金属材料的冲击韧性分析的简单认识

1、金属材料的冲击韧性分析的简单认识众所周知，金属材料制造的产品等已成为我们日常生活中必不可少的一部分， 而且在大部分工程项目中也有十分广泛的应用。因此，金属材料的应用对人类历 史文明进程有着不容忽视的贡献。由于金属材料的用途广泛，它们所处的环境温 度也不可能相同，而不同的温度条件下，金属所表现出来的力学性能也不尽相同。 在低温环境下，金属的强度指标增加，韧性和塑性指标下降的情况称为“冷脆”。 随着国家对西部地区的开发以及振兴东北老工业基地项目的开展，许多的工程项 目在我国东北，西北以及西藏偏远地区进行，冬天这些地区温度相当低且持续时 间较长，在这样的低温环境下服役着主要由结构钢制造的天然气输油管

2、道，矿山 的采掘和运输设备等设施。为此，生产制造这些设备结构件所用金属材料除了要 满足常温下的机械性能，物理性能，化学性能，加工性能外，材料在低温条件下 的力学性能更是我们所要考虑的必要因素。大量的研究结果表明，在低温环境与 常温环境下金属所表现出的力学性能是不同的。几乎所有的金属在低温环境中， 强度与硬度会有一定程度的提高，但是韧性会产生不同幅度的下降。韧性下降， 材料发生脆断的可能性增大，往往引起材料无明显征兆的失效，产生的危害极大。 在恶劣的低温环境中，钢材及其构件材料韧性下降，可能会使得设备不能满足其 正常服役的要求而发生脆性断裂的破坏，进而导致一些突发性的灾难后果。因此， 测定韧脆转

3、变温度是至关重要的，不仅可以用其确定金属材料发生脆化的可能性 大小，而且也能作为选用金属材料的重要依据。金属材料韧脆转变温度越低，反 映发生脆性断裂的可能性越小，在低温情况工作时的潜在危害越小。在工程中， 标准夏比V型缺口冲击试验是最常用的一种的方法，在不同温度下对同一类型 的冲击试样进行冲击试验，然后绘制曲线，横坐标表示不同的试验温度，纵坐标 是其对应的试验结果并以此测定韧脆转变温度，评定韧脆转变温度有以下三种方 法，如表1.1所示。表1.1韧脆转变温度评定方法方法曲线判据标准表示名称能量准则冲击吸收功一温度曲线冲击吸收能量达到某一特定值或ETT上平台某一百分数对应温度n变形特征准则侧膨胀值

4、一温度曲线某一侧膨胀值对应温度LETT断口形貌准则纤维断面率一温度曲线某一纤维断面率对应温度FATT由于断口形貌准则法操作简便，影响因素较少，是应用最为广泛的方法。为 了观察和分析冲击断口形貌，首先要制备标准的冲击试样，按照缺口的类型，冲 击试样分为V型和U型两种，随着国内工业技术的发展，很多行业越来越倾向 于选择V型缺口冲击试样，进行冲击试验。标准的V型缺口冲击试样尺寸为 10mmx10mmx55mm，在试料不够制备标准试样时，可选择制备小尺寸试样。冲击V型缺口试样的尺寸参数列于表1.2所示。表1.2冲击V型缺口试样尺寸参数标准冲击试样小尺寸试样试样长度/mm550.60550.60试样高度

5、/mm100.075100.0757.50.11试样宽度/mm100.1150.062.50.04缺口角度/452452缺口底部高度/mm80.07580.075为得到冲击试样断口，需要对冲击试样做夏比冲击试验，其是由法国工程师 夏比提出的，用于评定在冲击力作用下材料韧性的试验方法。夏比V型缺口冲 击试验原理示意图如图1.1所示。图1.1金属夏比V型冲击试验原理示意图冲击试验原理就是把按规定标准制备的冲击试样，放在冲击试验机的试样支 座上，使其保持简支梁的状态，将规定高度摆锤放下，对冲击试样进行一次性打 击。由于冲击试验操作简单用时短，且制备试样方便，材料的内部组织结构、冶 金缺陷对试验所得的数据有比较明显的影响，因此冲击试验是评价金属冲击韧性 应用最普遍的一种传统力学性能试验。冲击试样断口，顾名思义就是冲击试样冲断后的断裂表面及临近表面的区域 断口形貌分为宏观形貌和微观形态，由于测定断口纤维断面率的方法和断口的宏 观形貌有关，故主要介绍冲击试样断口的宏观形貌，微观形态不再介绍。冲击试 样断口的宏观形貌一般