《材料性能學(xué)》第2版全套PPT課件

《材料性能學(xué)》第2版全套PPT課件,材料性能學(xué),材料,性能,全套,PPT,課件 許多機(jī)件工具模具受沖擊載荷作用，如火許多機(jī)件工具模具受沖擊載荷作用，如火箭的發(fā)射、飛機(jī)的起飛降落、材料鍛沖加箭的發(fā)射、飛機(jī)的起飛降落、材料鍛沖加工、防彈材料等，本章介紹材料承受沖擊工、防彈材料等，本章介紹材料承受沖擊載荷的實(shí)驗(yàn)方法、特點(diǎn)及指標(biāo)。載荷的實(shí)驗(yàn)方法、特點(diǎn)及指標(biāo)。擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)第一節(jié)第一節(jié) 沖擊彎曲試驗(yàn)與沖擊韌性沖擊彎曲試驗(yàn)與沖擊韌性一、沖擊彎曲試驗(yàn)一、沖擊彎曲試驗(yàn)1 一次沖擊彎曲試驗(yàn)一次沖擊彎曲試驗(yàn) 圖3-1 沖擊實(shí)驗(yàn)原理AK=GH1-GH2 沖擊吸收功沖擊吸收功具體的試驗(yàn)與方法及操作規(guī)范可具體的試驗(yàn)與方法及操作規(guī)范可參考參考GB 229-84GB 229-84和和GB2106-80GB2106-80。H1H2 圖圖3-2 U型缺口試樣尺寸及加工要求型缺口試樣尺寸及加工要求圖圖3-3 V型缺口試樣尺寸及加工要求型缺口試樣尺寸及加工要求 測(cè)定沖擊吸收功時(shí)，陶瓷、鑄鐵或工具鋼測(cè)定沖擊吸收功時(shí)，陶瓷、鑄鐵或工具鋼等脆性材料無(wú)需開(kāi)缺口。等脆性材料無(wú)需開(kāi)缺口。第一節(jié)第一節(jié) 沖擊彎曲試驗(yàn)與沖擊韌性沖擊彎曲試驗(yàn)與沖擊韌性10mm10mml0mml0mm55mm55mm2、多次沖擊試驗(yàn)、多次沖擊試驗(yàn) 多次沖擊試驗(yàn)的規(guī)律多次沖擊試驗(yàn)的規(guī)律 當(dāng)試樣破壞前當(dāng)試樣破壞前,承受的沖擊次數(shù)少于承受的沖擊次數(shù)少于5001000次，試樣斷裂的規(guī)律與一次沖擊相同；次，試樣斷裂的規(guī)律與一次沖擊相同；當(dāng)沖擊次數(shù)當(dāng)沖擊次數(shù)N105時(shí)，破壞后具有典型的疲勞時(shí)，破壞后具有典型的疲勞斷口特征。它是各次沖擊損傷積累的結(jié)果，根本不斷口特征。它是各次沖擊損傷積累的結(jié)果，根本不同于一次沖擊破壞的過(guò)程，同于一次沖擊破壞的過(guò)程，多沖抗力不能用多沖抗力不能用AK值簡(jiǎn)值簡(jiǎn)單代替單代替。第一節(jié)第一節(jié) 沖擊彎曲試驗(yàn)與沖擊韌性沖擊彎曲試驗(yàn)與沖擊韌性第一節(jié)第一節(jié) 沖擊彎曲試驗(yàn)與沖擊韌性沖擊彎曲試驗(yàn)與沖擊韌性2、多次沖擊試驗(yàn)、多次沖擊試驗(yàn) 圖3-4 多次沖擊曲線 多次沖擊試驗(yàn)在落錘式多次沖擊試驗(yàn)機(jī)多次沖擊試驗(yàn)在落錘式多次沖擊試驗(yàn)機(jī)PC-150上上進(jìn)行。沖擊頻率為進(jìn)行。沖擊頻率為450周次周次min和和600周次周次min。沖擊能量靠沖程調(diào)節(jié)而變換（沖擊能量靠沖程調(diào)節(jié)而變換（0.11.5J），可做多沖），可做多沖彎曲、拉伸和壓縮試驗(yàn)。彎曲、拉伸和壓縮試驗(yàn)。ZCJ2000系列系列NDT落錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)落錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)新三思新三思ZCJ2304型落型落錘撕裂試驗(yàn)機(jī)錘撕裂試驗(yàn)機(jī)DHR-0404型落錘試驗(yàn)機(jī)型落錘試驗(yàn)機(jī) aKV（aKU）是一個(gè)綜合性的力學(xué)性能指標(biāo)，與材料的）是一個(gè)綜合性的力學(xué)性能指標(biāo)，與材料的強(qiáng)度和塑性有關(guān)強(qiáng)度和塑性有關(guān)，單位為，單位為J/cm2。沖擊韌度沖擊韌度（沖擊值）（沖擊值）第一節(jié)第一節(jié) 沖擊彎曲試驗(yàn)與沖擊韌性沖擊彎曲試驗(yàn)與沖擊韌性二、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缺口處截面積缺口處截面積 aKV（aKU）表示單位面積的平均沖擊功值，是一個(gè)）表示單位面積的平均沖擊功值，是一個(gè)數(shù)學(xué)平均量。數(shù)學(xué)平均量。實(shí)際上沖擊試樣承受彎曲載荷，缺口截面實(shí)際上沖擊試樣承受彎曲載荷，缺口截面上的應(yīng)力應(yīng)變分布是極不均勻的，塑性變形和試樣所吸上的應(yīng)力應(yīng)變分布是極不均勻的，塑性變形和試樣所吸收的功主要集中在缺口附近，故取平均值是毫無(wú)物理意收的功主要集中在缺口附近，故取平均值是毫無(wú)物理意義的，義的，所以目前很少把所以目前很少把a(bǔ)KV（aKU）作為材料抵抗沖擊載）作為材料抵抗沖擊載荷作用的力學(xué)性能指標(biāo)。荷作用的力學(xué)性能指標(biāo)。第一節(jié)第一節(jié) 沖擊彎曲試驗(yàn)與沖擊韌性沖擊彎曲試驗(yàn)與沖擊韌性二、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 沖擊功沖擊功AK雖可表示材料的變脆傾向，但不能真正反映雖可表示材料的變脆傾向，但不能真正反映材料的韌脆程度。材料的韌脆程度。因?yàn)橐驗(yàn)橛幸徊糠止ο挠诳諝庾枇?、機(jī)身有一部分功消耗于空氣阻力、機(jī)身振動(dòng)、軸承與測(cè)量機(jī)構(gòu)的摩擦及沖斷試樣的飛出等振動(dòng)、軸承與測(cè)量機(jī)構(gòu)的摩擦及沖斷試樣的飛出等。但由。但由于它對(duì)材料成分、內(nèi)部組織變化十分敏感，而且一次沖擊于它對(duì)材料成分、內(nèi)部組織變化十分敏感，而且一次沖擊彎曲試驗(yàn)方法簡(jiǎn)便易行，所以仍被廣泛采用。彎曲試驗(yàn)方法簡(jiǎn)便易行，所以仍被廣泛采用。第一節(jié)第一節(jié) 沖擊彎曲試驗(yàn)與沖擊韌性沖擊彎曲試驗(yàn)與沖擊韌性二、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一次沖擊彎曲試驗(yàn)主要有以下幾方面用途：一次沖擊彎曲試驗(yàn)主要有以下幾方面用途：它能反映出原始材料的冶金質(zhì)量和熱加工產(chǎn)品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。的質(zhì)量。