第3章材料在冲击载荷下的力学性能ppt课件.ppt

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1、经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用主讲人主讲人:张宁张宁1经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用v一、冲击载荷下金属变形和断裂的特点一、冲击载荷下金属变形和断裂的特点v二、冲击弯曲和冲击韧性二、冲击弯曲和冲击韧性v三、低温脆性三、低温脆性v四、影响韧脆转变温度的冶金因素四、影响韧脆转变温度的冶金因素第三章第三章 金属在冲击载荷下的力学性能金属在冲击载荷下的力学性能2经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照

2、消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用v为了评定材料传递冲击载荷的能力，揭示材为了评定材料传递冲击载荷的能力，揭示材料在冲击载荷下的力学行为，就需要进行相料在冲击载荷下的力学行为，就需要进行相应的力学性能试验应的力学性能试验v加载速率定义：加载速率定义：v载荷施加于试样或机件时的速率，用单位时载荷施加于试样或机件时的速率，用单位时间内应力增加的数值来表示间内应力增加的数值来表示v本章介绍金属材料在冲击载荷下的力学行为本章介绍金属材料在冲击载荷下的力学行为特点，主要讨论缺口试样冲击弯曲试验方法特点，主要讨论缺口试样冲击弯曲试验方法和金属材料的低温脆

3、性。和金属材料的低温脆性。第三章第三章 金属在冲击载荷下的力学性能金属在冲击载荷下的力学性能3经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用v冲击载荷下，由于载荷的能量性质使整个承载冲击载荷下，由于载荷的能量性质使整个承载系统承受冲击能，所以机件、与机件相连物系统承受冲击能，所以机件、与机件相连物体的刚度都直接影响冲击过程的时间，从而体的刚度都直接影响冲击过程的时间，从而影响加速度和惯性力的大小。影响加速度和惯性力的大小。v由于冲击过程持续时间短，测不准确，难于按由于冲击过程持续时间短，测不准确，难于按惯性力计

4、算机件内的应力，所以机件在冲击惯性力计算机件内的应力，所以机件在冲击载荷下所受的应力，通常假定冲击能全部转载荷下所受的应力，通常假定冲击能全部转换为机件内的弹性能，再按能量守恒法计算。换为机件内的弹性能，再按能量守恒法计算。第一节第一节 冲击载荷下金属变形和断裂的特点冲击载荷下金属变形和断裂的特点4经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用v静载荷作用时：静载荷作用时：塑性变形比较均匀的分塑性变形比较均匀的分布在各个晶粒中。布在各个晶粒中。v冲击载荷作用时：冲击载荷作用时：塑性变形则比较集中塑性变形则比较集

5、中于某一局部区域，反映了塑性变形不均于某一局部区域，反映了塑性变形不均匀。匀。v这种不均匀限制了塑性变形的发展，导这种不均匀限制了塑性变形的发展，导致了致了屈服强度、抗拉强度屈服强度、抗拉强度的提高。的提高。第一节第一节 冲击载荷下金属变形和断裂的特点冲击载荷下金属变形和断裂的特点5经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第一节第一节 冲击载荷下金属变形和断裂的特点冲击载荷下金属变形和断裂的特点6经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的

6、价款或接受服务的费用v冲击韧性的定义：冲击韧性的定义：v指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力，用标准试样的冲击吸收功功的能力，用标准试样的冲击吸收功Ak表示。表示。第二节第二节 冲击弯曲和冲击韧性冲击弯曲和冲击韧性7经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用v试验在摆锤式冲击试验机上试验在摆锤式冲击试验机上进行。进行。v试验过程试验过程：v将样品水平放在试验机的支将样品水平放在试验机的支座上，缺口位于冲击相背的座上，缺口位于冲击相背的方向。方向。v然后

7、将具有一定质量然后将具有一定质量m的摆的摆锤举至一定高度锤举至一定高度H1，使其获，使其获得一定位能得一定位能mgH1。v释放摆锤冲断试样，摆锤的释放摆锤冲断试样，摆锤的剩余能量为剩余能量为mgH2，则摆锤冲，则摆锤冲断试样失去的位能为断试样失去的位能为mgH1-mgH2，这就是试样变形和断，这就是试样变形和断裂所消耗的功，称为冲击吸裂所消耗的功，称为冲击吸收功，以收功，以Ak表示，单位为表示，单位为J。第二节第二节 冲击弯曲和冲击韧性冲击弯曲和冲击韧性8经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第二节第二

