材料力学性能第三章精选文档.ppt

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1、材料力学性能第三章本讲稿第一页，共六十页n本章的意义：本章的意义：n生产中很多机件和工具受冲击载荷作用，为了评定材生产中很多机件和工具受冲击载荷作用，为了评定材料承受冲击载荷的能力，揭示材料在冲击载荷作用下料承受冲击载荷的能力，揭示材料在冲击载荷作用下的力学行为，就需要进行相应的力学性能试验。的力学行为，就需要进行相应的力学性能试验。n在低温环境下使用的构件，其用材在低温下发生脆断的在低温环境下使用的构件，其用材在低温下发生脆断的情况是必须要严格关注的，因此需要进行系列冲击试验。情况是必须要严格关注的，因此需要进行系列冲击试验。n 本章的内容：本章的内容：介绍材料在冲击载荷下的力学行为和性能介

2、绍材料在冲击载荷下的力学行为和性能特点以及材料的低温脆性。特点以及材料的低温脆性。第三章 材料的冲击韧性及低温脆性本讲稿第二页，共六十页第一节第一节 冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性变形速率：变形速率：=dl/dt，l是试样长度，是试样长度，t是时间是时间应变速率：应变速率：一、加载速率和应变速率一、加载速率和应变速率 加载速率提高，应变速率也随之增加。加载速率提高，应变速率也随之增加。静拉伸的应变速率在静拉伸的应变速率在10-510-2S-1,当应变速率大于当应变速率大于10-2S-1，材料的力学性能将发生显著的变化。，材料的力学性能将发生显著的变化。本讲稿第三页，共六十页第一节

3、第一节 冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性n冲击载荷下材料变形和断裂的特点冲击载荷下材料变形和断裂的特点弹性变形阶段：弹性变形阶段：应变速率对材料的弹性行为及弹性模量没应变速率对材料的弹性行为及弹性模量没有影响。有影响。塑性变形阶段：塑性变形阶段：塑性变形来不及充分进行，且不均匀。塑性变形来不及充分进行，且不均匀。表现为弹性极限、屈服强度的提高。表现为弹性极限、屈服强度的提高。下屈服点下屈服点低碳钢低碳钢本讲稿第四页，共六十页第一节第一节 冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性应变速率对铝扭转应力应变速率对铝扭转应力应变曲线的影响应变曲线的影响本讲稿第五页，共六十页第一节第一节

4、 冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性冲击载荷下塑性变形抗力提高的原因：冲击载荷下塑性变形抗力提高的原因：a)位错运动速率增加，使派纳力增大，产生附加位错运动速率增加，使派纳力增大，产生附加强化。强化。b)迅速增加位错密度和滑移系数目，出现孪晶，减迅速增加位错密度和滑移系数目，出现孪晶，减小位错运动自由行程的平均长度，增加点缺陷浓小位错运动自由行程的平均长度，增加点缺陷浓度。度。c)塑性变形集中在局部区域，较之静载条件极不塑性变形集中在局部区域，较之静载条件极不均匀。均匀。本讲稿第六页，共六十页第一节第一节 冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性应变速率提高，材料塑性必定下降？应

5、变速率提高，材料塑性必定下降？材料以正断方式断裂，塑性随应变速率的增加而材料以正断方式断裂，塑性随应变速率的增加而减小。减小。材料以切断方式断裂，塑性可能不变，也可能材料以切断方式断裂，塑性可能不变，也可能提高。提高。本讲稿第七页，共六十页第一节第一节 冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性应变速率对应变速率对18Ni马氏体时效钢的强度和塑性的影响马氏体时效钢的强度和塑性的影响(a)屈服强度和抗拉强度屈服强度和抗拉强度 (b)断面收缩率断面收缩率本讲稿第八页，共六十页第一节第一节 冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性应变速率对淬火回火应变速率对淬火回火35CrNiMoV钢的强度和