通過(guò)通過(guò)測(cè)量測(cè)量AK值值和對(duì)沖斷試樣的和對(duì)沖斷試樣的斷口分析斷口分析，可揭示，可揭示原材料中的氣孔、夾雜、偏析、嚴(yán)重分層和夾雜物原材料中的氣孔、夾雜、偏析、嚴(yán)重分層和夾雜物超標(biāo)等冶金缺陷；還可檢查過(guò)熱、過(guò)燒、回火脆性超標(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。等鍛造或熱處理缺陷。第一節(jié)第一節(jié) 沖擊彎曲試驗(yàn)與沖擊韌性沖擊彎曲試驗(yàn)與沖擊韌性二、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 測(cè)定材料的韌脆性轉(zhuǎn)變溫度。測(cè)定材料的韌脆性轉(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)低溫沖擊試驗(yàn))可獲得可獲得AK與溫與溫度的關(guān)系曲線，據(jù)此確定材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，以度的關(guān)系曲線，據(jù)此確定材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，以供選材參考或抗脆斷設(shè)計(jì)。供選材參考或抗脆斷設(shè)計(jì)。對(duì)對(duì)s（屈服強(qiáng)度）（屈服強(qiáng)度）大致相同的材料，大致相同的材料，根據(jù)根據(jù)AK值值可以評(píng)定材料對(duì)大能量沖擊破壞的缺口敏感性?？梢栽u(píng)定材料對(duì)大能量沖擊破壞的缺口敏感性。第一節(jié)第一節(jié) 沖擊彎曲試驗(yàn)與沖擊韌性沖擊彎曲試驗(yàn)與沖擊韌性二、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 多沖抗力的表示方法，一般用某種沖擊能量多沖抗力的表示方法，一般用某種沖擊能量A下的沖斷周次下的沖斷周次N或用要求的沖擊工作壽命或用要求的沖擊工作壽命N時(shí)時(shí)的沖斷能量的沖斷能量A。第一節(jié)第一節(jié) 沖擊彎曲試驗(yàn)與沖擊韌性沖擊彎曲試驗(yàn)與沖擊韌性二、沖擊韌性及其工程意義二、沖擊韌性及其工程意義2多次沖擊多次沖擊 試驗(yàn)表明，試驗(yàn)表明，材料的多沖抗力是一個(gè)取決于材料的多沖抗力是一個(gè)取決于強(qiáng)強(qiáng)度和塑性度和塑性的綜合力學(xué)性能的綜合力學(xué)性能。材料的多沖抗力的變化規(guī)律：材料的多沖抗力的變化規(guī)律：沖擊能量高時(shí)，材料的多次沖擊抗力主要沖擊能量高時(shí)，材料的多次沖擊抗力主要取決于塑性；沖擊能量低時(shí)，材料的多抗力主要取取決于塑性；沖擊能量低時(shí)，材料的多抗力主要取決于強(qiáng)度。決于強(qiáng)度。圖3-5 35鋼多沖曲線 第一節(jié)第一節(jié) 沖擊彎曲試驗(yàn)與沖擊韌性沖擊彎曲試驗(yàn)與沖擊韌性3535鋼經(jīng)鋼經(jīng)200200和和500500回火回火的多沖曲線兩條曲線在的多沖曲線兩條曲線在10102 2周次左右處相交。在周次左右處相交。在交點(diǎn)以左，經(jīng)交點(diǎn)以左，經(jīng)500500回火回火材料的塑性高，強(qiáng)度低，材料的塑性高，強(qiáng)度低，其沖擊疲勞抗力高，壽命其沖擊疲勞抗力高，壽命長(zhǎng)；在交點(diǎn)以右，沖擊能長(zhǎng)；在交點(diǎn)以右，沖擊能量低時(shí)，經(jīng)量低時(shí)，經(jīng)200200回火材回火材料的強(qiáng)度高，塑性低，其料的強(qiáng)度高，塑性低，其沖疲勞抗力高，壽命長(zhǎng)。沖疲勞抗力高，壽命長(zhǎng)。圖3-6 40鋼沖擊疲勞抗力、常規(guī)力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系(2)不同的沖擊能量要求不不同的沖擊能量要求不同的強(qiáng)度與塑性配合。同的強(qiáng)度與塑性配合。4040鋼鋼強(qiáng)強(qiáng)度度、塑塑性性、沖沖擊擊韌韌性性及及不不同同能能量量下下的的沖沖斷斷次次數(shù)數(shù)與與回回火火溫溫度度的的關(guān)關(guān)系系。由由圖圖可可見(jiàn)見(jiàn)，4040鋼鋼的的沖沖擊擊疲疲勞勞抗抗力力隨隨回回火火溫溫度度的的變變化化不不是是單單調(diào)調(diào)的的變變化化，而而是是在在某某一一溫溫度度下下有有一一個(gè)個(gè)峰峰值值，且且此此峰峰值值隨隨沖沖擊擊能能量量增增加加向向高高溫方向移動(dòng)溫方向移動(dòng)圖3-6 40鋼沖擊疲勞抗力、常規(guī)力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系(2)不同的沖擊能量要求不不同的沖擊能量要求不同的強(qiáng)度與塑性配合。同的強(qiáng)度與塑性配合。鍛鍛 錘錘 錘錘 桿桿，原原 用用45Cr45Cr鋼鋼油油淬淬，650650回回火火，k k值值高高，強(qiáng)強(qiáng)度度低低，使使用用過(guò)過(guò)程程中中常常易易折折斷斷，壽壽命命低低。根根據(jù)據(jù)多多沖沖疲疲勞勞抗抗力力變變化化規(guī)規(guī)律律，改改用用鹽鹽水水淬淬火火加加中中溫溫回回火火，強(qiáng)強(qiáng)度度提提高高，k k值值降降低低，使使用用壽命明顯提高。壽命明顯提高。圖圖3-7 碳鋼沖斷次數(shù)與沖擊韌度的關(guān)系碳鋼沖斷次數(shù)與沖擊韌度的關(guān)系 aKV值對(duì)沖擊疲勞抗力的影響值對(duì)沖擊疲勞抗力的影響第一節(jié)第一節(jié) 沖擊彎曲試驗(yàn)與沖擊韌性沖擊彎曲試驗(yàn)與沖擊韌性 中中強(qiáng)強(qiáng)度度鋼鋼的沖的沖擊韌擊韌度已度已經(jīng)經(jīng)比比較較高，再增加高，再增加aKU值對(duì)值對(duì)提高提高沖沖擊擊疲疲勞勞抗力的影響甚微；而抗力的影響甚微；而對(duì)對(duì)高高強(qiáng)強(qiáng)度水平材料，沖度水平材料，沖擊韌擊韌度度比比較較低，適當(dāng)提高一些低，適當(dāng)提高一些韌韌性性對(duì)對(duì)提高沖提高沖擊擊疲疲勞勞抗力的影響比抗力的影響比較較突出。突出。1-bl700MPa 2-bl500MPa3-bl300MPa 4-bl000MPa 三、沖擊脆化效應(yīng)三、沖擊脆化效應(yīng) 盡管機(jī)件在盡管機(jī)件在沖擊載荷作用下的沖擊載荷作用下的失效類型失效類型和靜和靜載荷一樣載荷一樣，仍表現(xiàn)為，仍表現(xiàn)為過(guò)量彈性變形、過(guò)量塑過(guò)量彈性變形、過(guò)量塑性變形和斷裂性變形和斷裂，但在分析沖擊載荷下機(jī)件的，但在分析沖擊載荷下機(jī)件的失效及材料的力學(xué)行失效及材料的力學(xué)行為時(shí)必須注意沖擊載荷本身的特性。