材料的冲击韧性
材料的冲击韧性和低温脆性
材料的冲击韧性和低温脆性冲击韧性是指材料在受到冲击或者动态载荷时，能够吸收能量并延展变形的能力。
冲击韧性的高低取决于材料的组织结构和成分，具体包括塑性变形的能力、断裂韧性和强度等。
一般来说，高韧性的材料能够吸收更多的冲击能量，从而具有较好的抗冲击性能。
低温脆性是指材料在低温环境下失去延展性和韧性而表现出脆性断裂的现象。
低温脆性的主要原因与材料的晶体结构和化学成分有关。
低温下，材料的原子和分子运动减慢，晶格结构受到约束而不能发生足够的塑性变形。
当应力超过了材料的极限时，材料会发生断裂而失去韧性。
冲击韧性和低温脆性在一些情况下有着密切的关系。
一些材料在低温下，由于低温脆性的影响，其冲击韧性会明显降低。
例如，常用的金属材料如碳钢和铸铁，在低温下会变脆，从而导致其冲击韧性下降。
这对一些低温环境下工作的设备和结构会带来安全隐患。
为了提高材料的冲击韧性和抵抗低温脆性的能力，通常采取以下几种方法：1.合金化：通过加入合适的合金元素来调节材料的组织结构和晶体缺陷，从而改善材料的冲击韧性和低温脆性。
例如，在铝合金中添加适量的锂可以提高其低温强度和塑性。
2.热处理：通过热处理过程来改变材料的晶体结构和组织形态，从而提高材料的冲击韧性和低温韧性。
热处理包括淬火、回火等工艺，可以使材料得到均匀细小的晶粒和相关的析出相，从而提高其延展性和韧性。
3.添加增强相：通过向材料中添加纳米颗粒、纤维等增强相，可以改善材料的力学性能，包括冲击韧性和低温脆性。
这些增强相可以阻碍位错移动和晶格滑移，从而增加材料的塑性变形能力。
4.提高材料的变形能力：通过控制材料的加工过程和热处理工艺，使材料得到均匀细小的晶粒和相关的析出相，从而增加其变形能力。
这样，材料在受到冲击时能够承受更大的变形而不发生断裂。
综上所述，冲击韧性和低温脆性是材料力学性能的两个重要指标，对于材料在不同温度和应力条件下的可靠性和安全性具有重要影响。
通过合金化、热处理、添加增强相和提高材料的变形能力等方法，可以提高材料的冲击韧性和低温脆性，从而满足不同工程应用和环境条件下的需求。
第三章 材料的冲击韧性及低温韧性
三、冲击脆化效应 由于冲击载荷下的应力水平较高，可使许多位 错源同时开动，结果在单晶体中抑制了易滑移阶段 的产生和发展。此外，冲击载荷还增加位错密度和 滑移系数目，出现孪晶，减小位错运动自由行程的 平均长度，增加点缺陷浓度。上述诸点均使金属材 料在冲击载荷作用下塑性变形难以充分进行,导致 屈服强度和抗拉强度提高。
(2)工程意义: ①反映出原始材料的冶金质量和热加工产品质量； ②测定材料的韧脆性转变温度； ③对σs大致相同的材料，根据AK值可以评定材料对 大能量冲击破坏的缺口敏感性。
11
Introductions of Material Properties
2.多次冲击
(1)某种冲击能量A下的冲断周次N； (2)要求的冲击工作寿命N时的冲断能量A 多冲抗力取决于塑性和强度： ①A高时，取决于塑性； A低时，取决于强度。
溶质原子占据溶剂晶格中的结点位臵而形成的固溶体 称臵换固溶体
杂质元素S、P、Pb、Sn、As等使钢的韧性下降。
26
Introductions of Material Properties
3.显微组织的影响 （1）晶粒大小 细化晶粒能使材料韧性增强 韧脆转变温度降低 细化晶粒尺寸是降低 冷脆转变温度的有效措施
Introductions of Material Properties
第三章 材料的冲击韧性及低温韧性
1
Introductions of Material Properties
3.1
冲击弯曲试验与冲击韧性
高速作用于物体上的载荷称为冲击载荷 冲击载荷与静载荷主要区别在于加载速率不同
加载速率即载荷施加于试样的速率，用单位时间内应力 增加的数值表示
（4） T工作≥NDT+67℃（FTP）， σ工作达到σb 发生韧性断裂
材料性能与测试-第3章材料的冲击韧性和低温脆性
低温脆性的危害
❖ 发生脆变时，裂纹的扩展速度可高达1000~3000m/s，无法加以 阻止，无任何征兆。