6、塑性的影响钢的强度和塑性的影响(a)屈服强度和抗拉强度屈服强度和抗拉强度 (b)延伸率和断面收缩率延伸率和断面收缩率本讲稿第九页，共六十页二、冲击弯曲试验二、冲击弯曲试验(GB229-84,GB2106-80)1 试验特点：试验特点：冲击载荷冲击载荷 作用力在极短时间（微作用力在极短时间（微秒）内有很大变化幅度，秒）内有很大变化幅度，缺口试样缺口试样（有缺口效（有缺口效应），应），低温低温，都是致脆因素下测定试样的冲击，都是致脆因素下测定试样的冲击功。功。2 加载方式：加载方式：利用摆锤的势能，如下图所示，测量利用摆锤的势能，如下图所示，测量试样变形和断裂所吸收的功称为冲击吸收功。用试样变形和

7、断裂所吸收的功称为冲击吸收功。用AK表示，表示，AKmg（H1-H2），单位为焦耳），单位为焦耳J。第一节第一节 冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性本讲稿第十页，共六十页第一节第一节 冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性本讲稿第十一页，共六十页本讲稿第十二页，共六十页第一节第一节 冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性 试样开缺口的目的：试样开缺口的目的：在缺口附近造成应力集中，使塑性变形局限在在缺口附近造成应力集中，使塑性变形局限在缺口附件不大的体积范围内，保证试样一次就缺口附件不大的体积范围内，保证试样一次就被冲断且使断裂发生在缺口处。被冲断且使断裂发生在缺口处。本

8、讲稿第十三页，共六十页第一节第一节 冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性冲击试样尺寸及加工要求冲击试样尺寸及加工要求3 试样形状试样形状：V型和型和U型缺口试样，形状和尺寸如图型缺口试样，形状和尺寸如图所示。测量陶瓷、铸铁或工具钢等脆性材料的冲击所示。测量陶瓷、铸铁或工具钢等脆性材料的冲击功时常采用功时常采用10mm10mm55mm的无缺口试样。的无缺口试样。本讲稿第十四页，共六十页第一节第一节 冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性 4 4 试验结果试验结果：试验机直接得到的结果为冲：试验机直接得到的结果为冲击功击功A AKVKV（A AKUKU），用缺口处的截面积），用缺口处

9、的截面积S S去除以冲去除以冲击功便得到冲击韧度击功便得到冲击韧度KVKV和和KUKU，即，即 ,单位为单位为J/cmJ/cm2 2。本讲稿第十五页，共六十页第一节第一节 冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性 注意：注意：（1 1）KVKV和和KUKU不能进行对比；不能进行对比；（2 2）截面不同不可比；）截面不同不可比；（3 3）试验机不同不可比。）试验机不同不可比。5 5 低温的施加方法低温的施加方法：液氮酒精：液氮酒精 （注意冻伤）（注意冻伤）本讲稿第十六页，共六十页第一节第一节 冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性 冲击功（冲击弹性功塑性功撕裂冲击功（冲击弹性功塑性功撕

10、裂 功）空气阻力机身振动轴承与测量功）空气阻力机身振动轴承与测量 机构的摩擦试样的飞出等。机构的摩擦试样的飞出等。冲击韧度只是一种混合的韧性指标，在冲击韧度只是一种混合的韧性指标，在设计中不能定量使用。设计中不能定量使用。本讲稿第十七页，共六十页第一节第一节 冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性 表示材料韧度的性能指标共有三个：表示材料韧度的性能指标共有三个：冲击冲击韧度韧度（第三章）、（第三章）、断裂韧度断裂韧度（第四章）、（第四章）、静力静力韧度韧度（第一章）分别用来评价材料在（第一章）分别用来评价材料在冲击载冲击载荷荷、有裂纹的情况下有裂纹的情况下静载荷、静载荷、静拉伸载荷静拉伸