8、节 冲击弯曲和冲击韧性冲击弯曲和冲击韧性v对于冲击试样，我国过对于冲击试样，我国过去和前苏联都采用梅氏去和前苏联都采用梅氏试样，美国和日本等过试样，美国和日本等过则采用夏氏试样。则采用夏氏试样。v现在我国国家标准则融现在我国国家标准则融合梅氏和夏氏两种类型合梅氏和夏氏两种类型为一体，分别成为夏比为一体，分别成为夏比（Charpy）U形缺口试形缺口试样和夏比样和夏比V形缺口试样。形缺口试样。用不同缺口试样测得的用不同缺口试样测得的冲击吸收功分别记为冲击吸收功分别记为Aku和和AKV。9经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价

9、款或接受服务的费用第二节第二节 冲击弯曲和冲击韧性冲击弯曲和冲击韧性v测量铁球或工具钢等脆性材料的冲击吸收功，常采用测量铁球或工具钢等脆性材料的冲击吸收功，常采用10mm10mm55mm的无缺口冲击试样。的无缺口冲击试样。10经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用冲击吸收功冲击吸收功Ak的大小不能真正反映材料的韧脆的大小不能真正反映材料的韧脆程度：程度：v这是由于缺口试样吸收的功没有完全用于试样变形和破这是由于缺口试样吸收的功没有完全用于试样变形和破断，断，v一部分消耗于试样掷出、机身振动、空气阻力以及

10、轴承一部分消耗于试样掷出、机身振动、空气阻力以及轴承与测量机构中的摩擦消耗等。与测量机构中的摩擦消耗等。v通常试验时，这些功消耗可以忽略不计，但当摆锤轴线通常试验时，这些功消耗可以忽略不计，但当摆锤轴线与缺口中心线不一致时，上述功消耗较大，不同试验机与缺口中心线不一致时，上述功消耗较大，不同试验机上测得的上测得的Ak值相差值相差10-30%。第二节第二节 冲击弯曲和冲击韧性冲击弯曲和冲击韧性11经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用冲击弯曲试验的主要用途有两点：冲击弯曲试验的主要用途有两点：v(1)控制

11、原材料的冶金质量和热加工后的产品质量。控制原材料的冶金质量和热加工后的产品质量。v通过测量冲击吸收功和对样品进行断口分析，可揭示原料通过测量冲击吸收功和对样品进行断口分析，可揭示原料中的夹渣、气泡、严重分层、偏析以及夹杂物超级等冶金中的夹渣、气泡、严重分层、偏析以及夹杂物超级等冶金缺陷；检查过热、过烧、回火脆性等锻造或热处理缺陷。缺陷；检查过热、过烧、回火脆性等锻造或热处理缺陷。v(2)根据系列冲击试验（低温冲击试验）可得根据系列冲击试验（低温冲击试验）可得Ak与与温度的关系曲线，测定材料的韧脆转变温度。温度的关系曲线，测定材料的韧脆转变温度。第二节第二节 冲击弯曲和冲击韧性冲击弯曲和冲击韧性

12、12经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用13v冲击韧性的应用：冲击韧性的应用：经验数据，参考价值经验数据，参考价值v举例：举例：调质处理的调质处理的45钢钢Ak78J/cm2，而球墨铸，而球墨铸铁铁Ak15J/cm2。单纯从数值上看，球墨铸。单纯从数值上看，球墨铸铁冲击韧性值远小于铁冲击韧性值远小于45钢。然而它们都具钢。然而它们都具有良好的韧性，都可以作为活塞连杆材料有良好的韧性，都可以作为活塞连杆材料使用。使用。vAK值不能象屈服强度那样作用强度设计指值不能象屈服强度那样作用强度设计指标，具有标，

13、具有“不可设计性不可设计性”。只能作为经验。只能作为经验数据使用。数据使用。13经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用14冲击断裂过程冲击断裂过程vPGY之前，弹性变形之前，弹性变形vPGY后，塑性变形；载荷后，塑性变形；载荷增大到增大到Pmax，塑性变形，塑性变形区逐渐扩展到整个缺口面区逐渐扩展到整个缺口面（塑性区为图中（塑性区为图中红色虚线红色虚线和缺口面之间面积）；和缺口面之间面积）；v在在Pmax附近，应力最大附近，应力最大点位于点位于红色虚线红色虚线上；因此上；因此在此处产生裂纹；随后裂在此处