為時(shí)必須注意沖擊載荷本身的特性。靜載荷下機(jī)件所受的應(yīng)力，主要與機(jī)件的靜載荷下機(jī)件所受的應(yīng)力，主要與機(jī)件的形狀形狀及及載荷的類型載荷的類型和和大小大小有關(guān)。有關(guān)。而在而在沖擊沖擊負(fù)荷下，由于負(fù)荷的能量性質(zhì)使整負(fù)荷下，由于負(fù)荷的能量性質(zhì)使整個(gè)承載系統(tǒng)承受沖擊能因此，個(gè)承載系統(tǒng)承受沖擊能因此，機(jī)件機(jī)件及與及與機(jī)件相機(jī)件相連物體的剛度連物體的剛度都直接影響沖擊過(guò)程的持續(xù)時(shí)間，都直接影響沖擊過(guò)程的持續(xù)時(shí)間，從而影響從而影響加載速度加載速度和和慣性力慣性力的大小的大小 由于沖擊過(guò)由于沖擊過(guò)程持續(xù)時(shí)間很短而測(cè)不準(zhǔn)確，就很難按慣性力計(jì)程持續(xù)時(shí)間很短而測(cè)不準(zhǔn)確，就很難按慣性力計(jì)算機(jī)件內(nèi)的應(yīng)力所以，沖擊載荷下的應(yīng)力通常算機(jī)件內(nèi)的應(yīng)力所以，沖擊載荷下的應(yīng)力通常按按能量守恒法能量守恒法計(jì)算，并假定沖擊能全部轉(zhuǎn)換成機(jī)計(jì)算，并假定沖擊能全部轉(zhuǎn)換成機(jī)件內(nèi)的彈性能再計(jì)算應(yīng)力和應(yīng)變件內(nèi)的彈性能再計(jì)算應(yīng)力和應(yīng)變眾所周知，眾所周知，彈性變形彈性變形是以是以聲速聲速在介在介質(zhì)中傳播的。在金屬介質(zhì)如鋼中，質(zhì)中傳播的。在金屬介質(zhì)如鋼中，聲速達(dá)到了聲速達(dá)到了4982m4982ms s，而普通擺錘，而普通擺錘沖擊試驗(yàn)時(shí)絕對(duì)沖擊試驗(yàn)時(shí)絕對(duì)變形速度變形速度只有只有5 55.5m5.5ms s，這樣，沖擊彈性變形總能，這樣，沖擊彈性變形總能跟上沖擊外力的變化，因而應(yīng)變速跟上沖擊外力的變化，因而應(yīng)變速率對(duì)金屬材料的彈性行為及彈性模率對(duì)金屬材料的彈性行為及彈性模量沒(méi)有影響量沒(méi)有影響,而而應(yīng)變速率應(yīng)變速率對(duì)對(duì)塑性變形塑性變形、斷裂斷裂及有關(guān)的力學(xué)性能有顯著的影及有關(guān)的力學(xué)性能有顯著的影響。響。在沖擊載荷作用下，瞬間作用于在沖擊載荷作用下，瞬間作用于位錯(cuò)位錯(cuò)上的上的應(yīng)力相當(dāng)高，結(jié)果造成位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率增加。應(yīng)力相當(dāng)高，結(jié)果造成位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率增加。因?yàn)槲诲e(cuò)寬度及其能量與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率有因?yàn)槲诲e(cuò)寬度及其能量與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)速率有關(guān)。運(yùn)動(dòng)速率愈大，則能量愈大，寬度愈關(guān)。運(yùn)動(dòng)速率愈大，則能量愈大，寬度愈小，故小，故派納力派納力愈大。結(jié)果愈大。結(jié)果滑移臨界切應(yīng)力滑移臨界切應(yīng)力增大，金屬產(chǎn)生附加強(qiáng)化增大，金屬產(chǎn)生附加強(qiáng)化。由于沖擊載荷下的應(yīng)力水平較高，可使許多由于沖擊載荷下的應(yīng)力水平較高，可使許多位位錯(cuò)源錯(cuò)源同時(shí)開(kāi)動(dòng)，結(jié)果在單晶體中同時(shí)開(kāi)動(dòng)，結(jié)果在單晶體中抑制抑制了易了易滑移滑移階段的產(chǎn)生和發(fā)展此外，沖擊載荷還階段的產(chǎn)生和發(fā)展此外，沖擊載荷還增加增加位位錯(cuò)密度錯(cuò)密度和和滑移系數(shù)目滑移系數(shù)目，出現(xiàn)，出現(xiàn)孿晶孿晶，減小位錯(cuò)運(yùn)，減小位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)自由行程的平均長(zhǎng)度，增加點(diǎn)缺陷濃度上動(dòng)自由行程的平均長(zhǎng)度，增加點(diǎn)缺陷濃度上述諸點(diǎn)均使金屬材料在沖擊載荷作用下塑性變述諸點(diǎn)均使金屬材料在沖擊載荷作用下塑性變形難以充分進(jìn)行。形難以充分進(jìn)行。在靜載下，塑性變形在靜載下，塑性變形較均勻地分布于各個(gè)晶粒較均勻地分布于各個(gè)晶粒中中。在沖擊載荷下，塑性變形主要集中在某些在沖擊載荷下，塑性變形主要集中在某些局部局部區(qū)域，這表明沖擊載荷下的塑性變形是區(qū)域，這表明沖擊載荷下的塑性變形是極不均勻極不均勻的的。這種不均勻情況。這種不均勻情況限制限制了了塑性變形塑性變形的發(fā)展，導(dǎo)的發(fā)展，導(dǎo)致致屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度和和抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度提高。且屈服強(qiáng)度提高得提高。且屈服強(qiáng)度提高得較多，抗拉強(qiáng)度提高得較少。較多，抗拉強(qiáng)度提高得較少。材料塑性相應(yīng)變速率之間并無(wú)單值依存關(guān)系，材料塑性相應(yīng)變速率之間并無(wú)單值依存關(guān)系，在大多數(shù)情況下，缺口試樣沖擊試驗(yàn)時(shí)的塑性比在大多數(shù)情況下，缺口試樣沖擊試驗(yàn)時(shí)的塑性比靜載試驗(yàn)的要低在高速變形時(shí)，某些金屬可能靜載試驗(yàn)的要低在高速變形時(shí)，某些金屬可能顯示出高塑性，如密排六方金屬爆炸成型就是如顯示出高塑性，如密排六方金屬爆炸成型就是如此此塑性和韌性隨著應(yīng)變速率增加而變化的特征與斷塑性和韌性隨著應(yīng)變速率增加而變化的特征與斷裂方式有關(guān)。如在一定加載規(guī)范和溫度下，材料裂方式有關(guān)。如在一定加載規(guī)范和溫度下，材料產(chǎn)生正斷，則斷裂應(yīng)力變化不大，塑性隨應(yīng)變速產(chǎn)生正斷，則斷裂應(yīng)力變化不大，塑性隨應(yīng)變速率的增加而減小。如果材料產(chǎn)生剪斷，則斷裂應(yīng)率的增加而減小。如果材料產(chǎn)生剪斷，則斷裂應(yīng)力隨應(yīng)變速率提高顯著增加，塑性可能不變，也力隨應(yīng)變速率提高顯著增加，塑性可能不變，也可能提高?？