11、载荷条件条件下材料的韧度。下材料的韧度。三、冲击韧度的工程意义三、冲击韧度的工程意义本讲稿第十八页，共六十页第一节第一节 冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性 静力韧度静力韧度材料在静拉伸时单位体积材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫作静力韧材料从变形到断裂所消耗的功叫作静力韧度。应力应变曲线下所包围的面积减去弹度。应力应变曲线下所包围的面积减去弹性能表示。数学表达式可通过真应力应变曲性能表示。数学表达式可通过真应力应变曲线求得线求得 S SK K断裂时的真应力；断裂时的真应力；e eK K断裂时的真应变断裂时的真应变本讲稿第十九页，共六十页第一节第一节 冲击弯曲试验与冲

12、击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性 冲击韧性的意义冲击韧性的意义：冲击韧度（冲击值：冲击韧度（冲击值KVKV和和KUKU）是一个综合性的力学性能指标，与材料的强度和是一个综合性的力学性能指标，与材料的强度和塑性有关。可检验材料的冶金质量、冷脆倾向、塑性有关。可检验材料的冶金质量、冷脆倾向、缺口敏感性。缺口敏感性。本讲稿第二十页，共六十页第一节第一节 冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性韧性材料的冲击试样断口韧性材料的冲击试样断口裂纹源裂纹源缺口冲击试样的载荷挠度图缺口冲击试样的载荷挠度图Ac：弹性变形功；：弹性变形功；Ap：塑性变形、变形强化和裂纹形成等：塑性变形、变形强化和裂纹形成等过程吸

13、收的功；过程吸收的功；Ad：裂纹扩展功：裂纹扩展功PF本讲稿第二十一页，共六十页第一节第一节 冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性三种典型的冲击载荷位移曲线三种典型的冲击载荷位移曲线强度高、塑性低、无裂纹扩展功部分，说明这种材料裂纹难以形成，强度高、塑性低、无裂纹扩展功部分，说明这种材料裂纹难以形成，但裂纹却极易失稳扩展但裂纹却极易失稳扩展强度较高，裂纹较难形成，且具有一定的抵抗裂纹扩展的能力强度较高，裂纹较难形成，且具有一定的抵抗裂纹扩展的能力强度低并具有较大的抵御裂纹扩展的能力强度低并具有较大的抵御裂纹扩展的能力本讲稿第二十二页，共六十页第一节第一节 冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲

14、试验与冲击韧性四、多次冲击实验四、多次冲击实验当冲击次数当冲击次数N105时，属典型的疲劳断裂。时，属典型的疲劳断裂。35钢的多冲曲线钢的多冲曲线冲击能量高时，材料的多冲击能量高时，材料的多次冲击抗力主要取决于塑次冲击抗力主要取决于塑性；冲击能量低时，材料性；冲击能量低时，材料的多冲抗力主要取决于强的多冲抗力主要取决于强度度本讲稿第二十三页，共六十页第一节第一节 冲击弯曲试验与冲击韧性冲击弯曲试验与冲击韧性四、冲击试验的应用四、冲击试验的应用1 1、用于控制材料的冶金质量和铸造、锻造、焊用于控制材料的冶金质量和铸造、锻造、焊接及热处理等热加工工艺的质量。接及热处理等热加工工艺的质量。2 2、评

15、定材料的冷脆倾向评定材料的冷脆倾向(韧脆转变温度）。韧脆转变温度）。3 3、对于对于s s大致相同的材料，可以评定材料对在冲大致相同的材料，可以评定材料对在冲击载荷下破坏的缺口敏感性。击载荷下破坏的缺口敏感性。4 4、通过建立冲击功和其他力学性能指标间的联系，通过建立冲击功和其他力学性能指标间的联系，替代较复杂的实验。替代较复杂的实验。本讲稿第二十四页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性一、系列冲击试验与低温脆性一、系列冲击试验与低温脆性 系列冲击试验系列冲击试验将某一材料制成的冲击将某一材料制成的冲击试样冷却到不同的温度测定冲击功，可得到这试样冷却到不同的温度测定冲击功，可得到这种