14、产生裂纹；随后裂纹向前和向后同时扩展；纹向前和向后同时扩展；扩展机制是微孔聚集型，扩展机制是微孔聚集型，形成图中形成图中“脚跟形纤维状脚跟形纤维状区区”；此过程中材料承载；此过程中材料承载面积减小，载荷逐渐下降面积减小，载荷逐渐下降到到PF。PGYPmaxPFPD位移载荷14经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用15v载荷达到载荷达到PF后，裂纹后，裂纹迅速以解理断裂方式迅速以解理断裂方式快速扩展，在材料中快速扩展，在材料中形成形成“放射形结晶状放射形结晶状区区”；这时材料承载；这时材料承载面积迅速减小

15、，载荷面积迅速减小，载荷也迅速降低到也迅速降低到PD。v载荷达到载荷达到PD后，裂后，裂纹扩展到样品边缘，纹扩展到样品边缘，产生平面应力状态，产生平面应力状态，形成剪切唇区。形成剪切唇区。PGYPmaxPFPD位移载荷冲击断裂过程冲击断裂过程15经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用16冲击断口包含纤维区、放射区、剪切唇三个区。冲击断口包含纤维区、放射区、剪切唇三个区。若试验材料具有一定的韧性，可形成两个纤维若试验材料具有一定的韧性，可形成两个纤维区：区：即：即：纤维区纤维区11放射区放射区纤维区纤维区

16、22剪切唇剪切唇纤维区纤维区2 2（红色区域红色区域）形成原因：裂纹快速扩展形）形成原因：裂纹快速扩展形成结晶区，到了成结晶区，到了压缩压缩区区后，应力状态发生变化，后，应力状态发生变化，裂纹扩展速度再次减小，裂纹扩展速度再次减小，最终形成纤维区最终形成纤维区2 2。冲击断口冲击断口冲击断口形貌示意图冲击断口形貌示意图16经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用v一、低温脆性现象一、低温脆性现象v定义定义：v体心立方晶体金属及合金或某些密排六方晶体体心立方晶体金属及合金或某些密排六方晶体金属及其合金，特别

17、是工程上常用的中、低强金属及其合金，特别是工程上常用的中、低强度结构钢（铁素体度结构钢（铁素体珠光体钢），珠光体钢），在试验温度低于某一温度在试验温度低于某一温度tk时，会由韧性状态时，会由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降变为脆性状态，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断裂机理由微孔聚集型变为穿晶解理，断口特断口特征由纤维状变为结晶状征由纤维状变为结晶状，这就是，这就是低温脆性低温脆性。第三节第三节 低温脆性低温脆性17经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用珠光体的定义：珠光体

18、的定义：v当碳的含量正好等于当碳的含量正好等于0.77%时，即相当于合金中时，即相当于合金中渗碳体（碳化铁）约占渗碳体（碳化铁）约占12%，铁素体约占，铁素体约占88%时，时，该合金的相变是在恒温下实现的。该合金的相变是在恒温下实现的。v也就是说这种特定比例下的渗碳体和铁素体，在也就是说这种特定比例下的渗碳体和铁素体，在发生相变时，如果消失两者同时消失，如果出现发生相变时，如果消失两者同时消失，如果出现则两者同时出现，在这一点上这种组织与纯金属则两者同时出现，在这一点上这种组织与纯金属的相变类似。的相变类似。v基于以上原因，人们就把基于以上原因，人们就把这种由特定比例构成的这种由特定比例构成的

19、两相组织当作一种组织来看，命名为珠光体两相组织当作一种组织来看，命名为珠光体，这，这种钢就叫做共析钢。种钢就叫做共析钢。v所以碳含量正好为所以碳含量正好为0.77%的钢就叫做共析钢，它的钢就叫做共析钢，它的组织结构是珠光体。的组织结构是珠光体。第三节第三节 低温脆性低温脆性18经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用低温脆性现象低温脆性现象v对压力容器、桥梁、汽车、船舶的影响较大。对压力容器、桥梁、汽车、船舶的影响较大。v低温脆性实质为温度下降，屈服强度急剧增加。低温脆性实质为温度下降，屈服强度急剧增加。

