《材料性能學(xué)》第一章.ppt

《《材料性能學(xué)》第一章.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《材料性能學(xué)》第一章.ppt（57頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、1,1.3 硬 度,一、硬度試驗的意義 硬度是衡量材料軟硬程度的一種力學(xué)性能硬度試驗與靜拉伸試驗一樣也是一種應(yīng)用十分廣泛的力學(xué)性能試驗方法硬度試驗方法有十幾種， 按加載方式基本上可分為 動載壓人法：回跳法肖氏硬度 錘擊式布氏硬度 壓人法 靜載壓人法：布氏硬度、洛氏硬度、維氏 硬度 硬度和顯微硬度 刻劃法：莫氏硬度順序法 挫刀法 壓人法的硬度值是材料表面抵抗另一物體局部壓入時所引起的塑性變形能力，靜載壓入法應(yīng)用最廣。 刻劃法硬度值是材料表面對局部切斷破壞的抗力,,,2,二、硬度試驗的優(yōu)點,硬度不是一個單純物理量，表征材

2、料的彈性、塑性、形變強(qiáng)化、強(qiáng)度和韌性等一系列物理量組合的綜合性能指標(biāo)。應(yīng)用很廣泛。 1硬度試驗所用設(shè)備簡單，操作方便快捷； 2不受場地條件等限制； 3基本上不破壞工件，可在成品上直接檢驗 4. 所有金屬在硬度試驗中都能產(chǎn)生塑性變形，可以測定所有金屬材料包括淬火鋼、硬質(zhì)合金甚至陶瓷等脆性材料的硬度 廣泛用來檢驗經(jīng)熱處理的工件質(zhì)量和進(jìn)行材料研究,3,三、硬度試驗方法 1、 布氏硬度（HB） （1）測定原理 ：用一定大小的載荷(P)將直徑為d的球形壓頭壓入工件表面，保持一定的時間后卸載，然后用載荷（P）除以壓痕的表面積（A）所得的值為布氏硬度，即：,布氏硬度： HB=P/A=P/Dh 可以看到壓痕直

3、徑d比壓痕深度h測定方便。 根據(jù)幾何關(guān)系：,4,當(dāng)載荷單位為kgf時，有 當(dāng)載荷單位為N時，有 只有d為變量，試驗時只要測出壓痕直徑d（mm），即可通過計算或查表得到HB值。 布氏硬度單位為kgf/mm2，或者M(jìn)Pa，但是一般不標(biāo)注單位。,表示方法：數(shù)字+符號(HBS/HBW)+數(shù)字/數(shù)字/數(shù)字 HBS壓頭是硬質(zhì)淬火鋼球；HBW壓頭為硬質(zhì)合金球 如： 380 HBS 10/3000/30 10mm直徑的淬火鋼球，在3000kgf載荷下保持30s后的硬度值為380,5,（2）布氏試驗原理： 金屬有軟有硬，工件有厚有薄，要求采用不同的和搭配。 問題？如何使同一材料在不同的和搭配下試驗時能獲

4、得相同的HB值,,6,角相同時，只需要P/D2為一定值，就能使大小、薄厚不同的同一材料獲得相同的布氏硬度值，這就是壓痕相似性原理。,相等 得到相同的壓痕形狀（壓痕相似原理）,,需要HB相等,P/D2和相等,7,國家規(guī)定P/D2值為30,10，2.5三種。鋼球直徑一般取10，5,2.5mm三種，相應(yīng)的載荷包括3000,1000,750,250，187.5，62.5，15.6kgf。 對于不同的金屬和試樣厚度，采用不同P和D組合。,8,試樣厚度至少要為壓痕深度的10倍,9,（3）布氏硬度的優(yōu)缺點 優(yōu)點： 采用較大直徑的壓頭和壓力，因而壓痕面積大，能反映出較大體積范圍內(nèi)材料各組成相的綜合平均性能，而