16、材料冲击韧性与温度的关系曲线。这种不同种材料冲击韧性与温度的关系曲线。这种不同温度下的冲击试验称为系列冲击试验。温度下的冲击试验称为系列冲击试验。本讲稿第二十五页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性 低温脆性材料的强度随温度的降低而升高，低温脆性材料的强度随温度的降低而升高，而塑性则相反。从韧性断裂转变为脆性断裂，而塑性则相反。从韧性断裂转变为脆性断裂，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型转变为穿晶解理，断口特征从纤维状变为结晶转变为穿晶解理，断口特征从纤维状变为结晶状的现象，称为低温脆性或冷脆。状的现象，称为低温脆性或冷脆。本讲稿第二十六

17、页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性实验中归纳有实验中归纳有3种不同的冲击吸收功温度关系曲线：种不同的冲击吸收功温度关系曲线：如：铜、铝如：铜、铝如：淬火态高碳马氏体钢如：淬火态高碳马氏体钢如：正火态如：正火态20钢钢本讲稿第二十七页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性第一类曲线显示材料在很宽的实验温度范围内都是脆第一类曲线显示材料在很宽的实验温度范围内都是脆 性的，如淬火态的高碳马氏体钢等高强度钢；性的，如淬火态的高碳马氏体钢等高强度钢；第二类曲线显示具有面心立方结构的金属材料如第二类曲线显示具有面心立方结构的金属材料如CuCu、AlAl等在很低的实验温度下仍具有较高的

18、韧性，等在很低的实验温度下仍具有较高的韧性，这类材料的屈服强度对温度和应变速率的变化这类材料的屈服强度对温度和应变速率的变化 不敏感；不敏感；本讲稿第二十八页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性第三类曲线显示材料在一定的温度区间产生低温脆性第三类曲线显示材料在一定的温度区间产生低温脆性 转变，如体心立方金属及其合金、某些密排六转变，如体心立方金属及其合金、某些密排六 方金属及其合金，及许多珠光体铁素体两相方金属及其合金，及许多珠光体铁素体两相 钢。这类材料的屈服强度对温度和应变速率的钢。这类材料的屈服强度对温度和应变速率的 变化十分敏感。变化十分敏感。高分子材料，如高分子材料，如PV

19、C(聚氯乙稀聚氯乙稀)、ABS(丙烯腈丙烯腈-丁二烯丁二烯-苯乙烯苯乙烯)、PS(聚苯乙烯聚苯乙烯)、LDPE(低密度聚乙烯低密度聚乙烯)等，等，也会发生低温脆性。也会发生低温脆性。本讲稿第二十九页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性产生低温脆性的机理产生低温脆性的机理材料低温脆性的产生与其屈服强度和断裂强度随温材料低温脆性的产生与其屈服强度和断裂强度随温度的变化有关。度的变化有关。s、s和和c随温度变化示意图随温度变化示意图s：体心立方金属等材料的：体心立方金属等材料的屈服强度屈服强度s：面心立方金属等材料的：面心立方金属等材料的屈服强度屈服强度c：材料的断裂强度：材料的断裂强度本

20、讲稿第三十页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性n体心立方金属及其合金、某些密排六方金属及其合金，体心立方金属及其合金、某些密排六方金属及其合金，这类材料的屈服强度对温度和应变速率的变化十分敏这类材料的屈服强度对温度和应变速率的变化十分敏感。温度降低，屈服强度升高，当屈服强度高于断裂感。温度降低，屈服强度升高，当屈服强度高于断裂强度时，产生脆性断裂。强度时，产生脆性断裂。n具有面心立方结构的金属材料如具有面心立方结构的金属材料如Cu、Al等的屈服强度随等的屈服强度随温度的降低不发生明显的升高，屈服强度总是低于断温度的降低不发生明显的升高，屈服强度总是低于断裂强度，所以冷脆倾向不明显。

21、裂强度，所以冷脆倾向不明显。本讲稿第三十一页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性 微观上，体心立方晶体中的位错阻力随温微观上，体心立方晶体中的位错阻力随温度降低而增加，故该类材料发生低温脆性，面度降低而增加，故该类材料发生低温脆性，面心立方金属因位错宽度比较大，位错阻力对温心立方金属因位错宽度比较大，位错阻力对温度变化较不敏感，故一般不显示低温脆性。度变化较不敏感，故一般不显示低温脆性。霍耳霍耳配奇配奇(Hall-Petch)公式公式本讲稿第三十二页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性n体心立方金属的低温脆性还与体心立方金属的低温脆性还与迟屈服现象迟屈服现象有关。有关。迟屈