赡芴岣摺?4沖擊載荷和靜載荷失效相同點(diǎn)：沖擊載荷和靜載荷失效相同點(diǎn)：過(guò)量彈性變形、過(guò)量塑性變形和斷裂過(guò)量彈性變形、過(guò)量塑性變形和斷裂沖擊載荷和靜載荷失效不同點(diǎn)：沖擊載荷和靜載荷失效不同點(diǎn)：變形速率不同；變形速率不同；沖擊載荷主要表現(xiàn)為脆性（脆化）；沖擊載荷主要表現(xiàn)為脆性（脆化）；塑性變形主要集中在局部區(qū)域。塑性變形主要集中在局部區(qū)域。沖擊脆化主要原因沖擊脆化主要原因-塑性變形難以充分進(jìn)行，集中在局部區(qū)域：塑性變形難以充分進(jìn)行，集中在局部區(qū)域：(1)(1)應(yīng)變速率。應(yīng)變速率。應(yīng)變速率對(duì)金屬材料的彈性行為及彈性模量沒(méi)有影響，應(yīng)變速率對(duì)金屬材料的彈性行為及彈性模量沒(méi)有影響，而對(duì)塑性變形、斷裂等有顯著的影響。而對(duì)塑性變形、斷裂等有顯著的影響。(2)(2)沖擊載荷。沖擊載荷。使金屬產(chǎn)生附加強(qiáng)化；使金屬產(chǎn)生附加強(qiáng)化；增加位錯(cuò)密度和滑移系數(shù)目，出現(xiàn)孿晶，增加位錯(cuò)密度和滑移系數(shù)目，出現(xiàn)孿晶，減小位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)自由行程的平均長(zhǎng)度，增加點(diǎn)缺陷濃度等。減小位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)自由行程的平均長(zhǎng)度，增加點(diǎn)缺陷濃度等。三、沖擊脆化效應(yīng)三、沖擊脆化效應(yīng)20第二節(jié)第二節(jié) 低溫脆性低溫脆性1912年年4月月10日日“泰坦尼克泰坦尼克”號(hào)從英號(hào)從英國(guó)開(kāi)始它的第一次航行國(guó)開(kāi)始它的第一次航行(目的地美目的地美國(guó)紐約國(guó)紐約)，4月月14日晚日晚11點(diǎn)點(diǎn)40分，分，泰坦尼克號(hào)在北大西洋撞上冰泰坦尼克號(hào)在北大西洋撞上冰山，兩小時(shí)四十分鐘后，山，兩小時(shí)四十分鐘后，4月月15日日凌晨凌晨2點(diǎn)點(diǎn)20分沉沒(méi)，由于只有分沉沒(méi)，由于只有20艘艘救生艇，救生艇，1523人葬身海底。人葬身海底。美國(guó)紐約時(shí)報(bào)美國(guó)紐約時(shí)報(bào)2008年年4月月15日日刊登一篇署名文章，披露了導(dǎo)致刊登一篇署名文章，披露了導(dǎo)致這起世紀(jì)海難的主要原因：這起世紀(jì)海難的主要原因：劣質(zhì)劣質(zhì)鉚釘鉚釘(含有大量礦渣而形成小洞含有大量礦渣而形成小洞)低溫脆斷低溫脆斷所致所致Titanicv由于早年的由于早年的Titanic 號(hào)采用了含號(hào)采用了含硫硫高的鋼板，韌性很差，特別是高的鋼板，韌性很差，特別是在在低溫低溫呈脆性。所以，沖擊試樣呈脆性。所以，沖擊試樣是典型的脆性斷口。近代船用鋼是典型的脆性斷口。近代船用鋼板的沖擊試樣則具有相當(dāng)好的韌板的沖擊試樣則具有相當(dāng)好的韌性。性。在水線上下都由在水線上下都由10 張張30 英尺長(zhǎng)英尺長(zhǎng)的高含硫量脆性鋼板焊接成的高含硫量脆性鋼板焊接成300英尺的船體。船體上可見(jiàn)長(zhǎng)長(zhǎng)的英尺的船體。船體上可見(jiàn)長(zhǎng)長(zhǎng)的焊縫。船在冰水中撞擊冰山而裂焊縫。船在冰水中撞擊冰山而裂開(kāi)時(shí)，脆性的開(kāi)時(shí)，脆性的焊縫焊縫無(wú)異于一條無(wú)異于一條300英尺長(zhǎng)的大拉鏈，使船體產(chǎn)英尺長(zhǎng)的大拉鏈，使船體產(chǎn)生很長(zhǎng)的裂紋，海水大量涌入使生很長(zhǎng)的裂紋，海水大量涌入使船迅速沉沒(méi)。這是鋼材韌性與人船迅速沉沒(méi)。這是鋼材韌性與人身安全的一個(gè)突出例證。身安全的一個(gè)突出例證。27“長(zhǎng)征二號(hào)長(zhǎng)征二號(hào)F”第三級(jí)火箭采用的是液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)，第三級(jí)火箭采用的是液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)，而在而在1 個(gè)大氣壓下，液氧的沸點(diǎn)是個(gè)大氣壓下，液氧的沸點(diǎn)是-183，液氫的沸，液氫的沸點(diǎn)是點(diǎn)是-253。液氫液氧的貯存箱就運(yùn)用了。液氫液氧的貯存箱就運(yùn)用了鋁合金鋁合金的耐的耐低溫特性，采用高強(qiáng)度低溫特性，采用高強(qiáng)度鋁合金鋁合金材料制成。材料制成。定義定義：材料在某一溫度：材料在某一溫度tk下由下由韌變脆韌變脆，沖擊功明顯下降，斷裂，沖擊功明顯下降，斷裂 機(jī)理由機(jī)理由微孔聚集微孔聚集變?yōu)樽優(yōu)榇┚Ы饫泶┚Ы饫?，斷口由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)，斷口由纖維狀變?yōu)榻Y(jié) 晶狀。如體心立方金屬，某些密排金屬合金。晶狀。如體心立方金屬，某些密排金屬合金。測(cè)量不同溫度測(cè)量不同溫度(低、室、高溫低、室、高溫)下沖擊韌性下沖擊韌性aK(AK)與溫度與溫度t的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線(AKt)。tk稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度或冷脆轉(zhuǎn)變溫度。稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度或冷脆轉(zhuǎn)變溫度。是安全性指標(biāo)之一，最低使用溫度必須高于是安全性指標(biāo)之一，最低使用溫度必須高于tk。原因原因：溫度影響溫度影響位錯(cuò)位錯(cuò)在晶體中運(yùn)動(dòng)的磨擦阻力，在晶體中運(yùn)動(dòng)的磨擦阻力，降低溫度，阻力上升，材料變脆。降低溫度，阻力上升，材料變脆。系列沖擊實(shí)驗(yàn)在材料研究與生產(chǎn)實(shí)系列沖擊實(shí)驗(yàn)在材料研究與生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用較廣，因?yàn)樗绕渌麑?shí)驗(yàn)際中應(yīng)用較廣，因?yàn)樗绕渌麑?shí)驗(yàn)方法更能靈敏地反映出材料力學(xué)性方法更能靈敏地反映出材料力學(xué)性能隨內(nèi)因和外因變化的差異。