20、vF.C.C金属，一般不显示低温脆性。如低碳钢为体金属，一般不显示低温脆性。如低碳钢为体心立方金属，有低温脆性；而奥氏体钢为面心立心立方金属，有低温脆性；而奥氏体钢为面心立方金属，无低温脆性。方金属，无低温脆性。第三节第三节 低温脆性低温脆性19经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用v1912年当年最为豪华、号称永不沉没的泰坦尼克号（年当年最为豪华、号称永不沉没的泰坦尼克号（Titanic）首航沉没）首航沉没于冰海，成了于冰海，成了20世纪令人难以忘怀的悲惨海难。世纪令人难以忘怀的悲惨海难。v1985年

21、以后，探险家们数次深潜到年以后，探险家们数次深潜到12,612英尺深的海底研究沉船，起出英尺深的海底研究沉船，起出遗物。遗物。1995年年2月美国月美国科学大众科学大众（Popular Science）杂志发表了）杂志发表了R Gannon 的文章，标题是的文章，标题是What Really Sank The Titanic,付标题是付标题是“为什么为什么不会沉没的不会沉没的船在撞上一个冰山后船在撞上一个冰山后3小时就沉没了？一项新的小时就沉没了？一项新的科学研究回答了科学研究回答了80年未解之谜年未解之谜“。v由于早年的由于早年的Titanic 号采用了含号采用了含硫高的钢板，韧性很差硫高的

22、钢板，韧性很差，特别是在低温呈，特别是在低温呈脆性。所以，冲击试样是典型的脆性断口。脆性。所以，冲击试样是典型的脆性断口。v近代船用钢板的冲击试样则具有相当好的韧性。近代船用钢板的冲击试样则具有相当好的韧性。Titanic号钢板号钢板(左图左图)和近代船用钢板和近代船用钢板(右图右图)的冲击试验结果的冲击试验结果 第三节第三节 低温脆性低温脆性20经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用v右图是建造中的右图是建造中的Titanic 号。号。vGannon 的文章指出，的文章指出，在水线上下都由在水线上下都

23、由10 张张30 英尺长的高含硫量英尺长的高含硫量脆性钢板焊接成脆性钢板焊接成300英尺的船体。英尺的船体。v船体上可见长长的焊船体上可见长长的焊缝。船在冰水中撞击缝。船在冰水中撞击冰山而裂开时，脆性冰山而裂开时，脆性的焊缝无异于一条的焊缝无异于一条300英尺长的大拉链，英尺长的大拉链，使船体产生很长的裂使船体产生很长的裂纹，海水大量涌入使纹，海水大量涌入使船迅速沉没。船迅速沉没。v这是钢材韧性与人身这是钢材韧性与人身安全的一个突出例证。安全的一个突出例证。建造中的建造中的Titanic 号，可以看到船身上长长号，可以看到船身上长长的焊缝的焊缝第三节第三节 低温脆性低温脆性21经营者提供商品或

24、者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用v挑战者号失事了！挑战者号失事了！v爆炸后的碎片在发射东南方爆炸后的碎片在发射东南方30km处散落了处散落了1h之久，价值之久，价值12亿美元的航天飞机，顷刻化亿美元的航天飞机，顷刻化为乌有，为乌有，7名机组人员全部遇难。名机组人员全部遇难。全世界为此震惊。全世界为此震惊。v事故原因最终查明：起因是助事故原因最终查明：起因是助推器两个部件之间的接头因为推器两个部件之间的接头因为低温变脆破损（在航天飞机设低温变脆破损（在航天飞机设计准则明确规定了推进器运作计准则明确规定了推进器运作的

25、温度应为的温度应为4090F，而在实际，而在实际运行时，整个航天飞机系统周运行时，整个航天飞机系统周围温度却是处于围温度却是处于3199F的范围。的范围。），喷出的燃气烧穿了助推器），喷出的燃气烧穿了助推器的外壳，继而引燃外挂燃料箱。的外壳，继而引燃外挂燃料箱。燃料箱裂开后，液氢在空气中燃料箱裂开后，液氢在空气中剧烈燃烧爆炸造成的。剧烈燃烧爆炸造成的。第三节第三节 低温脆性低温脆性0=32 F 37=98.6 F 22经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用v低温脆性是材料屈服低温脆性是材料屈服强度随着温