22、服即对材料施加一高速载荷到高于迟屈服即对材料施加一高速载荷到高于s，材料，材料并不立即产生屈服，而需要经过一段并不立即产生屈服，而需要经过一段孕育期孕育期(称为称为迟屈服时间迟屈服时间)才开始塑性变形。才开始塑性变形。在孕育期中只产生在孕育期中只产生弹性变形弹性变形，由于没有塑性变形消耗能量，故有利，由于没有塑性变形消耗能量，故有利于裂纹的扩展，从而易表现为脆性破坏。于裂纹的扩展，从而易表现为脆性破坏。本讲稿第三十三页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性n缺口的存在会使材料的缺口的存在会使材料的屈服强度提高，韧脆转屈服强度提高，韧脆转变温度提高。变温度提高。t1和和t2之间之间的差值

23、体现了缺口对脆的差值体现了缺口对脆性转变温度的影响。性转变温度的影响。缺口对韧脆转变温度的影响缺口对韧脆转变温度的影响缺口的存在对材料韧脆转变温度的影响缺口的存在对材料韧脆转变温度的影响本讲稿第三十四页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性二、韧脆转化温度及其评价方法二、韧脆转化温度及其评价方法 韧脆转化温度韧脆转化温度由韧性状态（塑性变形由韧性状态（塑性变形断裂）转变为脆性状态（弹性变形断裂）断裂）转变为脆性状态（弹性变形断裂）的温度定义为韧脆转化温度。的温度定义为韧脆转化温度。韧脆转化温度的用途韧脆转化温度的用途：在进行设计时，了：在进行设计时，了解这一温度可以确定当使用温度大于它

24、时，解这一温度可以确定当使用温度大于它时，脆性断裂不会发生。脆性断裂不会发生。本讲稿第三十五页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性1、低温拉伸试验、低温拉伸试验低温缺口敏感度低温缺口敏感度N来评定低温脆性，并确定来评定低温脆性，并确定tk。缺口试样低温抗拉强度缺口试样低温抗拉强度光滑试样低温屈服强度光滑试样低温屈服强度N1时，为缺口试样的时，为缺口试样的tk。本讲稿第三十六页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性评价方法：评价方法：能量法能量法 2、低温冲击试验、低温冲击试验(1)当低于某一温度材料吸当低于某一温度材料吸收的冲击能量基本不随温度收的冲击能量基本不随温度而变化，

25、形成一平台，以低而变化，形成一平台，以低阶能开始上升的温度定义阶能开始上升的温度定义tk，并记为，并记为NDT，称为无塑，称为无塑性或零塑性转变温度。性或零塑性转变温度。本讲稿第三十七页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性(2)高于某一温度材料吸高于某一温度材料吸收的能量也基本不变，收的能量也基本不变，形成一个上平台，称为形成一个上平台，称为“高阶能高阶能”。以高阶能。以高阶能对应的温度为对应的温度为tk，记为，记为FTP。本讲稿第三十八页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性(3)以低阶能和高阶以低阶能和高阶能平均值对应的温能平均值对应的温度定义，并记为度定义，并记为FTE

26、。本讲稿第三十九页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性(4)与某一固定的能与某一固定的能量对应的温度。如量对应的温度。如以以Akv15尺磅尺磅(20.3J)对应的温度对应的温度定义，并记为定义，并记为V15TT。低碳钢船用钢板低碳钢船用钢板本讲稿第四十页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性断口形貌特征法断口形貌特征法依据依据该法确定的韧脆转化该法确定的韧脆转化温度称为温度称为FATT。断口。断口上出现上出现50纤维状韧性纤维状韧性断口和断口和50脆性结晶脆性结晶状断口的试样所对应状断口的试样所对应的温度。的温度。本讲稿第四十一页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性

