材料性能学课件：冲击及低温脆性 -

材料性能学PropertiesofMaterials

材料的冲击韧性及低温脆性

6.1冲击韧性Impacttoughness第6章

材料的冲击韧性及低温脆性

*36.2低温脆性Lowtemperaturebrittleness

*4掌握：1．测定W18Cr4V高速钢、20钢、灰铸铁、陶瓷材料、聚乙烯板的冲击韧性，要开缺口的是

，不需开缺口的是

。2．同一材料分别采用拉伸和扭转试验方法，测得的tk较低的是

；若试样分别制成光滑试样和缺口试样，都采用拉伸试验，测得的tk较低的是

。

*56.1冲击韧性Impacttoughness冲击载荷：

启动、停止→载荷瞬间急剧变化。

*61.原理

摆锤式冲击试验机摆锤初始高度H，冲断试样后高度h，试样变形和断裂吸收的冲击功为：

GH-Gh，以AK(J)表示。一、冲击弯曲试验金属的冲击韧性试验*7冲击韧性CM管现场落锤测试HFCM管落锤冲击实验宝硕PVC-M管快速冲击试验*82.试样：高脆性材料（陶瓷、铸铁、工具钢）无缺口试样。与预制的裂纹相比？如何选？缺口试样：U型，V型Charpy试样。塑韧性较好的材料。*9冲击弯曲试验方法：简支梁冲击金属材料悬臂梁冲击高分子材料*10表盘式简支梁冲击试验机液晶显示简支梁冲击试验机*11材料常规力学性能五大力学性能指标σs、σb、δ、ψ和Ak

二、冲击韧性及其意义*12冲击韧度Impacttoughness

：二、冲击韧性及其意义②曾经长期用来表示材料抵抗冲击载荷的力学性能指标，评定材料的韧脆程度，作为安全设计指标。ak:

①表示单位面积的平均冲击功值，是一数学平均量。FN---缺口处截面积(cm2).*13冲击功Ak==塑变/断裂功+空气阻力+机身振动+轴承摩擦+试样飞出功Ak

是否全部用于塑变/断裂？*14③Ak不是沿缺口最小截面均匀地消耗。缺口前端应力应变集中，塑变、断裂功主要在缺口附近。Ak

主要消耗在哪里？④冲击功Ak：不真正代表材料的韧性程度。可表示材料变脆倾向。*15（ak）AK：代表指定温度下，材料在缺口和冲击载荷共同作用下的脆化趋势和程度；主要是缺口引起了材料脆化，冲击是次要作用，代表缺口冲击韧性；定性参考。*16KIc与冲击韧性ak：*17三、冲击试验的应用：AK：对材料成分，组织变化十分敏感，测试方法简单。①测AK+

断口分析→→→检查冶金及热处理缺陷。（气孔、夹渣、偏析、过热、过烧、回火脆性）柴油机连杆：图纸规定45钢，调质，ak≥78J/cm2；只要材质、成分，锻造，热处理工艺符合要求，即可达到ak

，否则说明材质or工艺有问题。ak是针对治金质量而言，球铁的ak仅有15J/cm2，但也可满足连杆作用要求。*18③测韧脆转变温度：AK—温度T曲线

②AK衡量材料对大能量冲击破坏的缺口敏感性，

特殊服役条件下的零件

（弹壳、装甲板、石油射孔杆等）。6.2低温脆性

lowtemperaturebrittleness

冷脆是重大事故的“凶手”“泰坦尼克号”

邮轮沉没之谜，1912.4.操作失误。船体设计有致命弱点，没有考虑到在冰冷的海水里船壳会变脆，没有使用韧度更好的钢。*191912年英国豪华客轮泰坦尼克号沉没原因？？材料？钢的强度高，韧性低，脆性大。低温脆性（冷脆性），-40℃~0℃。现代钢材冷脆温度-70℃~-60℃。为增加钢的强度，

添加大量硫化物，大大增加钢的脆性。铆钉里大量脆性玻璃状渣粒，变脆。20*Titanic残骸1938年3月14日清晨，比利时的哈什尔特大铁桥在严寒中突然一声巨响，断为3截跌入河中。1940年1月19日，比利时的海伦尔斯的钢铁大桥在—14℃的严寒中突然断成两截。1954年冬天，英国“世界协和号”的大型油轮在低温中断裂沉没。*21“挑战者号”航天飞机失事1986年1月28日早晨，美国“挑战者号”航天飞机升空73秒后爆炸；七名航天员同时遇难。挑战者号航天飞机失事*236.2低温脆性

lowtemperaturebrittleness

一、低温脆性1、试验方法：

系列冲击实验，测出一系列温度下（低温、室温、高温）的冲击值AK(aK)

。全自动低温冲击试验机AK—温度T曲线*242、特点①中等韧性材料（中、低强度钢，bcc、某些hcp，P+F两相钢）：tk:韧脆（冷脆）转变温度（σs对t、ε十分敏感）当t<tk→低温脆性。*25②高韧性fcc金属与合金：(Cu、Al)一般无低温脆性（σs对t、ε不敏感）③超高强度钢：韧脆转变不明显（都是脆性的）*26

二、韧脆转化温度及其评价韧性：材料塑变和断裂全过程吸收能量的能力，与强度和塑性综合作用有关。能量、强度、塑性都可表示韧性：求tk的方法有：①能量法：冲击功Ak-t曲线；②断口形貌法：

ductilebrittletransitiontemperature

*27（三）tk的应用：tk、δ、ψ、Ak、NSR→→→安全性能指标。1、不能直接设计构件的承载能力和截面尺寸；2、估计构件的最低使用温度，to=tk+20～60℃影响同一材料的tk因素：定义方法/试样尺寸/缺口形状/加载速率。*28三、影响低温脆性的因素1、晶体结构：2、化学成分3、显微组织4、温度5、加载速率6、试样形状和尺寸内因:外因:*291、晶体结构：bcc、某些hcp金属低温脆性明显，fcc不明显。σc与σs随温度的变化不同。σc：裂纹失稳扩展的临界应力。裂纹扩展与温度关系不大，σc随温度变化小。*30σs:fcc金属：σs随t变化很小，→→冷脆不明显。bcc金属：(τP-N)σs随t变化快。t>tk：屈服→断裂→韧断；

t<tk：达到σc→脆断。*311．测定W18Cr4V高速钢、20钢、