能隨內(nèi)因和外因變化的差異。鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度實(shí)驗(yàn)溫度（）一、系列沖擊實(shí)驗(yàn)與低溫脆性一、系列沖擊實(shí)驗(yàn)與低溫脆性 系列沖擊試驗(yàn)：對(duì)某些材料，分別在低溫、系列沖擊試驗(yàn)：對(duì)某些材料，分別在低溫、室溫和高溫下進(jìn)行沖擊實(shí)驗(yàn)，可以得到一系列室溫和高溫下進(jìn)行沖擊實(shí)驗(yàn)，可以得到一系列沖擊值沖擊值A(chǔ)K（或（或aK），然后根據(jù)沖擊值與所對(duì)應(yīng)），然后根據(jù)沖擊值與所對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)溫度得到這種材料沖擊韌性與溫度的關(guān)的實(shí)驗(yàn)溫度得到這種材料沖擊韌性與溫度的關(guān)系曲線，即系曲線，即AKt或或aKt。據(jù)此評(píng)定材料的。據(jù)此評(píng)定材料的低低溫脆性、藍(lán)脆和重結(jié)晶脆性溫脆性、藍(lán)脆和重結(jié)晶脆性等。等。實(shí)驗(yàn)溫度（）鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度第二節(jié)第二節(jié) 低溫脆性低溫脆性 系列沖擊實(shí)驗(yàn)證明：體心立方或某些密排六方的晶系列沖擊實(shí)驗(yàn)證明：體心立方或某些密排六方的晶體金屬及合金，尤其是工程上常用的中、低強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，體金屬及合金，尤其是工程上常用的中、低強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，當(dāng)試驗(yàn)溫度低于某一溫度當(dāng)試驗(yàn)溫度低于某一溫度tk（韌脆轉(zhuǎn)變溫度）（韌脆轉(zhuǎn)變溫度）時(shí)，材料時(shí)，材料由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂機(jī)理由微孔聚集變?yōu)榇┚Ы饫?，斷口特征由機(jī)理由微孔聚集變?yōu)榇┚Ы饫恚瑪嗫谔卣饔衫w維狀變纖維狀變?yōu)闉榻Y(jié)晶狀結(jié)晶狀，這就是低溫脆性。，這就是低溫脆性。一、系列沖擊實(shí)驗(yàn)與低溫脆性一、系列沖擊實(shí)驗(yàn)與低溫脆性第二節(jié) 低溫脆性一、系列沖擊實(shí)驗(yàn)與低溫脆性一、系列沖擊實(shí)驗(yàn)與低溫脆性不同材料的冷脆傾向不同材料的冷脆傾向第一類曲線顯示材料在很寬的實(shí)第一類曲線顯示材料在很寬的實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)都是脆性（高碳馬驗(yàn)溫度范圍內(nèi)都是脆性（高碳馬氏體鋼）。氏體鋼）。第二類曲線顯示具有面心立方結(jié)第二類曲線顯示具有面心立方結(jié)構(gòu)的金屬如銅、鋁等材料在很低構(gòu)的金屬如銅、鋁等材料在很低的溫度下仍具有較高的韌性。的溫度下仍具有較高的韌性。第三類曲線顯示材料在一定溫度第三類曲線顯示材料在一定溫度區(qū)間產(chǎn)生低溫脆性轉(zhuǎn)變（體心立區(qū)間產(chǎn)生低溫脆性轉(zhuǎn)變（體心立方金屬及其合金、部分密排立方方金屬及其合金、部分密排立方金屬及合金）。金屬及合金）。轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度t tk k稱為稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度或冷脆轉(zhuǎn)變溫度韌脆轉(zhuǎn)變溫度或冷脆轉(zhuǎn)變溫度。面心立方金屬及面心立方金屬及合金合金一般一般沒(méi)有低溫脆性現(xiàn)象沒(méi)有低溫脆性現(xiàn)象，但在，但在20-42K20-42K極低溫度下極低溫度下奧氏體鋼及奧氏體鋼及鋁合金有鋁合金有冷脆性冷脆性。高強(qiáng)度鋼及超高強(qiáng)度鋼高強(qiáng)度鋼及超高強(qiáng)度鋼在很寬溫度范圍內(nèi)沖擊在很寬溫度范圍內(nèi)沖擊吸收功均較低，故吸收功均較低，故韌脆轉(zhuǎn)變不明顯韌脆轉(zhuǎn)變不明顯。吸吸收收功功溫度溫度s、s和c隨溫度變化示意圖第二節(jié) 低溫脆性一、系列沖擊實(shí)驗(yàn)與低溫脆性一、系列沖擊實(shí)驗(yàn)與低溫脆性 從宏從宏觀觀角度分析，材料低溫跪角度分析，材料低溫跪性的性的產(chǎn)產(chǎn)生與其生與其屈服屈服強(qiáng)強(qiáng)度度s和和斷裂斷裂強(qiáng)強(qiáng)度度c隨溫度的隨溫度的變變化有關(guān)化有關(guān) 因因熱熱激活激活對(duì)對(duì)裂裂紋擴(kuò)紋擴(kuò)展展的力學(xué)條件的力學(xué)條件c沒(méi)有明沒(méi)有明顯顯作用，故斷裂作用，故斷裂強(qiáng)強(qiáng)度度c隨溫度的隨溫度的變變化很小?；苄?。具有體心立方或密排六方結(jié)構(gòu)的金具有體心立方或密排六方結(jié)構(gòu)的金屬或合金的屈服強(qiáng)度屬或合金的屈服強(qiáng)度s對(duì)溫度變化十分對(duì)溫度變化十分敏感，溫度降低，敏感，溫度降低，s急劇升高，故兩線急劇升高，故兩線交于一點(diǎn)，該交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度即為交于一點(diǎn)，該交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度即為tk。高于高于tk時(shí)，材料受載后先屈服再斷裂，時(shí)，材料受載后先屈服再斷裂，為韌性斷裂；低于為韌性斷裂；低于tk時(shí)，外加應(yīng)力首先時(shí)，外加應(yīng)力首先達(dá)到達(dá)到c，材料表現(xiàn)為脆性斷裂。，材料表現(xiàn)為脆性斷裂。s、s和和c隨溫度變化示意圖隨溫度變化示意圖第二節(jié) 低溫脆性一、系列沖擊實(shí)驗(yàn)與低溫脆性一、系列沖擊實(shí)驗(yàn)與低溫脆性 面心立方結(jié)構(gòu)材料的面心立方結(jié)構(gòu)材料的s隨溫度的下降變化不大，隨溫度的下降變化不大，近似為一水平線，即使在很低的溫度仍未與近似為一水平線，即使在很低的溫度仍未與c曲線相曲線相交，故此種材料的脆性斷裂現(xiàn)象不明顯。交，故此種材料的脆性斷裂現(xiàn)象不明顯。