5、不受個別相和微區(qū)不均勻性的影響。 特別適宜于測定灰鑄鐵、軸承合金等具有粗大晶?；虼执蠼M成相的金屬材料； 試驗數(shù)據(jù)穩(wěn)定，重復(fù)性好；試驗數(shù)據(jù)從小到大都可以統(tǒng)一起來。 缺點： 由于測定布氏硬度時壓痕較大，故不宜在零件表面測定布氏硬度，也不能測定薄壁件或表面硬化層的布氏硬度，不宜在成品件上檢驗。 因需測量壓痕直徑的d值，操作和測量都需較長時間，故在要求迅速檢定大量成品時需要耗費大量的人力。 在試驗前需要根據(jù)材料的厚度和軟硬程度，反復(fù)試驗更換壓頭的直徑和所需的載荷。 布氏硬度主要用于金屬材料中較軟或者中等硬度的材料。,10,2、洛氏硬度,（1）測試原理 洛氏硬度也是一種壓入硬度試驗方法，其原理不是通過

6、測壓痕面積求得硬度值，而是以測量壓痕深度值的大小來表示材料的硬度值，用HR表示,11,洛氏硬度壓頭有兩種： （1）圓錐角為120、尖端曲率半徑為R=0.2mm的金剛石圓錐體，適用于淬火鋼等硬度較高的材料； （2）直徑為D=1.588mm或D=3.175mm的淬火鋼球，適用于有色金屬等硬度較低的材料。,12,測試原理： 載荷分先后兩次施加，先加初載荷F1 ，壓入深度為h1 再加主載荷F2 ，壓入深度為h2 保持一段時間后卸載F2，彈性恢復(fù)h3后殘余壓痕深度為h+h1,,硬度越大，壓痕深度越小,13,每0.002mm為一個洛氏硬度單位。 對于金剛石壓頭，k取0.2mm；對于淬火鋼球壓頭，k取0.2

7、6mm。 則HR為洛氏硬度值，一般可直接從表盤上快速讀出數(shù)據(jù)。,,（2）洛氏硬度的級數(shù) 為測試從軟到硬所有的材料，需要采用不同的壓頭和載荷，標(biāo)尺的取值也就不一樣。國家標(biāo)準(zhǔn)鐘包括AS共15種標(biāo)尺，最常用的為A、B、C三種，硬度值用HRA、HRB、HRC表示。,14,常見洛氏硬度級數(shù),金剛石圓錐 壓頭 初載荷10kgf 主載荷50kgf 測量高硬度 薄件、硬質(zhì) 合金 測試范圍6085,1.6直徑鋼球壓頭 初載荷10kgf 主載荷90kgf 測量碳鋼、 有色金屬、 可鍛鑄鐵 測量范圍25100,金剛石圓錐 壓頭 初載荷10kgf 主載荷140kgf 測量淬火鋼、 工具鋼、高 硬鑄鐵

8、 測量范圍20-67,15,（3）洛氏硬度優(yōu)缺點： 優(yōu)點： 因由硬質(zhì)、軟質(zhì)兩種壓頭，故適于各種不同硬質(zhì)材料的檢驗，不存在壓頭變形問題； 操作簡單，硬度值可從硬度計的表盤上直接讀出，簡便迅速，工效高，適用于大量生產(chǎn)中的成品檢驗； 壓痕小，不傷工件表面，可用于成品零件的質(zhì)量檢驗； 因加有預(yù)載荷，可以消除表面輕微的不平度對試驗結(jié)果的影響。,16,缺點： 用不同標(biāo)尺測得的硬度值無法進(jìn)行比較，無法統(tǒng)一起來； 由于壓痕小，所以洛氏硬度對材料組織的不均勻性很敏感，測試結(jié)果比較分散，重復(fù)性差，因而 不適用于具有粗大組成相（如灰鑄鐵中的石墨片）或不均勻組織材料的硬度測定。,17,3、維氏硬度（HV）,布氏硬度試

9、驗只能測定硬度值小于450HB（或650）的材料。 洛氏硬度雖可測定各種材料的硬度，但由于在不同的硬度范圍所使用的標(biāo)尺不同，所測硬度值不能直接換算。 因此為了使軟硬不同的各種材料有一個連續(xù)一致的硬度指標(biāo)，制定了維氏硬度試驗法,18,（1）測試原理,與布氏硬度基本相似，也是根據(jù)壓痕單位面積所承受的載荷來計算硬度值的所不同的是維氏硬度試驗所用的壓頭是兩相對面夾角為1360的金剛石四棱錐體。,19,在載荷F的作用下，試樣表面壓出四方棱形壓痕，測量壓痕對角線長度d，計算壓痕面積A，以F/A值表示試樣硬度，用HV表示。 壓痕面積為 維氏硬度為,一般也不標(biāo)注單位,20,載荷： 49.1N（5kgf），98