❖ 1938 年和1940 年, 在比利时的哈塞尔特城和海伦赛贝斯城先后 发生了两次钢桥坍塌事故。经研究，这些事故正是材料的冷脆 造成的。
§3.2 低温脆性
❖ 定义：体心立方或某些密排六方晶体金属及其合金，特别是工程上常用的 中、低强度结构钢，在试验温度低于某一温度tk时，会由韧性状态变为脆 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
§3.1 冲击载荷下金属变形和断裂特点 §3.2 冲击弯曲和冲击韧性 §3.3 低温脆性 §3.4 影响韧脆转变温度的因素
§3.1 冲击载荷下金属变形和断裂特点
冲击载荷和静载荷的区别
加载速率的不同
加载速率：载荷施加于试样或机件时的速率，用单位时间内应力增加
的数值表示。
形变速率可间接反应加载速率的变化。
口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。
屈服强度/MPa
840
700 W
560 Mo
420 Байду номын сангаасe
280
140 Ni
几类不同冷脆倾向的材料
0 200 400 600 800 1000
温度/℃
❖ 测量不同温度下冲击韧性aK(AK)与温度t的关系曲线(AK～t)。tk称为韧脆转
变温度或冷脆转变温度，是安全性指标之一。
(3) FTE(fracture transition elastic)：低阶能和高阶能平均值对应的温度。
➢ 冲击弯曲试验，冲击吸收功-温度曲线 Ak急剧减小；
(4) 以Akv为 20.3 N·m对应的温度作为韧脆转变温度，记为 V15TT。
钢冲击实验报告
一、实验目的1. 了解冲击试验的基本原理和方法。
2. 掌握冲击试验机的操作方法和注意事项。
3. 通过冲击试验，测定材料的冲击韧性，分析材料的脆性转变温度。
4. 比较不同材料的冲击性能，为材料选择提供依据。
二、实验原理冲击试验是评估材料在受到冲击载荷作用时抵抗断裂的能力。
冲击试验的基本原理是利用冲击试验机对试样进行冲击，测定试样在冲击过程中吸收的能量，即冲击吸收功。
冲击吸收功越大，材料的冲击韧性越好。
冲击韧性是指材料在受到冲击载荷作用时，抵抗断裂的能力。
冲击韧性可以通过冲击试验机测定，常用的冲击试验机有摆锤冲击试验机和落锤冲击试验机。
本实验采用摆锤冲击试验机进行冲击试验。
冲击韧性试验中，试样受到冲击后，断口形貌分为三个区域：韧性区、脆性区和过渡区。
韧性区是指试样断裂前发生较大塑性变形的区域，脆性区是指试样断裂前几乎没有塑性变形的区域，过渡区是指韧性区和脆性区之间的区域。
冲击韧性的表示方法有：冲击吸收功（Ak）、冲击韧度（KIC）和冲击韧性（JIC）等。
本实验采用冲击吸收功（Ak）来表示材料的冲击韧性。
三、实验设备1. 冲击试验机：JB-300型摆锤冲击试验机2. 试样：低碳钢、中碳钢、高碳钢等3. 游标卡尺4. 温度计5. 计算器四、实验步骤1. 试样制备：按照国家标准GB/T 229—1994《金属夏比缺口冲击试验方法》制备试样，试样尺寸为10mm×10mm×55mm，缺口为U形或V形。
2. 试样测量：使用游标卡尺测量试样尺寸，精确到0.01mm。
3. 冲击试验：将试样放入冲击试验机的试样夹具中，调整试样位置，使缺口位于冲击方向。
4. 冲击试验机操作：打开冲击试验机电源，调整摆锤高度，使摆锤与试样距离为一定的距离。
按动冲击试验机按钮，使摆锤自由落下冲击试样。
5. 数据记录：记录冲击试验过程中冲击吸收功（Ak）、冲击韧度（KIC）等数据。
6. 冲击试验重复：对同一试样进行多次冲击试验，取平均值作为最终结果。
材料的冲击韧性和低温脆性
（4） 50％FATT（fracture appearance
transition temperature）结晶区面积百分比 的增大,表示材料变脆。通常取结晶状断口面积占 50％时的温度为韧脆转化温度，记为50％FATT
● （5） V15TT――以V型切口冲击试件测定的冲击功AK=15 ft 1bf(20.3N m)对应的温度作为韧脆转化温度，并记为V15TT。 实践经验总结而提出 的方法.