微微觀觀上上，體體心心立立方方金金屬屬的的低低溫溫跪跪性性與與位位錯(cuò)錯(cuò)在在晶晶體體中中運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)的的阻阻力力i對(duì)對(duì)溫溫度度變變化化非非常常敏敏感感有有關(guān)關(guān)，i在在低低溫溫下下增增加加，故故該該類類材材料料在在低低溫溫下下處處于于脆脆性性狀狀態(tài)態(tài)面面心心立立方方金金屬屬因因位位錯(cuò)錯(cuò)寬寬度度比較大，比較大，i對(duì)溫度變化不敏感，故一般不顯示低溫脆性對(duì)溫度變化不敏感，故一般不顯示低溫脆性第二節(jié) 低溫脆性一、系列沖擊實(shí)驗(yàn)與低溫脆性一、系列沖擊實(shí)驗(yàn)與低溫脆性 體心立方金屬的低溫脆性還與遲屈服現(xiàn)象有關(guān)。體心立方金屬的低溫脆性還與遲屈服現(xiàn)象有關(guān)。即即對(duì)該材料施加一大于對(duì)該材料施加一大于s的高速載荷時(shí)材料并不立即產(chǎn)生的高速載荷時(shí)材料并不立即產(chǎn)生屈服，而需要經(jīng)過(guò)一段孕育期才開(kāi)始塑性變形。在孕育屈服，而需要經(jīng)過(guò)一段孕育期才開(kāi)始塑性變形。在孕育期間只產(chǎn)生彈性變形，而沒(méi)有塑性變形消耗能量，故有期間只產(chǎn)生彈性變形，而沒(méi)有塑性變形消耗能量，故有利于裂紋的擴(kuò)展，從而表現(xiàn)為脆性破壞。利于裂紋的擴(kuò)展，從而表現(xiàn)為脆性破壞。而具有面心立而具有面心立方結(jié)構(gòu)材料的遲屈服現(xiàn)象不明顯，故其低溫脆性也不明方結(jié)構(gòu)材料的遲屈服現(xiàn)象不明顯，故其低溫脆性也不明顯。顯。二、韌脆轉(zhuǎn)化溫度及其評(píng)價(jià)方法二、韌脆轉(zhuǎn)化溫度及其評(píng)價(jià)方法第二節(jié) 低溫脆性 目前尚無(wú)目前尚無(wú)簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單的判據(jù)求的判據(jù)求韌韌脆脆轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變溫度溫度tk。通。通常只是根據(jù)斷裂消耗的功、塑性常只是根據(jù)斷裂消耗的功、塑性變變形或斷口形形或斷口形貌隨溫度的貌隨溫度的變變化定化定義義tk。韌脆轉(zhuǎn)變溫度tk是金屬材料的韌性指標(biāo)，反映了溫度對(duì)韌脆性的影響，也是從韌性角度選材的重要依據(jù)之一。韌性是金屬材料塑性變形和斷裂全過(guò)程吸收能量的能力，它是強(qiáng)度和塑性的綜合表現(xiàn)，因而在特定條件下，能量、強(qiáng)度和塑性都可用來(lái)表示韌性。當(dāng)?shù)陀谀骋粶囟炔牧衔盏臎_擊能量基本不隨溫度而變當(dāng)?shù)陀谀骋粶囟炔牧衔盏臎_擊能量基本不隨溫度而變化，形成一平臺(tái)。該能量稱為化，形成一平臺(tái)。該能量稱為“低階能低階能”，以低階能，以低階能開(kāi)始開(kāi)始上升的溫度定義上升的溫度定義tk，并記為，并記為NDT，稱為無(wú)塑性或零塑性轉(zhuǎn)變，稱為無(wú)塑性或零塑性轉(zhuǎn)變溫度。這是無(wú)預(yù)先塑性變形斷裂對(duì)應(yīng)的溫度，是最易確定溫度。這是無(wú)預(yù)先塑性變形斷裂對(duì)應(yīng)的溫度，是最易確定tk的判據(jù)，在的判據(jù)，在NDT以下，斷口由以下，斷口由100%結(jié)晶區(qū)結(jié)晶區(qū)(解理區(qū)解理區(qū))組成。組成。第二節(jié) 低溫脆性二、韌脆轉(zhuǎn)化溫度及其評(píng)價(jià)方法二、韌脆轉(zhuǎn)化溫度及其評(píng)價(jià)方法圖3-9 各種韌脆轉(zhuǎn)變溫度判據(jù)高于某一溫度材料吸收的能量也基本不變，形成一高于某一溫度材料吸收的能量也基本不變，形成一個(gè)上平臺(tái)，稱為個(gè)上平臺(tái)，稱為“高階能高階能”。以高階能對(duì)應(yīng)的溫度為。以高階能對(duì)應(yīng)的溫度為tk，記為，記為FTP。高于。高于FTP的斷裂，將得到的斷裂，將得到100的纖維狀的纖維狀斷口。顯然，這是一種最保守定義斷口。顯然，這是一種最保守定義tk的方法。的方法。第二節(jié) 低溫脆性二、韌脆轉(zhuǎn)化溫度及其評(píng)價(jià)方法二、韌脆轉(zhuǎn)化溫度及其評(píng)價(jià)方法圖3-9 各種韌脆轉(zhuǎn)變溫度判據(jù) 以低階能和高階能平均值對(duì)應(yīng)的溫度定義，并記為以低階能和高階能平均值對(duì)應(yīng)的溫度定義，并記為FTE（fracture transition elastic）。）。以以AKV=15尺磅尺磅(20.3Nm)對(duì)應(yīng)的溫度定義，并記為對(duì)應(yīng)的溫度定義，并記為V15TT。這個(gè)規(guī)定是根據(jù)大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的。實(shí)踐表明，低碳鋼這個(gè)規(guī)定是根據(jù)大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的。實(shí)踐表明，低碳鋼船用鋼板服役時(shí)若沖擊韌性大于船用鋼板服役時(shí)若沖擊韌性大于15尺磅或在尺磅或在V15TT以上工作就以上工作就不致于發(fā)生脆性斷裂。不致于發(fā)生脆性斷裂。第二節(jié) 低溫脆性二、韌脆轉(zhuǎn)化溫度及其評(píng)價(jià)方法二、韌脆轉(zhuǎn)化溫度及其評(píng)價(jià)方法圖3-9 各種韌脆轉(zhuǎn)變溫度判據(jù) 沖擊試樣沖斷后其斷口形貌如圖3-10所示。如同拉伸試驗(yàn)一樣，沖擊試樣斷口也有纖維區(qū)、放射區(qū)(結(jié)晶區(qū))和剪切唇幾部分，但在不同試驗(yàn)溫度下，3個(gè)區(qū)之間的相對(duì)面積是不同的。溫度下降，纖維區(qū)面積突然減少，結(jié)晶區(qū)面積突然增大，材料由韌變脆。通常取結(jié)晶區(qū)面積占整個(gè)斷口面積50時(shí)的溫度為tk，并 記 為 50 FATT（fracture appearance transition temperature）或FATT50、t50。圖3-10 沖擊斷口形貌示意圖 第二節(jié) 低溫脆性二、韌脆轉(zhuǎn)化溫度及其評(píng)價(jià)方法二、韌脆轉(zhuǎn)化溫度及其評(píng)價(jià)方法 50FATT反反映映了了裂裂紋紋擴(kuò)擴(kuò)展展變變化化特特征征，可可以以定定性性地地評(píng)評(píng)定定材材料料在在裂裂紋紋擴(kuò)擴(kuò)展展過(guò)過(guò)程程中中吸吸收收能能量量的的能能力力。