27、冲击断口形貌示意图冲击断口形貌示意图本讲稿第四十二页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性本讲稿第四十三页，共六十页 上述表明，由于定义上述表明，由于定义tk的方法不同，同一材料所得的方法不同，同一材料所得tk亦有差亦有差异；同一材料，使用同一定义方法，由于外界因素（如异；同一材料，使用同一定义方法，由于外界因素（如试样尺寸、缺口尖锐度和加载速率等）的改变，试样尺寸、缺口尖锐度和加载速率等）的改变，tk也要也要变化。所以，在一定条件下用试样测得的变化。所以，在一定条件下用试样测得的tk，因为和实际，因为和实际结构工况之间无直接联系，不能说明该材料制成的机件一定结构工况之间无直接联系，不

28、能说明该材料制成的机件一定在该温度下断裂。在该温度下断裂。第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性本讲稿第四十四页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性两种钢材的冲击转变曲线两种钢材的冲击转变曲线韧性温度储备韧性温度储备t tt t0 0-t-tk k（202060 60）t t0 0为工作温度为工作温度本讲稿第四十五页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性n3 3、落锤试验落锤试验 缺口冲击试验虽然测量简单方便，试验成本也低，缺口冲击试验虽然测量简单方便，试验成本也低，但其测量的韧脆转化温度，在一般情况下但其测量的韧脆转化温度，在一般情况下并不能代并不能代表实物构件的脆化温度表实

29、物构件的脆化温度，缺口冲击试验所确定的，缺口冲击试验所确定的脆脆化温度总是偏低化温度总是偏低。这主要是因为缺口冲击。这主要是因为缺口冲击试样尺寸试样尺寸小小，其几何约束要比厚的实物构件小，由于变形，其几何约束要比厚的实物构件小，由于变形的几何约束小带来的脆化程度也相应地小一些。的几何约束小带来的脆化程度也相应地小一些。本讲稿第四十六页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性n试验之前试样在所选的低试验之前试样在所选的低温条件下保温温条件下保温30-45分钟，分钟，然后迅速将其移至支座上，然后迅速将其移至支座上，用落锤对其冲击用落锤对其冲击。锤的。锤的冲击能量是根据板材厚度冲击能量是根据板

30、材厚度和材料的屈服强度这两个和材料的屈服强度这两个参数决定的。参数决定的。落锤试验示意图落锤试验示意图焊堆长焊堆长宽宽厚厚64154mm本讲稿第四十七页，共六十页n根据试验温度的高低，试样发生如下变化：根据试验温度的高低，试样发生如下变化：1、试样只发生塑性变形，不开裂；、试样只发生塑性变形，不开裂；2、试样拉伸面靠缺口附近出现裂纹，但未扩展到两侧边；、试样拉伸面靠缺口附近出现裂纹，但未扩展到两侧边；3、裂纹扩展到试样的一侧边或两侧边；、裂纹扩展到试样的一侧边或两侧边；4、试样完全碎裂。、试样完全碎裂。这个温度叫做无塑性转变温度简称这个温度叫做无塑性转变温度简称NDT，是产生无塑性，是产生无塑

31、性破坏的最高温度破坏的最高温度。如试验温度低于。如试验温度低于NDT，则裂纹就可，则裂纹就可自拉伸面横穿板的宽度直至边缘。自拉伸面横穿板的宽度直至边缘。第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性本讲稿第四十八页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性断裂分析图（断裂分析图（FAD）断裂分析图表示断裂分析图表示了了应力应力、缺陷缺陷和和温度温度三个参数之三个参数之间的关系，只要间的关系，只要确定了其中任意确定了其中任意两个参数，就可两个参数，就可以求出第三个参以求出第三个参数。数。本讲稿第四十九页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性三、影响材料低温脆性的因素三、影响材料低温脆性的因素