26、度的降低强度随着温度的降低急剧增加的结果。急剧增加的结果。v见右图，屈服点随着见右图，屈服点随着温度的下降而升高，温度的下降而升高，但材料的解理断裂强但材料的解理断裂强度随着温度的变化很度随着温度的变化很小，小，v两线交点对应的温度两线交点对应的温度就是就是tk。第三节第三节 低温脆性低温脆性23经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用二、韧脆转变温度二、韧脆转变温度v在不同温度下进行冲击弯曲试验，在不同温度下进行冲击弯曲试验，v根据试验结果作出冲击吸收功根据试验结果作出冲击吸收功温度曲线、温度曲线、v断

27、口形貌中各区所占面积和温度的关系曲线，断口形貌中各区所占面积和温度的关系曲线，v试样断裂后塑性变形量与温度的关系曲线等，试样断裂后塑性变形量与温度的关系曲线等，v根据这些曲线来求得根据这些曲线来求得tk。第三节第三节 低温脆性低温脆性24经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1.按能量定义按能量定义tk的方法的方法v(1)当低于某一温度，金属材当低于某一温度，金属材料吸收的冲击能量基本不随料吸收的冲击能量基本不随温度变化，形成一个平台，温度变化，形成一个平台，该能量称为该能量称为“低阶能低阶能”。v(2

28、)高于某一温度时，材料吸高于某一温度时，材料吸收的温度基本不变，出现一收的温度基本不变，出现一个上平台，称为个上平台，称为“高阶能高阶能”。v(3)以低阶能和高阶能平均值以低阶能和高阶能平均值对应的温度定义对应的温度定义tk，记为，记为FTE（Fracture Transition Elastic）。）。第三节第三节 低温脆性低温脆性25经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2.按断口形貌定义按断口形貌定义tk的方法的方法v冲击试样冲断后，断口形貌见下图：冲击试样冲断后，断口形貌见下图：试验表明，在不同

29、试验温度试验表明，在不同试验温度下，纤维区、放射区与剪切下，纤维区、放射区与剪切唇三者之间的相对面积（或唇三者之间的相对面积（或线尺寸）是不同的。线尺寸）是不同的。温度下降，纤维区面积突然温度下降，纤维区面积突然减少，结晶区面积突然增加，减少，结晶区面积突然增加，材料由韧变脆。材料由韧变脆。通常取结晶区面积占整个断通常取结晶区面积占整个断口面积的口面积的50%时的温度为时的温度为tk，记为，记为50%FATT或或FATT50、t50。第三节第三节 低温脆性低温脆性26经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费

30、用v韧脆转变温度韧脆转变温度tk可用于抗脆断设计、保证机件可用于抗脆断设计、保证机件服役安全，但不能直接用来设计计算机件的承服役安全，但不能直接用来设计计算机件的承载能力或截面尺寸。载能力或截面尺寸。v机件的最低使用温度必须高于机件的最低使用温度必须高于tk，两者相差越，两者相差越大越安全，所以选用的材料应该具有一定的韧大越安全，所以选用的材料应该具有一定的韧性温度储备，也就是说具有一定的性温度储备，也就是说具有一定的值，值，=t0-tk。第三节第三节 低温脆性低温脆性27经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服

31、务的费用v同一材料，使用同一定义方法，由于外界因素的变化同一材料，使用同一定义方法，由于外界因素的变化（如试样尺寸、缺口尖锐度和加载速率等），（如试样尺寸、缺口尖锐度和加载速率等），tk也要也要变化，变化，v所以在一定条件下用试样测得的所以在一定条件下用试样测得的tk，由于和实际结构，由于和实际结构工况之间无直接联系，所以不能说明该材料制成的机工况之间无直接联系，所以不能说明该材料制成的机件一定在该温度下脆裂。件一定在该温度下脆裂。第三节第三节 低温脆性低温脆性28经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用