實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，50%FATT與與斷斷裂裂韌韌度度KIc開(kāi)開(kāi)始始急急速速降降低低的的溫溫度度有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，故得到廣泛應(yīng)用。有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，故得到廣泛應(yīng)用。韌韌脆脆轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變溫溫度度tk反反映映了了溫溫度度對(duì)對(duì)韌韌脆脆性性的的影影響響，是是安安全全性性指指標(biāo)標(biāo)。tk是是從從韌韌性性角角度度選選材材的的重重要要依依據(jù)據(jù)之之一一，可可用用于于抗抗脆脆斷斷設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)。對(duì)對(duì)于于在在低低溫溫服服役役的的機(jī)機(jī)件件，依依據(jù)據(jù)材材料的料的tk值可以直接或間接地估計(jì)它們的最低使用溫度。值可以直接或間接地估計(jì)它們的最低使用溫度。第二節(jié) 低溫脆性二、韌脆轉(zhuǎn)化溫度及其評(píng)價(jià)方法二、韌脆轉(zhuǎn)化溫度及其評(píng)價(jià)方法1、晶體結(jié)構(gòu)的影響 體心立方金屬及其合金存在低溫脆性，面心立方金屬及其合金一般不存在低溫脆性。體心立方金屬的低溫脆性可能和遲屈服現(xiàn)象有密切關(guān)系。遲屈服是指當(dāng)用高于材料屈服極限的載荷以高加載速度遲屈服是指當(dāng)用高于材料屈服極限的載荷以高加載速度作用于體心立方結(jié)構(gòu)材料時(shí)，瞬間并不屈服，需在該應(yīng)力下作用于體心立方結(jié)構(gòu)材料時(shí)，瞬間并不屈服，需在該應(yīng)力下保持一定時(shí)間后才發(fā)生屈服。保持一定時(shí)間后才發(fā)生屈服。且溫度越低，持續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)，這就為裂紋的發(fā)生和傳播造成有利條件。中、低強(qiáng)度鋼的基體是體心立方結(jié)構(gòu)的鐵素體，故都有明顯的低溫脆性。第二節(jié) 低溫脆性三、影響材料低溫脆性的因素三、影響材料低溫脆性的因素2、化學(xué)成分的影響、化學(xué)成分的影響 間隙溶質(zhì)元素含量增加，高階能下降，韌脆轉(zhuǎn)變溫度間隙溶質(zhì)元素含量增加，高階能下降，韌脆轉(zhuǎn)變溫度提高。這是由于提高。這是由于間隙溶質(zhì)元素間隙溶質(zhì)元素溶入溶入基體金屬基體金屬晶格中，通過(guò)晶格中，通過(guò)與位錯(cuò)的交互作用與位錯(cuò)的交互作用偏聚偏聚于位借線附近形成于位借線附近形成柯氏氣團(tuán)柯氏氣團(tuán)，既增，既增加加i，又使，又使ky增加，致使增加，致使s升高，所以鋼的脆性增大。升高，所以鋼的脆性增大。圖3-11 合金元素對(duì)鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度的影響第二節(jié) 低溫脆性三、影響材料低溫脆性的因素三、影響材料低溫脆性的因素s=i+kyd-1/2Hall-Petch關(guān)系關(guān)系s-屈服屈服強(qiáng)強(qiáng)度度,i-抵抗位抵抗位錯(cuò)錯(cuò)在晶在晶粒中運(yùn)粒中運(yùn)動(dòng)動(dòng)的的 摩擦阻力摩擦阻力,Ky-常常數(shù)數(shù),d-晶粒直徑晶粒直徑 2.化學(xué)成分的影響化學(xué)成分的影響鋼中加入置換型溶質(zhì)元素鋼中加入置換型溶質(zhì)元素(Ni、Mn 例外例外)一般也降低高一般也降低高階能，提高韌脆轉(zhuǎn)變溫度，但這種影響較間隙溶質(zhì)原子小得階能，提高韌脆轉(zhuǎn)變溫度，但這種影響較間隙溶質(zhì)原子小得多。多。雜質(zhì)元素雜質(zhì)元素S、P、Pb、Sn、As等使鋼的韌性下降，這是等使鋼的韌性下降，這是由于它們偏聚于晶界，降低晶界表面能，產(chǎn)生沿晶脆性斷裂，由于它們偏聚于晶界，降低晶界表面能，產(chǎn)生沿晶脆性斷裂，同時(shí)降低脆斷應(yīng)力所致。同時(shí)降低脆斷應(yīng)力所致。第二節(jié) 低溫脆性三、影響材料低溫脆性的因素三、影響材料低溫脆性的因素3、顯微組織的影響、顯微組織的影響 晶粒大小晶粒大小 細(xì)化晶?？墒共牧享g性增加。細(xì)化晶?？墒共牧享g性增加。圖3-12 韌脆轉(zhuǎn)變溫度和鐵素體晶粒直徑的關(guān)系 第二節(jié) 低溫脆性三、影響材料低溫脆性的因素三、影響材料低溫脆性的因素細(xì)化晶粒提高韌性的原因有：晶界是裂紋擴(kuò)展的阻細(xì)化晶粒提高韌性的原因有：晶界是裂紋擴(kuò)展的阻力；晶界前塞積的位錯(cuò)數(shù)減少，有利于降低應(yīng)力集中；力；晶界前塞積的位錯(cuò)數(shù)減少，有利于降低應(yīng)力集中；晶界總面積增加，使晶界上雜質(zhì)濃度減少，避免產(chǎn)生沿晶界總面積增加，使晶界上雜質(zhì)濃度減少，避免產(chǎn)生沿晶脆性斷裂。晶脆性斷裂。3、顯微組織的影響、顯微組織的影響 金相組織金相組織 在較低強(qiáng)度水平，強(qiáng)度相同而組織不同在較低強(qiáng)度水平，強(qiáng)度相同而組織不同的鋼，其沖擊吸收功和韌脆轉(zhuǎn)變溫度以回火索氏體最佳，的鋼，其沖擊吸收功和韌脆轉(zhuǎn)變溫度以回火索氏體最佳，貝氏體回火組織次之，片狀珠光體組織最差。此外，球化貝氏體回火組織次之，片狀珠光體組織最差。此外，球化處理能改善鋼的韌性。處理能改善鋼的韌性。第二節(jié) 低溫脆性三、影響材料低溫脆性的因素三、影響材料低溫脆性的因素索氏體索氏體貝氏體貝氏體珠光體珠光體 鐵素體鐵素體(體心立方體心立方)、奧氏體、奧氏體(面心立方面心立方)和奧氏體鋼和奧氏體鋼 在較高強(qiáng)度水平時(shí)。中、高碳鋼經(jīng)等溫淬火獲得下貝氏在較高強(qiáng)度水平時(shí)。中、高碳鋼經(jīng)等溫淬火獲得下貝氏體組織，其沖擊吸收功和韌脆轉(zhuǎn)變溫度優(yōu)于同強(qiáng)度的淬火馬氏體組織，其沖擊吸收功和韌脆轉(zhuǎn)變溫度優(yōu)于同強(qiáng)度的淬火馬氏體并回火的組織。體并回火的組織。在相同強(qiáng)度水平，典型上貝氏體的韌脆轉(zhuǎn)變溫度高于下貝在相同強(qiáng)度水平，典型上貝氏體的韌脆轉(zhuǎn)變溫度高于下貝氏體的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。但低碳鋼低溫上貝氏體氏體的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。