10、.1N（10kgf），196.2N（20kgf），294.3N（30kgf），490.5N（50kgf），980N（100kgf） 選擇的載荷應(yīng)使試樣或試驗層厚度大于1.5d，滿足此條件下，盡可能選用較大載荷。 表示方法： 數(shù)字+HV+數(shù)字/數(shù)字 如：640HV30/20 ？什么意思,21,（2）優(yōu)缺點 優(yōu)點： A.壓痕幾何形狀相同，載荷大小可以選擇，所得硬度值相同。 B.維氏硬度法測量范圍寬，軟硬材料都可測試，并且比洛氏硬度法能更好的測定薄件或薄層的硬度，因而常用來測定表面硬化層以及儀表零件等硬度。 C.角錐壓痕輪廓清晰，采用對角線長度計量，精確可靠。 D.當(dāng)材料的硬度小于450HV時，維氏

11、硬度值與布氏硬度值大致相同。 缺點： 需通過測量對角線后才能計算（或查表）得到，生產(chǎn)效率沒有洛氏硬度高。,22,4、顯微硬度,其實即為小載荷下的硬度試驗，一般采用小于2的載荷。原理與維氏硬度相同。故一般又稱為顯微維氏硬度，表示為 。 特點： 由于壓痕微小，可以研究微小區(qū)域的硬度。 但是需要拋光，制成金相試樣后測量。 一般用于材料研究,23,、努氏硬度,試驗原理與維氏硬度相同，也是一種顯微硬度試驗方法。所不同的是努氏壓頭是一個菱形的金剛石椎體，形貌如圖所示，壓頭的兩個對角面不等，在縱向上椎體的頂角為17230，橫向上椎體的頂角為130，在試樣上得到長對角線長度為短對角線長度7.11倍的菱形壓痕，

12、壓痕深度約為其長度的1/30。,測量長對角線長度l，則努氏硬度值為,只需測量長對角線，精確度較高！,24,努氏硬度的優(yōu)缺點,適用于測定脆性材料。故適用于測定玻璃、瑪瑙、紅寶石等脆性材料的硬度，壓痕不易產(chǎn)生碎裂。 誤差小 壓痕淺，更適用于薄件及表面層的硬度試驗，如表面滲層、鍍層的硬度分布。 壓頭制造困難，制造精度要求高 測定各向異性的材料會因測試方向不同而由差異 對試樣表面光潔度要求更高。,25,6、肖氏硬度,肖氏（Shore）硬度試驗是一種動載荷實驗法 原理為將一定質(zhì)量的帶有金剛石或合金鋼球的重錘從一定高度h0落向試樣表面，由于試樣的彈性變形重錘回跳高度h1，根據(jù)兩個高度的比值計算肖氏硬度（H

13、S），肖氏硬度又叫回跳硬度。,HS越大，回跳高度越高，材料硬度越高。,26,標(biāo)準(zhǔn)重錘從一定高度落下，以一定的動能沖擊試樣表面，使金屬產(chǎn)生彈性變形和塑性變形。重錘的沖擊能一部分轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃喂Ρ辉嚇游?，另一部分轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥宰冃喂Υ嬖谠嚇又?。?dāng)彈性變形恢復(fù)時，能量被釋放，使重錘回跳一定高度。 金屬屈服強(qiáng)度越高，塑性變形越小，儲存彈性能量越高，重錘回跳高度越高，表明金屬越硬。 肖氏硬度值只有在金屬彈性模量相同時才可以比較。,27,優(yōu)缺點 優(yōu)點： 一般為手提式，操作簡便，測量迅速，壓痕小，攜帶方便，可以在現(xiàn)場測量大件金屬制品的硬度，如大型冷軋輥的驗收標(biāo)準(zhǔn)就是肖氏硬度值。 缺點： 大小取決于材料的彈性