32、三、落锤试验和断裂分析图三、落锤试验和断裂分析图v50年代初，美国海军研究所派林尼（年代初，美国海军研究所派林尼（W.S.Pellini）等人提出了落锤试验方法，用于测定全）等人提出了落锤试验方法，用于测定全厚钢板的零塑性转变温度厚钢板的零塑性转变温度NDT，以作为评定材料，以作为评定材料的性能标准。的性能标准。第三节第三节 低温脆性低温脆性29经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用落锤试验机示意图落锤试验机示意图v落锤试验机由垂直导轨落锤试验机由垂直导轨（支持重锤）、能自由下（支持重锤）、能自由下落的

33、重锤和砧座等组成，落的重锤和砧座等组成，见右图。见右图。v重锤锤头是一个半径为重锤锤头是一个半径为25mm的钢制圆柱，硬度的钢制圆柱，硬度不小于不小于50HRC。v重锤可升到不同高度，以重锤可升到不同高度，以获得获得340-1650J的能量。的能量。v砧座上除了两端的支承块砧座上除了两端的支承块外，中心部分还有一个挠外，中心部分还有一个挠度终止块，以限制试样产度终止块，以限制试样产生过大的塑性变形。生过大的塑性变形。第三节第三节 低温脆性低温脆性30经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用落锤试验机实物图

34、落锤试验机实物图vTLC-300落锤冲击试验机适用于热塑落锤冲击试验机适用于热塑性塑料管材、管件和硬质塑料板材的性塑料管材、管件和硬质塑料板材的耐冲击试验。耐冲击试验。v最大冲击能量最大冲击能量 300Jv最大冲击高度最大冲击高度 2m v标尺误差标尺误差 v落锤组合质量落锤组合质量 最大组合质量最大组合质量15KG 0.1%v冲头规格：冲头规格：A R=10mmvB R=20mvC R=5mmvBB R=30mmv冲击中心与夹具中心偏差不大于冲击中心与夹具中心偏差不大于2mmv电动提升机构电动提升机构 最大提升力最大提升力20kgfv牵引电磁铁最大吸力不小于牵引电磁铁最大吸力不小于20kgf

35、v管材管材V型托板型托板 20030025mm3v试样尺寸试样尺寸 直径直径20-400mm TLC-300落锤冲击试验机落锤冲击试验机第三节第三节 低温脆性低温脆性31经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用v试样冷却到一定温度后放在砧座上，使有焊肉试样冷却到一定温度后放在砧座上，使有焊肉的轧制面向下处于受拉侧，然后落下重锤进行的轧制面向下处于受拉侧，然后落下重锤进行打击。随着试样温度的下降，其力学行为发生打击。随着试样温度的下降，其力学行为发生如下变化：如下变化：v没有出现裂纹没有出现裂纹拉伸侧表面形

36、成裂纹，但未发拉伸侧表面形成裂纹，但未发展到边缘展到边缘拉伸侧表面裂纹发展到一侧边或两拉伸侧表面裂纹发展到一侧边或两侧边侧边试样断成两部分。试样断成两部分。第三节第三节 低温脆性低温脆性32经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用零塑性转变温度零塑性转变温度NDT已成为低强度钢构件防止脆性断裂已成为低强度钢构件防止脆性断裂设计根据的一部分，例如：设计根据的一部分，例如：v(1)NDT设计标准设计标准v(2)NDT+33设计标准设计标准v(3)NDT+67设计标准设计标准第三节第三节 低温脆性低温脆性33经

37、营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用落锤试验的缺点：落锤试验的缺点：v(1)不能定量评定脆性断裂不能定量评定脆性断裂v(2)未考虑板厚的影响未考虑板厚的影响第三节第三节 低温脆性低温脆性34经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用v一、晶体结构一、晶体结构v 二、化学成分二、化学成分v 三、显微组织三、显微组织第四节第四节 影响韧脆转变温度的冶金因素影响韧脆转变温度的冶金因素35经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，

38、应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用一、晶体结构一、晶体结构v体心立方金属及其合金存在低温脆性。体心立方金属及其合金存在低温脆性。v低碳钢冷脆明显，高碳钢冷脆不明显。低碳钢冷脆明显，高碳钢冷脆不明显。第四节第四节 影响韧脆转变温度的冶金因素影响韧脆转变温度的冶金因素36经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用二、化学成分二、化学成分v间隙溶质元素溶入间隙溶质元素溶入铁素体基体中，偏铁素体基体中，偏聚于位错线附近，聚于位错线附近，阻碍位错运动，导阻碍