冲 击 试 验 机
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●
● 二、 冲击韧性及其工程意义 ● ● 冲击韧性：材料在冲击载荷的作用下吸收塑性变形功和断裂功
的能力。 ● ● 冲击韧性是数学平均值，实际上缺口截面上的应力应变分布是
极不均匀的，塑性变形和试样所吸收的功主要集中在缺口附近， 取平均值无物理意义。
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●用途： ●1.反映原材料的冶金质量和热加工后产品
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如何确定Tk？ NDT？ 太可怕！ FTP？ 太保守！
以低阶能和高阶能 平均值对应的温度作 为Tk——FTE。
❖以结晶区面积占断口 面积50％的温度作为 Tk——FATT50。但此方 法人为因素较大。
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冲击功 结晶区面积(%)
温度
0 高阶能
低阶能
NDT FTE
100 FTP 50％FATT
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● 第四节 影响材料低温脆性的因素
●
内部因素
化学成分 晶体结构 宏观组织 金相组织
温度
外部因素
加载速率
试样尺寸和形状
•1． 晶体结构的影响： 面心立方晶格的金属，如铜、 铝、奥氏体钢，一般不出现解理断裂而处于韧性状态，
也没有韧-脆转变，其韧性可以维持到低温。
冲击韧性
冲击韧度指标的实际意义在于揭示材料的变脆倾向。
是反映金属材料对外来冲击负荷的抵抗能力，一般由冲击韧性值（ak）和冲击功（Ak）表示，其单位分别为J/cm2和J（焦耳）冲击韧性或冲击功试验（简称"冲击试验"），因试验温度不同而分为常温、低温和高温冲击试验三种；若按试样缺口形状又可分为"V"形缺口和"U"形缺口冲击试验两种。
冲击韧性（冲击值）ak工程上常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定材料抵抗冲击载荷的能力，即测定冲击载荷试样被折断而消耗的冲击功Ak，单位为焦耳（J）。
而用试样缺口处的截面积F去除Ak，可得到材料的冲击韧度（冲击值）指标，即ak=Ak/F，其单位为kJ/m2或J/cm2。
因此，冲击韧度ak表示材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。
ak值的大小表示材料的韧性好坏。
一般把ak值低的材料称为脆性材料，ak值高的材料称为韧性材料。
ak值取决于材料及其状态，同时与试样的形状、尺寸有很大关系。
ak值对材料的内部结构缺陷、显微组织的变化很敏感，如夹杂物、偏析、气泡、内部裂纹、钢的回火脆性、晶粒粗化等都会使ak值明显降低；同种材料的试样，缺口越深、越尖锐，缺口处应力集中程度越大，越容易变形和断裂，冲击功越小，材料表现出来的脆性越高。
因此不同类型和尺寸的试样，其ak或Ak值不能直接比较。
材料的ak值随温度的降低而减小，且在某一温度范围内，ak值发生急剧降低，这种现象称为冷脆，此温度范围称为“韧脆转变温度（Tk）”。
[1]冲击韧性（ ak ）：材料抵抗冲击载荷的能力，单位为焦耳/ 厘米 2 （ J/cm2 ） . 代号：аk单位：J/cm2简介：将冲击吸收功除以试样缺口底部处横截面积所得的商。
注：用夏氏U形缺口试样求得的冲击功和冲击值，代号分别为AkU和akU；用夏氏V形缺口试样求得的冲击功和冲击值，代号分别为AKV和аkV。