14、性質(zhì)。因此，彈性模量不同的材料，其結(jié)果不能相互比較，例如鋼和橡膠的肖氏硬度值無法比較。 測定結(jié)果受人為因素影響較大，精確度較低。,28,7、莫氏硬度,莫氏硬度，表示礦物硬度的一種標(biāo)準(zhǔn)。1812年由德國礦物學(xué)家莫斯(Frederich Mohs)首先提出。 應(yīng)用劃痕法將棱錐形 金剛鉆針刻劃所試礦物的表 面而發(fā)生劃痕，習(xí)慣上礦物 學(xué)或?qū)毷瘜W(xué)上都是用莫氏硬 度。,29,早期的莫氏硬度分十級來表示硬度：滑石1（硬度最?。?，石膏2，方解石3，螢石4，磷灰石5，正長石6，石英7，黃玉8，剛玉9，金剛石10。,30,硬度值并非絕對硬度值，而是按硬度的順序表示的值。應(yīng)用時作刻劃比較確定硬度。鑒定時，在未知礦物

15、上選一個平滑面，用上述一直礦物中的一種在選好的平滑面上用力刻劃，如果在平滑面上留下刻痕則，表示該未知物的硬度小于已知礦物的硬度。 如某礦物能將方解石刻出劃痕，而不能刻螢石，則其莫氏硬度為34，其他類推。莫氏硬度僅為相對硬度，比較粗略。雖滑石的硬度為1，金剛石為10，剛玉為9，但經(jīng)顯微硬度計測得的絕對硬度，金剛石為滑石的4192倍，剛玉為滑石的442倍。 莫氏硬度應(yīng)用方便，野外作業(yè)時常采用。,書P42 19題,1布氏硬度，用于退火鋼、鑄鐵、有色金屬等較軟的材料 以及粗大組織的材料，如灰鑄鐵。 2洛氏硬度，淬火鋼等較硬的材料，特別適用于生產(chǎn)現(xiàn)場的檢測 3維氏硬度，適用于各種金屬，精度高，特別適

16、用于科學(xué)研究 4顯微硬度，適用于金屬各顯微組織的硬度及微小零件的硬度 5. 努氏硬度，適用于脆性材料及薄件及表面層的硬度試驗 6. 肖氏硬度，適合現(xiàn)場測量彈性模量相同的材料 7. 莫氏硬度，適合與礦物質(zhì)硬度的測試,31,32,常用材料的硬度,,,,鍵合愈強(qiáng)，硬度愈高。 硬度與材料的組織結(jié)構(gòu)有關(guān)系。,,,,33,1.4 缺口效應(yīng),在大部分機(jī)械零件或構(gòu)件上，都存在著鍵槽、臺階、螺紋、油孔、 刀痕、鑄造或焊接所帶來的孔洞、砂眼以及裂紋等，使得機(jī)件截面積急劇變化。這種截面急劇變化的部位類似存在“缺口”。 這些缺口有的是結(jié)構(gòu)設(shè)計上所必須得，有的是原材料或制造工藝過程中所不可避免的。 由于缺口的存在，會引

17、起受載后在缺口處的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，如應(yīng)力集中、應(yīng)變集中，并且形成雙向或三向應(yīng)力狀態(tài)，增加了材料的脆化趨勢。,34,光滑構(gòu)件受單向載荷時，其橫截面上各部分均勻分擔(dān)載荷，即各點應(yīng)力是相等的。 但對于帶缺口的構(gòu)件，缺口上下的自由表面不能承擔(dān)載荷，必然會將這部分載荷分?jǐn)偟洁徑慕缑嫔希⑶疫@樣的分?jǐn)偸遣痪鶆虻?，越靠近缺口端，分?jǐn)偟脑蕉唷?缺口效應(yīng)1 缺口頂端應(yīng)力集中,缺口效應(yīng)1應(yīng)力集中,35,缺口根部軸向應(yīng)力最大，取決于缺口的幾何參數(shù)，即缺口的形狀、深度以及根部的曲率半徑等。其中以根部曲率半徑影響最大，曲率半徑越小，缺口越尖銳，應(yīng)力越大。 缺口產(chǎn)生的應(yīng)力集中的程度用應(yīng)力集中系數(shù)Kt表征 max為缺口