39、位错运动，导致屈服强度的升高，致屈服强度的升高，钢的韧脆转变温度钢的韧脆转变温度升高。升高。第四节第四节 影响韧脆转变温度的冶金因素影响韧脆转变温度的冶金因素37经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用三、显微组织三、显微组织v（一）晶粒大小（一）晶粒大小v细化晶粒可使材料的韧细化晶粒可使材料的韧性增加性增加第四节第四节 影响韧脆转变温度的冶金因素影响韧脆转变温度的冶金因素38经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用

40、细化晶粒提高韧性的原因：细化晶粒提高韧性的原因：v(1)晶界是裂纹扩展的阻力；晶界是裂纹扩展的阻力；v(2)晶界前塞积的位错数减少，有利于降低应晶界前塞积的位错数减少，有利于降低应力集中；力集中；v(3)晶界总面积增加，使晶界上杂质浓度减小，晶界总面积增加，使晶界上杂质浓度减小，避免了产生沿晶脆性断裂。避免了产生沿晶脆性断裂。第四节第四节 影响韧脆转变温度的冶金因素影响韧脆转变温度的冶金因素39经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用（二）金相组织（二）金相组织v较低强度水平时（如高温回火），强度相同而组

41、较低强度水平时（如高温回火），强度相同而组织不同的钢，其冲击吸收功织不同的钢，其冲击吸收功Ak与与tk以马氏体高温以马氏体高温回火（回火索氏体）最佳，贝氏体回火组织次之，回火（回火索氏体）最佳，贝氏体回火组织次之，片状珠光体组织最差。片状珠光体组织最差。v球化处理可改善钢的韧性。球化处理可改善钢的韧性。第四节第四节 影响韧脆转变温度的冶金因素影响韧脆转变温度的冶金因素40经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用v马氏体：马氏体：是将钢加热至奥氏体后快速淬火形成是将钢加热至奥氏体后快速淬火形成的高硬度针片状

42、组织，为纪念冶金学家的高硬度针片状组织，为纪念冶金学家Martens而命名。而命名。v马氏体相变的主要特点是是无扩散过程，以类马氏体相变的主要特点是是无扩散过程，以类似于孪生的切变方式形成亚稳态的新相。似于孪生的切变方式形成亚稳态的新相。v不仅在钢中，在其它一些合金系以及纯金属和不仅在钢中，在其它一些合金系以及纯金属和陶瓷材料中都可有马氏体相变，所以目前马氏陶瓷材料中都可有马氏体相变，所以目前马氏体的含义相当广泛。体的含义相当广泛。v贝氏体：贝氏体：是对钢中过冷奥氏体在中温范围转变是对钢中过冷奥氏体在中温范围转变成的亚稳产物而称的，其形貌与形成温度有关，成的亚稳产物而称的，其形貌与形成温度有关

43、，在较高温度形成时呈羽毛状，温度低时则呈针在较高温度形成时呈羽毛状，温度低时则呈针状，前者称为上贝氏体，后者称为下贝氏体。状，前者称为上贝氏体，后者称为下贝氏体。第四节第四节 影响韧脆转变温度的冶金因素影响韧脆转变温度的冶金因素41经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用v在较高强度水平时，如中、高碳钢在较低等温在较高强度水平时，如中、高碳钢在较低等温温度下获得下贝氏体组织，则温度下获得下贝氏体组织，则Ak与与tk优于同强优于同强度的淬火回火组织。度的淬火回火组织。v相同强度水平下，典型上贝氏体的相同强度水平下，典型上贝氏体的tk优于下贝优于下贝氏体。氏体。v在某些马氏体钢中存在奥氏体，可以抑制解理在某些马氏体钢中存在奥氏体，可以抑制解理断裂。断裂。v钢中夹杂物、碳化物等第二相质点对钢的脆性钢中夹杂物、碳化物等第二相质点对钢的脆性有重要影响，无论第二相位于晶界还是独立于有重要影响，无论第二相位于晶界还是独立于基体中，当尺寸增大时材料韧性下降，基体中，当尺寸增大时材料韧性下降，tk升高。升高。第四节第四节 影响韧脆转变温度的冶金因素影响韧脆转变温度的冶金因素42