用一定尺寸和形状的金属试样，在规定类型的冲击试验上受冲击负荷折断时，试样刻槽处单位横截面上所消耗的冲击功，称为冲击韧性以αk表示。
第三章材料的冲击韧性及低温脆性
2.试验结果
样品破坏前 N ﹤1000～500次者，破坏规律及形态与一 次冲击相同；
样品破坏前 N﹥100000次者，破坏规律及形态与疲劳相 似。可概括为如下一些规律： （1）冲击能量高时，材料的多次冲击抗 力主要取决于塑 性；冲击能量低时，材料的多冲抗力主要取决于强度。 （2）不同的冲击能量要求不同的强度与塑性配合。 （3）材料强度不同对冲击疲劳抗力的影响不同。高强度钢 和超高强度钢的塑性和冲击韧性对提高冲击疲劳抗力有较 大作用；而中、低强度钢的塑性和冲击韧性对提高冲击疲 劳抗力作用不大。
定材料的韧脆转变温度。
一、系列冲击实验与低温脆性
1. 系列冲击试验: 对某些材料，当冲击实验分别在低温、室温和高温下进
行时可以得到一系列冲击值AK（或ak），将这些冲击值与 所对应的实验温度在直角坐标系中标出，然后用光滑曲线 将这些实验数据连接起来，可以得到这种材料冲击韧性与 温度的关系曲线，即AK—t0C或ak-t0C。这种不同温度下的 冲击试验称为系列冲击试验。
4.塑性和韧性随着应变率增加而变化的特征与断裂方式 有关。
§3.2 金属材料的低温脆性
◆上节回顾： ◆冲击弯曲实验，冲击吸收功AK 、冲击韧度aK。 ◆工程意义： 1.反映原材料的冶金质量和热加工产品的质量； 2.评定材料对大能量冲击破坏的缺口敏感性；
3.根据系列冲击试验获得AK与温度的关系曲线，确
Ak T
3.低温脆性产生的原因
宏观原因：
材料低温脆 性的产生与其屈 服强度σS和断 裂强度σ 随温
C
度的变化有关。
微观原因：体心立方金属的低温脆性与位错
在晶体中运动的阻力σI对温度变化非常敏感有 关, 温度下降σI大幅度升高，位错运动难以
进行；体心立方金属的低温脆性还与迟屈服现
冲击韧性名词解释
冲击韧性名词解释
冲击韧性是指材料在受到冲击或外力作用下仍能保持其完整性和强度的能力。
冲击韧性是一个材料的重要力学性能指标，它反映了材料抵抗外力冲击的能力。
冲击韧性可以从两个方面来进行解释。
首先，冲击韧性可以是指材料的抗冲击能力。
即材料在受到高能冲击载荷时，能够承受冲击力并吸收冲击能量，从而减小冲击的破坏程度。
例如，某些合金材料和复合材料具有较高的冲击韧性，能够防止因外部冲击而产生的裂纹和破坏。
其次，冲击韧性还可以指材料的韧性性能。
韧性是指材料在受到外力作用下能够延展和形变的能力。
具有高韧性的材料可以吸收冲击能量并通过塑性变形来分散该能量，从而避免发生断裂。
例如，钢材表现出较高的冲击韧性，它具有良好的塑性和延展性，能够在遭受冲击时变形而不断裂。
冲击韧性的评估通常采用冲击试验来进行。
常见的冲击试验方法有冲击试验机和夏比尔冲击试验等。
在冲击试验中，样品会受到冲击载荷并记录相关数据，如冲击力、冲击时间和变形程度等，从而评估材料的冲击韧性。
冲击韧性的提升可以通过多种方法实现。
一种常见的方法是改变材料的组成和微观结构，例如添加增韧剂、纤维增强剂和颗粒填料等，以提高材料的韧性和抗冲击能力。
此外，优化材料的加工工艺和热处理过程也可以改善材料的冲击韧性。
总的来说，冲击韧性是一个重要的材料力学性能，它直接影响材料的应用范围和安全性能。
通过评估材料的冲击韧性，并采用相应的改进措施，可以提高材料的抗冲击能力和机械性能，以保证产品在受到外部冲击时能够保持完整性和稳定性。
第三章材料的冲击韧性及低温脆性
章 形成的间隙式固溶体。
材
料 的
渗碳体：是铁和碳形成的稳定化合物Fe3C.