32、1 1晶体结构晶体结构 bcc有冷脆，有冷脆，fcc无冷脆无冷脆 2 2化学成分化学成分 间隙溶质元素含量增加，韧脆转间隙溶质元素含量增加，韧脆转 化温度升高，如化温度升高，如含碳量增加，钢含碳量增加，钢 的韧脆转化温度升高的韧脆转化温度升高；杂质元素；杂质元素 含量增加，容易偏聚在晶界附含量增加，容易偏聚在晶界附 近，产生沿晶脆性断裂。近，产生沿晶脆性断裂。本讲稿第五十页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性本讲稿第五十一页，共六十页3 晶粒大小晶粒大小 tk=lnB-lnC-lnd-1/2 、B、C为常数，为常数，与与i有关，有关，C为裂纹扩展为裂纹扩展阻力的度量；阻力的度量；d：

33、晶粒直径。：晶粒直径。n原因：晶粒减小，晶界前塞积的位错数减少，有利于原因：晶粒减小，晶界前塞积的位错数减少，有利于有利于降低应力集中；有利于降低应力集中；晶晶界总面积增加，使晶界上界总面积增加，使晶界上杂质浓度减少，避免产生沿晶脆性断裂杂质浓度减少，避免产生沿晶脆性断裂；晶界是裂；晶界是裂纹扩展的阻力纹扩展的阻力。第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性本讲稿第五十二页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性铁素体晶粒尺寸对韧脆转变温度的影响铁素体晶粒尺寸对韧脆转变温度的影响本讲稿第五十三页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性4 4、金相组织、金相组织 脆性增大的顺序：珠光体上贝

34、脆性增大的顺序：珠光体上贝氏体下贝氏体回火索氏体；氏体下贝氏体回火索氏体；钢中碳化物及夹杂物等第二相对钢的脆性的影响钢中碳化物及夹杂物等第二相对钢的脆性的影响程度取决于第二相质点的大小、形状、分布、第程度取决于第二相质点的大小、形状、分布、第二相性质及其与基体的结合力等因素。二相性质及其与基体的结合力等因素。本讲稿第五十四页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性热处理方式对钢的韧脆转变温度的影响热处理方式对钢的韧脆转变温度的影响本讲稿第五十五页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性5、加载速率、加载速率 提高加载速率，提高缺口处塑性变形提高加载速率，提高缺口处塑性变形的应变率，

35、从而使材料脆性增大，韧脆转变温度的应变率，从而使材料脆性增大，韧脆转变温度提高。提高。lgv=B Q/(R.tk)v：应变速率；：应变速率；tk：韧脆转变温度；：韧脆转变温度；Q、B、R：常数：常数本讲稿第五十六页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性6、缺口尖锐度、缺口尖锐度 缺口越尖锐，应力集中越明显，缺口越尖锐，应力集中越明显，塑性变形区越小，导致韧脆转变温度的提高。塑性变形区越小，导致韧脆转变温度的提高。7、试样尺寸因素、试样尺寸因素 试样尺寸增大，材料韧性下降，韧脆试样尺寸增大，材料韧性下降，韧脆转变温度提高。转变温度提高。a 增加了材料的内部缺陷出现的几率。增加了材料的内部

36、缺陷出现的几率。b 增大了三向应力状态程度。增大了三向应力状态程度。本讲稿第五十七页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性缺口根部曲率半径对钢冲击值的影响缺口根部曲率半径对钢冲击值的影响本讲稿第五十八页，共六十页第二节第二节 低低 温温 脆脆 性性四、系列冲击实验应用四、系列冲击实验应用 1 1、用于控制材料的冶金质量和铸造、锻造、用于控制材料的冶金质量和铸造、锻造、焊接、及热处理等热加工工艺的质量。焊接、及热处理等热加工工艺的质量。2 2、用来评定材料的冷脆倾向。、用来评定材料的冷脆倾向。本讲稿第五十九页，共六十页 本章小节本章小节n材料冲击韧性的试验方法及冲击韧性的材料冲击韧性的试验方法及冲击韧性的工程意义；工程意义；n材料低温脆性的现象及韧脆转化温度的材料低温脆性的现象及韧脆转化温度的测定方法。测定方法。本讲稿第六十页，共六十页