金属的力学性能-韧性（航空材料）

定义：材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧性

测定方法：弯曲冲击试验标准试样：10×10×55mm

V型缺口或U型缺口图1摆锤式冲击试验机一、冲击韧性1）将带有缺口的标准试样安装在试验机的支座上，注意使试样缺口背向摆锤的冲击方向；2）将具有一定重力G的摆锤举至一定高度H1；3）使摆锤自由落下，冲断试样，并向反方向升起一定高度H2；图2试样摆放位置示意图（试样吸收的能量不同，摆锤所能达到的高度不同。韧性越好的材料，断裂时吸收的能量越大，摆锤达到的高度越小）试样被冲断所吸收的能量即是摆锤冲击试样所做的功，称为冲击吸收功以Ak表示。Ak=G(H1-H2)（可由刻度盘直接读出）材料的冲击韧性值ak以试件缺口处单位截面面积的能量表示，即ak=Ak/A

(kg·m/cm2)。式中A表示试件缺口处的横截面面积能量守恒原理：试样被冲断过程中吸收的能量等于摆锤冲击试样前后的势能差ak值越大，材料的韧性越大

ak值低的材料为脆性材料，ak值大的材料为塑性材料

材料的ak值不仅与材料的成分和组织有关，而且与试件形状、尺寸及试验温度等因素密切相关，所以不同试验条件下测得的值无法进行比较冷脆：随温度下降，ak值降低，在某一温度范围内ak值急剧降低，称为冷脆现象工程上很多承受冲击载荷的零件，很少因为一次大能量冲击而破坏，而是要经过千百万次小能量多次冲击才发生断裂。为此提出以小能量多次冲击试验来测定材料的抗冲击性能，即测定材料的冲击循环次数N与冲击能量Ak之间的关系曲线，把它作为选用材料的依据1943年1月，美国一艘T-2油轮停泊在装货码头时，发生突然断裂成两截的惨祸；断裂时船体承受的应力仅为68.6MPa；船体钢材的强度极限300MPa～400MPa；材料的屈服强度245MPa。一、断裂韧性脆断最危险的断裂不产生明显的塑性变形应力集中、疲劳、腐蚀材料存在缺陷冶金、加工、工作来源裂纹扩展达到临界尺寸低应力脆断在应力的作用下，结构件中原有缺陷形成的裂纹发生失稳扩展而引起的断裂韧性：材料内部抵抗裂纹失稳扩展的能力判断裂纹扩展难易的指标图1裂纹表面三种位移形式(a)张开型裂纹；(b)滑开型裂纹；(c)撕开型裂纹裂纹扩展的方式有三种：张开型、滑开型和撕开型张开型最危险最常见的形式含有裂纹的构件，σ裂纹尖端附近区域

≧σ平均决定裂纹是否发生失稳扩展应力强度因子：为研究裂纹尖端附近区域的应力情况，引进了一个表示裂纹尖端附近区域应力场强度的因子。对于无限大厚板的中央穿透I型裂纹（张开型裂纹）的应力强度因子KⅠ=σ（πa）1/2a——裂纹长度的一半σ——外加应力随σ增加，KⅠ增加到σc，裂纹突然失稳扩展，发生脆性断裂，对应的KⅠc为临界应力强度因子，即材料的断裂韧性KⅠ：衡量裂纹尖端应力场强弱的物理量，与外载荷大小、构件和裂纹的形状和尺寸有关，并不是材料的力学性能指标。KⅠc：断裂韧性，只与材料有关，反映材料抵抗脆性断裂的能力的物理量。对一定材料，断裂韧性KⅠc是常数，KⅠc高的材料对裂纹扩展的抗力高，裂纹不易扩展，零件不易发生脆性破坏。一般来讲，KⅠc与σc、σb的变化相反，而和塑性、冲击韧性的变化一致。KⅠc=σc（πa）1/21、断裂韧性KⅠc的大小与材料内部有没有裂纹或是裂纹大小有没有关系？2、同种材料做的尺寸形状相同的零件，第一种a=0，第二种a=1，第三种a=2，把这三种材料拉断所需要的应力是不是一样的？思考：a图2断裂强度与裂纹深度的关系曲线示意图为了研究裂纹对材料断裂强度的影响，把刻有不同深度刻痕的试件进行拉伸试验，画出如图2所示的裂纹深度a与实际断裂强度的关系曲线，且有公式K=σc成立。断裂韧性的特点：

（1）在加载速度和温度一定的条件下，对某种材料而言它是一个常数；

（2）当a一定时，材料的断裂韧性值愈大，其裂纹失稳扩展所需的临界应