材料力学第3章

材料力学性能第一章金属在单向静拉伸载荷下的力学性能第二章金属在其他静载荷下的力学性能第三章金属在冲击载荷下的力学性能冲击载荷加载时间短，加载速率高；有时利用，有时尽量避免或减小。载荷作用效果大，所以必须考虑材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力，即冲击韧性。第一节冲击载荷下金属变形和断裂特点第二节冲击弯曲和冲击韧性第三节低温脆性

第四节影响冲击韧性和韧脆转变温度的因素

第三章金属在冲击载荷下的力学性能

学习目标：重点：冲击试验方法，低温脆性了解金属在冲击载荷下的力学性能。掌握冲击试验方法，了解金属的低温脆性，掌握低温脆性的测试方法了解影响冲击韧性和韧脆转折温度的因素。第一节冲击载荷下金属变形和断裂

当时，金属力学性能将发生明显变化。

一、基本概念相对形变速率：静拉伸试验：冲击试验：加载速率 形变速率二、冲击载荷下金属变形和断裂的特点

冲击载荷下，应变速率对金属材料的弹性行为及弹性模量没有影响。冲击载荷限制了塑性变形的发展，导致屈服强度、抗拉强度提高。塑性和韧性随应变率增加而变化的特征与断裂方式有关。正断：断裂应力变化不大，塑性下降。切断：断裂应力上升，塑性不变或提高。材料塑性和应变率之间无单值对应关系。01020304040080012001600纯铁的应力-应变曲线121—冲击载荷2—静载荷第二节冲击弯曲和冲击韧性

二、缺口试样冲击试验原理一、冲击韧性的涵义材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。常用标准试样的冲击吸收功AK表示。冲击吸收功：冲击实验机视频三、讨论

AK相同的材料，其断裂功并不一定相同。断裂功的大小决定了断裂类型。AK能否真正反映材料的韧脆程度？不能AK并不能代表试样断裂前吸收的总能量。AK＝试样变形断裂吸收的能量+试样掷出功+机身振动功＋空气阻力+……；

AK相同的材料，其韧性不一定相同；四、冲击断口冲击断口由纤维区、放射区、剪切唇三个区组成。如果试验材料具有一定的韧性，可形成两个纤维区。1-裂纹源2-脚跟型纤维区3-放射区4-二次纤维区5-缺口6-剪切唇一组冲击试样的断口照片新标准GB/T229－2007旧标准GB/T229－1994名称符号名称符号冲击吸收能量K冲击吸收功AKU型缺口试样在2mm锤刃下的冲击吸收能量KU2U型缺口冲击吸收功(2mm锤刃)AKUU型缺口试样在8mm锤刃下的冲击吸收能量KU8V型缺口试样在2mm锤刃下的冲击吸收能量KV2V型缺口冲击吸收功(2mm锤刃)AKVV型缺口试样在2mm锤刃下的冲击吸收能量KV8转变温度Tt韧脆转变温度TC

评定原材料的冶金质量及热加工后的产品质量。揭示冶金缺陷，检查锻造或热处理缺陷。根据系列冲击试验（低温冲击试验），可得Ak与温度关系曲线，测定材料的韧脆转变温度，据此可以评定材料的低温脆性倾向。五、冲击试验的应用优点：对材料组织十分敏感，且试验简便易行第三节低温脆性

冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型变为穿晶解理型，断口特征由纤维状变为结晶状，这即低温脆性。一、低温脆性现象韧性状态脆性状态当韧脆转变温度，亦称冷脆转变温度。系列温度冲击试验

韧性阶段冲击波动阶段脆性阶段冲击韧性与温度的关系温度冲击功二、低温脆性例子Titanic的沉没

左面的试样取自海底的Titanic号，右面的是近代船用钢板的冲击试样。

泰坦尼克号钢板和现代钢板的实际冲击结果示于下图。在－2℃的海水中，泰坦尼克号钢板纵、横向试验中吸收能仅有4焦耳。同样温度下，现代钢板纵向试验中吸收能为325焦耳，横向试验中吸收能为100焦耳。

下图是建造中的Titanic号。Gannon的文章指出，在水线上下都由10张30英尺长的高含硫量脆性钢板焊接成300英尺的船体。船体上可见长长的焊缝。船在冰水中撞击冰山而裂开时，脆性的焊缝无异于一条300英尺长的大拉链，使船体产生很长的裂纹，海水大量涌入使船迅速沉没。三、韧脆转变的物理本质

屈服强度断裂强度当当先屈服再断裂，韧性断裂先达到断裂强度，脆性断裂四、韧脆转变温度的评定

1、能量准则

以低阶能开始上升的温度定义为tk，记为NDT，称无塑性或零塑性转变温度。在NDT以下，断口由100%结晶区组成。以高阶能对应的温度定义为tk，记为FTP。在FTP以上，100%纤维状断口。以低阶能和高阶能的平均值对应的温度定义tk，记为FTE。2、断口形貌法则

温度下降，纤维区面积突然减小，结晶区面积突然