冲 击
贝氏体：铁素体和渗碳体的非层片状混合物。铁素体
韧 性
为基，渗碳体为分散的圆形质点。具有硬度、强度、
与 韧性的最佳组合。
低
温 较高温度下形成上贝氏体，粗大。
脆
性
较低温度下形成下贝氏体，细小。
马氏体：含碳低于0.2%的钢，在淬火或快冷条件下， FCC的奥氏体转变为马氏体。无韧性，硬。
能量、强度、塑性都可用来表示tk
第
三
章 当低于某一温度时材料吸收的
材 料
冲击能量基本不随温度而变化，
的 形成一平台（低阶能），以低
冲 击
阶能开始上升的温度定义tk，
韧 NDT—nil ductility temperature，
性 与
即无塑性（零塑性）转变温度。
低
温
脆 性
在 NDT以下，断口有100%
性 c、相同强度水平，上贝氏体的tk高于下贝氏体组织
与 低
（低碳钢低温上贝氏体的韧性高于回火马氏体的韧性）
温
脆
性
d、低温合金钢，经不完全等温处理获得贝氏体和马
氏体的混合组织，其韧性比单一贝氏体或单一马氏
体组织好。
第
三
章 晶粒细小的混合组织。裂纹在此种组织内扩展要多
材 料
次改变方向（多裂纹陶瓷相似）消耗能量较大，故
脆
性
3、以高阶能和低阶能的平均值对应的温度定义tk， FTE（fracture transition elastic）。
第
三 4、以Akv=15呎磅（20.3N·m）
章 材
对应的温度定义tk， V15TT。
第三章 材料的冲击韧性及低温脆性..
二. 韧脆转变温度及其评价方法
NDT（nil ductility temperature）当低于NDT，冲击功不 随温度变化，形成一个平台（低阶能）。 FTP（fracture transition plastic）高于FTP，冲击功不随 温度变化，出现一个上平台 （高阶能）。 FTE（Fracture Transition Elastic）以低阶能和高阶能平 均值对应的温度。 V15TT AKV=15尺磅对应的温度。 50%FATT 放射区占50%时对 应的温度。
韧脆转变温度判据
三. 影响材料低温脆性的因素 1、晶体结构的影响 面心立方金属及其合金一般不存在低温脆性 体心立方金属及其合金存在低温脆性 密排六方金属及其合金部分存在低温脆性 2、化学成分的影响
间隙溶质原子，降低韧性， 提高韧脆转变温度
置换溶质原子影响不明显 杂质原子（S、P、Pb、Sn、 As等）降低韧性
第三章 材料的冲击韧性及低温脆性
冲击载荷与静载荷的主要区别在于加载速度（幅度 和频率）。 应变率 ε =de/dτ e为真应变 静拉伸试验 ε =10-5～10-2 s-1 冲击试验 ε =102～104 s-1 一般情况下 ε =10-4～10-2 s-1，可按静载荷处理。 §3-1 冲击弯曲试验与冲击韧性 一. 冲击弯曲试验 意义：评定材料承受冲击载荷的能力 揭示材料在冲击载荷下的力学行为
断裂分析图（FAD图）
多次冲击抗力的变化规律： 冲击能量高时，多次冲击抗力主要取决于塑性；冲击能 量低时，多次冲击抗力主要取决于强度。 不同冲击能量要求不同的强度和塑性的配合。 一次冲击韧性根据强度的不同，对多次冲击抗力影响程 度不同。
40钢冲击抗 力与性能和 工艺的关系
不同强度时冲断次数 与冲击韧性的关系
冲击韧性冲击韧性
一、冲击韧性
冲击韧性——金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。材料的冲 击韧性用一次摆锤冲击弯曲试验来测定。
试样从一定高度被击断后，缺口处单位横截面面积上吸收的 功，即表示冲击韧度值。