18、頂端最大應(yīng)力； 為平均應(yīng)力，即遠(yuǎn)場應(yīng)力。 在彈性范圍內(nèi)，Kt決定于缺口的幾何形狀和尺寸,36,缺口效應(yīng)2兩向或三向應(yīng)力狀態(tài),對于薄板來說 缺口前方：x0，y0，z=0，為兩向拉伸的平面應(yīng)力狀態(tài) 缺口根部：x=0，y0，z=0，為單向拉伸狀態(tài),37,假設(shè)將薄板從缺口根部沿x軸把平板分割成多個小拉伸試樣a、b、c、d等等 由于位置不同，縱向應(yīng)力y不同，相應(yīng)的縱向應(yīng)變y也不同，則對應(yīng)每一小試樣的橫向應(yīng)變x不同。 如橫向收縮可以自由 進(jìn)行，則每個小試樣會 被拉開。薄板是連續(xù)介 質(zhì)，各部分不能自由收 縮變形，為保證整體連 續(xù)性，各小試樣在相鄰 界面上必然產(chǎn)生橫向拉 應(yīng)力x，以阻止橫向收 縮分離。 x的出

19、現(xiàn)是材料變形 連續(xù)性要求的結(jié)果,38,在缺口根部，材料能自 由收縮，所以根部的 x=0，從缺口根部向內(nèi) 發(fā)展，收縮變形的阻力增 大，因此x也逐漸增大。 當(dāng)增大到一定數(shù)值后，隨 著y的不斷減小，x也 隨著下降。 對于薄板，在垂直于板面 方向基本可以自由收縮，因 此z=0。 所以具有缺口的薄板受到拉伸后，中心部分是兩向拉伸的平面應(yīng)力狀態(tài)，但在缺口處為單向應(yīng)力狀態(tài)。,39,缺口效應(yīng)2兩向或三向應(yīng)力狀態(tài),對于厚板來說 厚板在受到拉伸作用后，在垂直于板厚的方向收縮變形受到約束，所以z0. z=（x+y） 缺口前方：x0，y0，z 0，為三向拉伸的平面應(yīng)力狀態(tài) 缺口根部：x=0，y0，z 0，為兩向拉伸

20、應(yīng)力狀態(tài),40,缺口效應(yīng)3缺口強(qiáng)化,由于存在缺口的條件下，出現(xiàn)了三向應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力集中，為滿足復(fù)雜應(yīng)力的屈服條件y-x=s，試樣的屈服強(qiáng)度提高。 試驗發(fā)現(xiàn)材料的屈服應(yīng)力比單向拉伸時要高，即產(chǎn)生缺口效應(yīng)3“缺口強(qiáng)化”現(xiàn)象。,缺口處局部區(qū)域屈服后的應(yīng)力分布,但是，不能把“缺口強(qiáng)化”當(dāng)成是一種強(qiáng)化材料的手段。,41,無論是脆性材料還是塑性材料，缺口根部的應(yīng)力集中會促進(jìn)裂紋的萌生生成，加上根部多向拉應(yīng)力狀態(tài)使構(gòu)件產(chǎn)生變脆傾向，降低了材料使用的安全性。 缺口脆化 在有缺口的狀態(tài)下，不同材料脆化傾向不同。脆化傾向越小，有缺口的構(gòu)件脆斷的趨勢越小。 對于帶缺口的構(gòu)件，選用材料時除考慮一般力學(xué)性能外，

21、還要考慮缺口脆化傾向 缺口敏感度,42,一般采用缺口試樣的靜拉伸、偏斜拉伸和缺口試樣的靜彎曲試驗，可以測定缺口敏感度，評定不同材料的缺口變脆傾向。 缺口敏感度q缺口試樣的抗拉強(qiáng)度與同一材料等截面尺寸光滑試樣的抗拉強(qiáng)度的比值 q越大，缺口敏感度越小。,43,說明,脆性材料的q總是小于1，即缺口試樣的抗拉強(qiáng)度小，即缺口根部未發(fā)生明顯變形時就已經(jīng)斷裂。 塑性材料的q一般大于1，即缺口試樣的抗拉強(qiáng)度大，說明缺口處發(fā)生了塑性變形，對缺口敏感度較小。q越大，塑性變形量越大，缺口敏感性越小，甚至不敏感。 高強(qiáng)度材料的q一般也小于1。 說明在選用制作缺口零件時，不能盲目追求高強(qiáng)度，而應(yīng)注意足夠

