěn)定擴展功大，說明裂紋擴展比較慢，說明材料的韌性越好。沖擊韌性的大小,主要取決于裂紋的擴展功,尤其是裂紋穩(wěn)定擴展功。因而在分析沖擊試驗結(jié)果時,把裂紋擴展功的大小看得很重要?？倹_擊能量W十:在一些特殊條件下服役的機件（如炮彈，裝甲板）均承受大能量沖擊，這時總沖擊能量W十值t t就是一個很重要的性能指標。對于一些承受大能量沖擊的機件，Wt值也可以作為一個結(jié)構(gòu)性能指標使用，以防止發(fā)生脆斷。（2） 各種能量指標的確定關(guān)于裂紋形成能量及裂紋擴展能量,理論上認為裂紋在最大力時形成。當(dāng)沖擊力達到最大力時，裂紋在沖擊試驗缺口處形成,因此把沖擊最大力作為裂紋形成的依據(jù)：最大力之前所消耗的能量稱為裂紋形成能量一一裂紋萌生功Wj:力一位移曲線下，從S=0到S=Sm的面積，即WfWm；最大力之后所消耗的能量稱為裂紋擴展能量一一裂紋擴展功Wp：力一位移曲線下，從S=Sm到$=$七的面積，即Wp=Wt-Wi。為了便于分析,將力一位移曲線下的面積,以力特征值為界分為5個部分，稱為基本能量單元：（1） We：彈性變形功（2） Wd：彈塑性變形功（3） 下?］裂紋穩(wěn)態(tài)擴展功（4） Wp3裂紋撕裂能量（5） Wp2裂紋剩余擴展功圖1典型的力比祁曲展惡第■骨處值示意.匣標準中給出的能量由上述5個部分組成：,裂紋萌生功Wi Wi=Wm=We+Wd-不穩(wěn)定裂紋擴展起始能量Wiu Wiu =We + Wd + Wp1 = Wi +Wp1

-不穩(wěn)定裂紋擴展終止能量Wa Wa =We + Wd + Wpi + Wp3 = Wj +Wp] +Wp3-裂紋擴展功Wp： Wp二穩(wěn)態(tài)擴展功（Wpi）+失穩(wěn)擴展功（Wp2+Wp3）-總沖擊能量Wt : Wt= We + Wd +Wp1 + Wp2 + Wp3 = Wi +Wp?材料1：-彈性功所占的比例很大，塑性變形功很小，裂紋擴展功幾乎為零。-說明材料斷裂前塑性變形很小，裂紋一旦形成，就立即擴展直至斷裂，顯示出材料的脆性。-材料2：彈性變形功比前者小，塑性變形功增加，裂紋擴展功也有一定的增加，當(dāng)裂紋發(fā)展到一定尺寸時產(chǎn)生失穩(wěn)擴展，表現(xiàn)出材料的半脆性性質(zhì)。-材料3：彈性變形功較小，塑性變形功增加，裂紋產(chǎn)生后發(fā)生緩慢地擴展，直至斷裂也不存在失穩(wěn)，充分顯示出材料具有很好的韌性性質(zhì)。-3）示波沖擊試驗的應(yīng)用前景-（1）表面強化效應(yīng)的研究。?由于沖擊時試樣缺口截面上受力是不均勻的，缺口處受拉應(yīng)力，缺口根部拉力最大。如果缺口表面狀態(tài)有變化，例如噴丸、鍍層、滾壓或者滲碳等均會使表面強化并且產(chǎn)生壓應(yīng)力，而腐蝕會使表面弱化，那么沖擊試驗對其強化或弱化效果會很敏感，使沖擊力或者沖擊能量增加或減少。（2）對冶金質(zhì)量及熱處理工藝缺陷進行定量檢驗。?把具有使用價值的沖擊力、位移、裂紋形成功及擴展功等沖擊性能，作為檢驗依據(jù)以評定缺陷的嚴重程度，分析其形成原因。（3）對材料的韌脆轉(zhuǎn)變的評估。因為裂紋擴展功在轉(zhuǎn)變過程中變化顯著，不僅能夠給出定量評估指標，而且能從微觀形態(tài)和宏觀斷口上進行分析。（4）材料的韌脆程度將會以韌性斷面率來衡量。同一種材料不同狀態(tài)的韌性斷面率可以進行比較。（5）宏觀斷口與所測出的沖擊力或沖擊功參數(shù)之間的研究，會使您走出FATT測試困難的困境。（6）在動態(tài)斷裂力學(xué)中，用沖擊方法測動態(tài)斷裂韌度Kid和打D變成很容易。（7）它使沖擊拉伸試驗不再是難題，可以像