k
Ak So
1
冲击韧性与疲劳强度
冲击实验
2
冲击韧性与疲劳强度
二、疲劳强度
由于所承受的载荷为交 变载荷，零件承受的应力虽 低于材料的屈服强度，但经 过长时间的工作后，仍会产 生裂纹或突然发生断裂。金 属这样的断裂现象称为疲劳 断裂。金属材料抵抗交变载 荷作用而不产生破坏的能力 称为疲劳强度。疲劳极限用 符号R－1表示。
疲劳断裂宏观断口示意图
3
冲击韧性与疲劳强度
提高零件的疲劳强度的措施 •合理选材 •细化晶粒 •均匀组织 •减少材料内部缺陷 •改善零件的结构形式 •减小零件表面粗糙度数值
材料的冲击韧性及低温韧性课件
材料的内部微孔洞和裂纹等缺陷对低温韧性 也有影响。这些缺陷在低温环境下可能导致
材料的脆性断裂。
材料的热处理与加工工艺
材料的热处理可以改变其内部组织结构，进而影响其 低温韧性。例如，淬火可以提高材料的硬度，但可能 降低其韧性。
ห้องสมุดไป่ตู้
加工工艺对材料的低温韧性也有影响。例如，冷加工 可以增加材料的硬度，但可能导致其韧性降低。而适 当的热处理和回火则可以恢复和提高材料的韧性。
智能化制造
未来将采用更加智能化的 制造工艺和方法，以提高 材料的冲击韧性和低温韧 性，并降低制造成本。
THANKS
材料的冲击韧性及低温韧 性课件
目
录
• 材料冲击韧性与低温韧性的关
• 材料冲击韧性及低温韧性的应
01 材料冲击韧性的概述
冲击韧性的定义
01
冲击韧性是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。
02
冲击韧性表征了材料在冲击载荷 下的抗脆断性能。
冲击韧性的重要性
冲击韧性是材料的重要力学性能指标 之一，对于承受冲击载荷的构件和零 件非常重要。
02 材料低温韧性的概述
低温韧性的定义
低温韧性是指材料在低温环境下抵抗冲击断裂的能力。
材料的低温韧性对于其在低温环境下的使用性能至关重要。
低温韧性的重要性
材料在低温环境下使用时，由于温度降低，材料的力学性能 会发生变化，脆性增加，韧性降低。
如果材料不具备足够的低温韧性，就可能在低温环境下发生 脆性断裂，导致设备或结构失效。
深空探测
高低温韧性材料被用于制造深空探 测设备的结构和部件，以承受极端 温度和环境条件的影响。
材料冲击韧性及低温韧性的未来发展趋势
材料的冲击韧性及低温韧性课件
热处理工艺可以改变材料的微观结构和相组成，从而影响其 冲击韧性和低温韧性。例如，对钢进行淬火和回火处理可以 提高其韧性；而对铝合金进行固溶和时效处理则可以提高其 韧性。
复合强化技术
总结词
通过复合强化技术，可以显著提高材料的冲击韧性和低温韧性。
详细描述
复合强化技术包括颗粒增强、纤维增强和相变诱导等。这些技术可以改变材料的 应力分布和塑性变形行为，从而提高其冲击韧性和低温韧性。例如，在钢中加入 碳化硅颗粒可以提高其韧性；在铝合金中加入玻璃纤维可以提高其韧性。
冲击韧性和低温韧性是两个相 互关联的材料性能参数，它们 之间的关系可以用数学模型来 描述。
该模型可以预测材料在不同温 度和冲击载荷下的行为，为材 料的选择和应用提供依据。
通过该模型，可以优化材料的 成分和工艺，以获得更好的综 合性能，满足不同领域的需求 。
04 提高材料冲击韧性和低 温韧性的方法 CHAPTER
冲击韧性的定义
01
冲击韧性是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，它反映了材料抵抗脆性断 裂和韧性断裂的能力。
02