22、的塑性。 材料的缺口敏感度與材料本身性能、缺口形狀、尺寸有關(guān)。 缺口敏感度指標(biāo)和材料的塑性指標(biāo)一樣，是衡量材料安全性的力學(xué)性能指標(biāo)之一。,44,1.5 材料的沖擊韌性 在實際的生產(chǎn)中很多機(jī)件和工具、模具在服役期間會受沖擊載荷的作用。 如火箭的發(fā)射 飛機(jī)的起飛和降落 行駛的汽車通過道路上的凹坑 內(nèi)燃機(jī)膨脹沖程中氣體爆炸推動活塞和連桿使活塞和連桿間發(fā)生沖擊 金屬件的沖壓和鍛造加工 鍛錘、沖床、鉚釘槍等 本章主要介紹材料在沖擊載荷下的力學(xué)行為和性能特點,45,沖擊載荷下的變形與斷裂,機(jī)件在沖擊載荷下的失效類型與靜載荷一樣，表現(xiàn)為過量彈性變形、過量塑性變形和斷裂。 靜載荷下機(jī)件所受的應(yīng)力，主要與機(jī)

23、件形狀及載荷的類型和大小有關(guān)。靜拉伸的應(yīng)變率為10-510-2s-1 沖擊載荷下，由于載荷的能量性質(zhì)使整個承載系統(tǒng)承受沖擊能，機(jī)件及與機(jī)件相連物體的剛度都直接影響沖擊過程的持續(xù)時間，從而影響加速度和慣性力的大小。沖擊試驗的應(yīng)變率為102104s-1高應(yīng)變速率,46,彈性變形是以聲速在介質(zhì)中傳播的。金屬中的聲速是相當(dāng)大的，鋼中為4982m/s。普通沖擊載荷的絕對變形速度只有5-5.5m/s，所以沖擊彈性變形總能跟上沖擊外力的變化。 但是沖擊載荷下，由于應(yīng)力水平較高，使得許多位錯源同時開動，沖擊載荷又會增加位錯密度和滑移系數(shù)目，使塑性變形難以充分進(jìn)行。 靜載荷下，塑性變形比較均勻的分布在各個晶粒中

24、，而在沖擊載荷下塑性變形則比較集中在某些局部區(qū)域中，塑性變形極不均勻。這種不均勻的情況限制了塑性變形的發(fā)展，導(dǎo)致屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度提高，且屈服強(qiáng)度提高較多。 低塑性！,47,為了評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,1、沖擊試驗 大能量沖擊試驗沖擊韌度，韌脆性質(zhì)，試驗簡單。 小能量多次沖擊試驗測定材料的多沖抗力。 沖擊拉伸試驗材料在高速加載下的應(yīng)力應(yīng)變曲線。試驗困難。,48,一、夏比缺口沖擊試驗,將擺錘升高到H1高度，獲得位能GH1，釋放擺錘沖斷試樣后擺錘的剩余能量為GH2，則擺錘沖斷試樣失去的位能為GH1-GH2，此即為

25、試樣變形和斷裂所吸收的功，稱為沖擊吸收功，以AK表示，單位為J。,沖擊韌度,49,夏比缺口沖擊試驗,對金屬材料在動負(fù)荷下抵抗沖擊的性能進(jìn)行檢驗，是冶金、機(jī)械制造等單位必備的檢測儀器，也是科研單位進(jìn)行新材料研究不可缺少的測試儀器。,測定材料的沖擊韌度、評定材料的韌脆性質(zhì),50,國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定沖擊彎曲試驗用標(biāo)準(zhǔn)試樣分別為夏比(charpy)U型缺口試樣和夏比V型缺口試樣，兩種試樣的形狀及尺寸如圖所示。所測得的沖擊吸收功分別記為AKU和AKV 。 另外，測量陶瓷、鑄鐵或工具鋼等脆性材料的沖擊功時，常采用無缺口沖擊試樣。,51,試樣開缺口的目的是為了使試樣在承受沖擊時在缺口附近造成應(yīng)力集中，使塑性變形局