但低碳鋼低溫上貝氏體(B(B1 1)的韌性卻高的韌性卻高于回火馬氏體的韌性，這是由于在低溫上貝氏體中滲碳體沿奧于回火馬氏體的韌性，這是由于在低溫上貝氏體中滲碳體沿奧氏體晶界的析出受到抑制，減少了晶界裂紋所致。氏體晶界的析出受到抑制，減少了晶界裂紋所致。下貝氏體下貝氏體上貝氏體上貝氏體低溫回火馬氏體低溫回火馬氏體在低碳合金鋼中，經(jīng)不完全等溫處理獲得貝氏體和馬氏在低碳合金鋼中，經(jīng)不完全等溫處理獲得貝氏體和馬氏體的混合組織，其韌性比單一馬氏體或單一貝氏體組織體的混合組織，其韌性比單一馬氏體或單一貝氏體組織要好，這是因?yàn)樨愂象w先于馬氏體形成，優(yōu)先將要好，這是因?yàn)樨愂象w先于馬氏體形成，優(yōu)先將奧氏體奧氏體晶粒分割晶粒分割成幾部分，使隨后形成的馬氏體限制在較小范成幾部分，使隨后形成的馬氏體限制在較小范圍內(nèi)，從而獲得了極為圍內(nèi)，從而獲得了極為細(xì)小細(xì)小的混合組織，的混合組織，裂紋裂紋在此種組在此種組織內(nèi)織內(nèi)擴(kuò)展擴(kuò)展要多次改變方向，消耗能量較大，故鋼的要多次改變方向，消耗能量較大，故鋼的韌性韌性較高關(guān)于中碳合金鋼馬氏體貝氏體混合組織的韌性，較高關(guān)于中碳合金鋼馬氏體貝氏體混合組織的韌性，亦視鋼在奧氏體化后的冷卻過(guò)程中貝氏體和馬氏體的形亦視鋼在奧氏體化后的冷卻過(guò)程中貝氏體和馬氏體的形成順序而定，只有貝氏體先于馬氏體形成韌性才可以改成順序而定，只有貝氏體先于馬氏體形成韌性才可以改善善針狀下貝氏體針狀下貝氏體+馬氏體基體馬氏體基體在馬氏體鋼中存在穩(wěn)定殘余奧氏體，可以抑制解理斷在馬氏體鋼中存在穩(wěn)定殘余奧氏體，可以抑制解理斷裂，從而顯著改善鋼的韌性馬氏體鋼中的殘余奧氏裂，從而顯著改善鋼的韌性馬氏體鋼中的殘余奧氏體膜也有類似作用體膜也有類似作用 鋼鋼中中碳碳化化物物及及夾夾雜雜物物等等第第二二相相對(duì)對(duì)鋼鋼的的脆脆性性的的影影響響程程度度取取決決于于第第二二相相質(zhì)質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)的的大大小小、形形狀狀、分分布布、第第二二相相性性質(zhì)質(zhì)及及其其與與基基體體的的結(jié)結(jié)合合力力等等因因素素一一般般第第二二相相尺尺寸寸增增加加，材材料料的的韌韌性性下下降降韌韌脆脆轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化溫溫度度升升高高。第第二二相相的的形形狀狀對(duì)對(duì)材材料料脆脆性性也也有有影影響響，球球狀狀第第二二相相材材料料的的韌韌性性較較好。好。奧氏體奧氏體(面心立方面心立方)和奧氏體鋼和奧氏體鋼鋼的幾個(gè)脆性溫度區(qū)第二節(jié) 低溫脆性三、影響材料低溫脆性的因素三、影響材料低溫脆性的因素 碳碳鋼鋼和某些合金和某些合金鋼鋼在沖在沖擊載擊載荷或靜荷或靜載載荷作用下，荷作用下，在一定溫度范在一定溫度范圍圍內(nèi)出內(nèi)出現(xiàn)現(xiàn)脆性。因脆性。因?yàn)闉樵谠谠撛摐囟确稖囟确秶鷩鷥?nèi)加內(nèi)加熱鋼時(shí)熱鋼時(shí)，表面表面氧化色氧化色為藍(lán)為藍(lán)色，色，故此故此現(xiàn)現(xiàn)象稱象稱為為藍(lán)藍(lán)脆，脆，但但二者的二者的藍(lán)藍(lán)脆溫度范脆溫度范圍圍不同。在靜拉伸不同。在靜拉伸時(shí)時(shí)，藍(lán)藍(lán)脆的溫度脆的溫度范范圍為圍為230370；在沖；在沖擊載擊載荷作用下，荷作用下，藍(lán)藍(lán)脆最脆最嚴(yán)嚴(yán)重重的溫度范的溫度范圍為圍為525550。4、溫度的影響、溫度的影響 藍(lán)脆是形變時(shí)效加速進(jìn)行的結(jié)果，當(dāng)溫度升至某一藍(lán)脆是形變時(shí)效加速進(jìn)行的結(jié)果，當(dāng)溫度升至某一適當(dāng)溫度時(shí)，適當(dāng)溫度時(shí)，碳、氮碳、氮原子原子擴(kuò)散擴(kuò)散速率加快，易于在位錯(cuò)速率加快，易于在位錯(cuò)附近偏聚形成柯氏氣團(tuán)。顯然，若這一過(guò)程的形成速附近偏聚形成柯氏氣團(tuán)。顯然，若這一過(guò)程的形成速率高于塑性變形速率，則在塑性變形過(guò)程中產(chǎn)生時(shí)效，率高于塑性變形速率，則在塑性變形過(guò)程中產(chǎn)生時(shí)效，使材料強(qiáng)度提高，塑性下降；反之，則材料的塑性提使材料強(qiáng)度提高，塑性下降；反之，則材料的塑性提高。高。在沖擊載荷作用下，形變速率較高，碳、氮原子需在沖擊載荷作用下，形變速率較高，碳、氮原子需要在較高溫度下才能獲得足夠的擴(kuò)散激活能，以形成要在較高溫度下才能獲得足夠的擴(kuò)散激活能，以形成柯氏氣團(tuán)，故藍(lán)脆溫度升高?？率蠚鈭F(tuán)，故藍(lán)脆溫度升高。第二節(jié) 低溫脆性三、影響材料低溫脆性的因素三、影響材料低溫脆性的因素4、溫度的影響、溫度的影響5、加載速率的影響、加載速率的影響 提高加載速率如同降低溫度，使材料脆性增大，韌提高加載速率如同降低溫度，使材料脆性增大，韌脆轉(zhuǎn)變溫度提高。脆轉(zhuǎn)變溫度提高。加載速率對(duì)鋼脆性的影響與鋼的強(qiáng)度水平有關(guān)。一加載速率對(duì)鋼脆性的影響與鋼的強(qiáng)度水平有關(guān)。一般，中、低強(qiáng)度鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度對(duì)加載速率比較敏感，般，中、低強(qiáng)度鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度對(duì)加載速率比較敏感，而高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度對(duì)加載速率的而高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度對(duì)加載速率的敏感性較小。敏感性較小。第二節(jié) 低溫脆性三、影響材料低溫脆性的因素三、影響材料低溫脆性的因素6、試樣形狀和尺寸的影響、試樣形狀和尺寸的影響 缺口曲率半徑越小，缺口曲率半徑越小，tk越高，因此，越高，因此，V型缺口試樣型缺口試樣的的tk高于高于U型試樣型試樣tk。當(dāng)不改變?nèi)笨诔叽缍辉黾釉嚇訉挾龋ɑ蚝穸龋r(shí)，當(dāng)不改變?nèi)笨诔叽缍辉黾釉嚇訉挾龋ɑ蚝穸龋r(shí)，tk升高。若試樣各部分尺寸按比例增加時(shí)，升高。若試樣各部分尺寸按比例增加時(shí)，tk也升高。也升高。這是由于試樣尺寸增加時(shí)應(yīng)力狀態(tài)變硬，且缺陷幾率這是由于試樣尺寸增加時(shí)應(yīng)力狀態(tài)變硬，且缺陷幾率增大，故脆性增大。增大，故脆性增大。第二節(jié) 低溫脆性三、影響材料低溫脆性的因素三、影響材料低溫脆性的因素