冲击韧性是衡量材料韧性的一个 重要指标，对于工程结构材料， 冲击韧性是一个关键的性能指标 。
冲击韧性的测试方法
01
02
03
冲击试验
通过摆锤式冲击试验机对 材料进行冲击，测量冲断 试样所需的冲击功和冲断 试样所需的功。
05 材料冲击韧性及低温韧 性的应用 CHAPTER
航空航天领域的应用
总结词：关键因素
详细描述：在航空航天领域，材料的冲击韧性和低温韧性是关键因素，直接影响飞行器的安全性能和使用寿命。飞行器在高 速飞行和起降过程中会受到强烈的冲击载荷，同时也会面临极端的温度环境，因此要求材料具备优异的冲击韧性和低温韧性 。
材料的冲击韧性测试与分析
材料的冲击韧性测试与分析冲击韧性是衡量材料在受到外力冲击时能够抵抗破坏的能力。
因此，对于工程材料而言，评估其冲击韧性是至关重要的。
本文将介绍冲击韧性的测试方法以及如何分析测试结果，以帮助读者更好地了解和应用材料的冲击韧性。
一、冲击韧性测试方法1. 查尔斯冲击实验（Charpy Impact Test）查尔斯冲击实验是评估材料冲击韧性的常用方法之一。
它通过在材料样本上施加标准化的冲击载荷，并测量样本断裂前后的能量差来评估材料的抗冲击破坏能力。
具体实验步骤如下：a. 制备标准化的查尔斯冲击试样，一般为准备长方形的试样，其尺寸必须符合相应的标准要求。
b. 将试样安装在冲击试验机上，确保试样的支撑和固定都得到正确的处理。
c. 打击试样，使其受到冲击载荷。
冲击载荷可通过降落重锤或使用冲击台来施加。
冲击试样后，记录下试样断裂前后的能量差。
d. 重复实验，取平均值，并根据相关标准确定材料的冲击韧性。
2. 伊兹德尔冲击试验（Izod Impact Test）伊兹德尔冲击试验与查尔斯冲击实验类似，也是评估材料冲击韧性的常用方法之一。
它同样通过在材料样本上施加标准化的冲击载荷，并测量样本断裂前后的能量差来评估材料的抗冲击破坏能力。
与查尔斯冲击实验的不同之处在于试样的形状和支撑方式。
伊兹德尔冲击试验使用V形槽形的试样，并将其一个端固定在冲击台上。
二、冲击韧性测试结果的分析评估冲击韧性测试结果时，我们需要考虑以下几个方面：1. 断口形貌观察观察材料断口的形貌有助于了解其破坏机制。
一般而言，韧性良好的材料断口会呈现出相对平滑的面貌，而脆性材料的断口则呈现出明显的脆性特征，如沿晶脆断、韧窝等。
2. 断口能量差冲击试验的最终结果通常是样品断裂前后的能量差。
这个能量差越大，表示材料的冲击韧性越好，能够更好地抵抗外力冲击。
3. 温度影响材料的冲击韧性在不同温度下可能会有所变化。
因此，在冲击测试中，可以选取不同的温度条件来评估材料的冲击韧性对温度的敏感性。
钢的冲击韧性 名词解释
钢的冲击韧性名词解释引言：钢是一种广泛应用于建筑、制造、汽车等领域的材料。
而钢的冲击韧性则是评估钢材料在受到外部冲击力时的抗变形和抗断裂能力的重要指标。
本文将详细解释钢的冲击韧性的定义、测量方法以及对工程和设计的重要性。
一、钢的冲击韧性的定义冲击韧性是指材料在受到冲击或高速撞击的情况下，能够吸收能量并延迟断裂破坏的能力。
换句话说，它评估了材料在极端载荷下保持其完整性和可用性的能力。
对于钢材料而言，冲击韧性是评估其可靠性和安全性的关键指标之一。
它告诉我们钢在受到冲击载荷时能够保持结构的强度和稳定性，从而避免灾难性后果的发生。
二、钢的冲击韧性的测量方法有几种常用的方法可以测量钢材料的冲击韧性。
最常见的方法是冲击试验，其中使用冲击试验机以标准冲击能量（通常为Charpy冲击试验或Izod冲击试验）对试样进行试验。