26、限在缺口附近不大的體積范圍內(nèi)，保證試樣一次就沖斷且使斷裂就發(fā)生在缺口處。正確測定材料承受沖擊載荷的能力。,缺口試樣的擺放位置,缺口越深、越尖銳，沖擊功越低，材料脆化傾向越嚴(yán)重。,不同類型、尺寸試樣的沖擊功不能相互換算和直接比較,52,2、沖擊功和沖擊韌性,沖擊韌性：材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力，常用標(biāo)準(zhǔn)試樣的沖擊吸收功表示。 其實，沖擊吸收功Ak的大小并不能真正反映材料的韌脆程度。因為缺口試樣沖擊吸收的功并非完全用于試樣變形和斷裂。 其中有一部分功消耗在試樣擲出、機(jī)身震動、空氣阻力及軸承與測量機(jī)構(gòu)的摩擦中等。一般情況下，金屬材料在擺錘沖擊試驗中，這些功是忽略不計的。 在不同

27、的試驗機(jī)上測得的沖擊吸收功彼此可能相差10%-30%。,53,長期以來，人們習(xí)慣把a(bǔ)k所謂評定材料抵抗沖擊載荷作用的抗力指標(biāo)，用來表示材料的韌脆程度，并且在設(shè)計中作為保證構(gòu)件安全性的指標(biāo)之一。 但是ak表示的是在單位面積上吸收的沖擊功，物理意義不明確，因為 試樣斷裂行為在斷面上不均勻。 缺口處應(yīng)力分布不均勻，塑性變形程度也不同。 國際上采用Ak作為材料承受沖擊載荷的抗力指標(biāo)。,54,3、沖擊試驗的用途,1、反映原材料的冶金質(zhì)量和熱加工后的產(chǎn)品質(zhì)量。 通過測量沖擊吸收功和對沖擊試樣的斷口進(jìn)行分析，可以揭示原材料中的夾渣、氣泡、偏析以及夾雜物等冶金缺陷，以及過熱、過燒、回火脆性等熱加工缺陷。因為沖

28、擊韌度對組織缺陷十分敏感，故通過測定沖擊韌度可以間接的評定冶金缺陷和熱加工缺陷的嚴(yán)重程度。,55,2、測定材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度,根據(jù)系列沖擊試驗（低溫沖擊試驗）可以獲得ak與溫度的關(guān)系曲線，從而可以測定材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，評定材料的低溫脆性傾向，供選材時參考或用于抗脆斷設(shè)計。 系列沖擊試驗將試樣在所需要的溫度（包括低溫、高溫）下保持一段時間后達(dá)到規(guī)定的溫度，然后迅速將試樣放置在沖擊試驗機(jī)上，在試樣溫度還來不及變化時將試樣沖斷。,56,3、評定材料對大能量沖擊破壞的抗力指標(biāo),對于承受大能量沖擊的機(jī)件，Ak值可以作為一個結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)，表示材料承受大能量沖擊的抗力，以防發(fā)生脆斷。但是，Ak或ak不能直接用來設(shè)計或計算，只能根據(jù)實驗和經(jīng)驗作為選材的依據(jù)。 s大致相同的材料，根據(jù)Ak值可以評定材料對大能量沖擊破壞的缺口敏感性。,57,應(yīng)變時效主要發(fā)生在低碳鋼中，經(jīng)冷加工后長期處于較高溫度下工作，塑性和韌性會降低，屈服強(qiáng)度升高。 鋼中氧、氮、錳、銅會顯著提高應(yīng)變時效傾向，鎳可降低該傾向。由于應(yīng)變時效可以導(dǎo)致鋼材塑性急劇下降，脆性增加，所以常常需要防止其發(fā)生。 材料時效前后的沖擊功之差與時效前的沖擊功之比的百分比即應(yīng)變時效敏感性。,4、確定應(yīng)變時效敏感性,