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文档简介

第四节带缺口或裂纹体的力学行为,、缺口效应,缺口的存在会造成材料的应力集中,降低材料的韧性。截面急剧变化均可视作缺口,如机件的轴肩、螺纹、油孔、倒角、退刀槽及焊缝等。,1、应力集中,集中应力的大小决定于缺口的几何参数(形状、深度、角度及根部曲率半径等)。缺口越尖,集中应力越大。,应力集中系数Kt=max/,2、造成两向或三向应力,3.屈服强度提高、塑性降低,max=z-x=s,二、缺口敏感性,为了评价材料对缺口的敏感程度,在光滑拉伸试样的基础上开一个缺口进行拉伸试验。用缺口试样的抗拉强度bn与光滑试样的抗拉强度b之比作为材料的缺口敏感性指标,称为缺口敏感性,用NSR表示。NSR=bn/b,NSR越大,缺口敏感性越小。脆性材料的NSR总是小于1,而塑性材料的NSR一般都大于1。,缺口拉伸试样,三、缺口试样的冲击试验,冲击试验过程示意图,冲击试样,1、冲击试验,(1)加载速率大具有能量性质(冲击能转换为机件内的弹性能)。,(2)应变速率对金属的弹性行为及弹性模量没有影响。,(3)塑性、韧性与应变速率没有单值关系,即随应变速率增加,塑性、韧性可能降低也可能提高,但多数是降低的。,2、冲击韧性(冲击值),定义:金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。,原理:试样被冲断过程中吸收的能量即冲击吸收功(Ak)等于摆锤冲击试样前后的势能差。,计算公式:Ak=GHGh=G(H-h)冲击韧度=AK/FN(公斤力米/厘米2)式中:AK冲击功(试样断裂前吸收的能量);FN缺口处截面积G摆锤重量(Kg);Hh冲断试样前后摆锤的高度差(cm),3、低温脆性,当试验温度低于某一温度tk时,材料由韧性状态变为脆性状态,冲击功明显下降的现象称为低温脆性。tk称为冷脆转变温度。,低温下使用的机件要求具有更高的韧性和低的冷脆转变温度。,影响tk的因素:,(1)晶体结构体心立方及某些密排六方金属表现有低温脆性。面心立方及大部分密排六方金属在很宽的温度范围内冲击功都很高,基本不存在低温脆性。,(2)成分含碳量:随含碳量增加,冲击功上平台下移,脆性转变温度向高温推移,转变温度区间变宽。,(3)晶粒尺寸细化晶粒降低脆性转变温度。,(4)显微组织钢中各种组织按tk由高到低的顺序依次为:P上BF下B回火M.,四、断裂韧性,一个有裂纹的机件(试样)上的拉力逐渐加大,或裂纹逐渐扩展时,裂纹尖端的应力场强度因子K(表示应力场的强弱程度)也随之逐渐增大,当K达到临界值时,机件中的裂纹将产生突然的失稳扩张,这个应力场强度因子K的临界值,称为临界应力场强度因子,也就是材料的断裂韧性。如果裂纹尖端处于平面应变状态,则断裂韧性的数值最低,称之为平面应变断裂韧性,用K

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