试样位于U型或V型切槽中，并通过落锤冲击试样，以测量在试样断裂前吸收的能量。
根据试样上的脆断面积，可以推断出材料的冲击性能。
三、钢的冲击韧性对工程和设计的重要性1. 结构安全：在一些关键的结构设计中，如桥梁、高层建筑和船舶，考虑到材料在受到外界冲击时的表现是非常重要的。
钢材具有良好的冲击韧性，能够在受到冲击时吸收能量，并减少结构的变形和破坏。
这有助于确保结构的可靠性和安全性。
2. 寿命延长：冲击韧性也对钢材的使用寿命起着重要作用。
钢材在使用过程中，可能会受到冲击（如机械冲击或振动）等不可避免的外力作用。
良好的冲击韧性可以减少材料的疲劳损伤和裂纹形成的风险，从而延长其使用寿命。
3. 减少意外事故：冲击韧性强的钢材也有助于减少事故的发生。
在汽车行业，例如，车辆在发生碰撞时，钢材的冲击韧性可以减少乘客受伤的风险，因为它能够吸收碰撞的能量并保持车辆的形状稳定。
结论：钢的冲击韧性是评估材料在受到外部冲击力时抗变形和抗断裂能力的关键指标。
通过冲击试验等方法可以测量钢材的冲击韧性。
钢材的良好冲击韧性对于保证结构安全、延长使用寿命以及减少意外事故具有重要的影响。
什么是材料的韧性
许多机械构件或零件，在使用过程中往往受到冲击载荷的作用。
如凿岩机、锻造机械、轧钢机、火车桥梁等。
它们受到的是一种作用时间很短、有一定速度的冲击力。
这种情况下，材料抵抗冲击载荷的能力，称为材料的韧性，又叫冲击韧性。
冲击载荷是一种动载荷，构件在冲击载荷下承受的应力叫做冲击应力，它比在静载荷下承受的应力要大得多。
冲击载荷对机械零件或构件的破坏作用也比静载荷危险得多。
冲击载荷本质上是一种能量载荷，材料抵抗冲击载荷能力大小的指标不是用应力表示，而是用吸收的能量（冲击功）来表示的。
材料冲击韧性的大小，是通过冲击试验来测定的。
目前，最经常采用的冲击试验方法，是在摆锤式冲击试验机上，一次锤击有缺口的金属材料试样，然后测量试样单位面积上所消耗的冲击功值，作为材料的冲击韧性值。
一般来说，随着温度的降低金属材料的冲击韧性也会降低而劣化。
在低于一定温度时，金属材料将变脆。
这个温度就称为该材料的脆性一韧性转变温度，或简称为脆性转变温度。
即当金属在这个温度点以下工作时，即使工作应力不大，工件也可能发生脆断而损坏。
例如，1935年前后比利时在Albert运河上建造了大约50座焊接桥梁，这些桥梁在建好后的几年内，不断发生脆断事故。
其中最严重的是1938年Hassled桥的脆断。
该桥为全长74。
5米的焊接结构，在当时气温零下20℃的情况下，整座桥梁断成三段坠入河中。
脆裂是一种不稳定的破坏，它在一定的条件下（如应力、温度和材质）会发生。
工件一旦产生脆性破裂，就会以很高的速度发展，导致设备的严重损坏。
材料的四个强度指标
材料的四个强度指标材料的四个强度指标：抗拉强度、屈服强度、冲击韧性和硬度材料的强度是指材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。
在工程领域中，对于不同的材料，强度是评价其性能和可靠性的重要指标之一。
常用的材料强度指标包括抗拉强度、屈服强度、冲击韧性和硬度。
一、抗拉强度抗拉强度是指材料在拉伸状态下抵抗破坏的能力。
一般来说，抗拉强度越大，材料的抗拉性能越好。
抗拉强度可以通过材料的断裂应力来表示，其单位是帕斯卡（Pa）或兆帕（MPa）。
抗拉强度的大小与材料的化学成分、晶粒结构、加工工艺等因素有关。
例如，高碳钢、合金钢等具有较高的抗拉强度，而铝、铜等金属材料的抗拉强度相对较低。
二、屈服强度屈服强度是指材料在受到外力作用时发生塑性变形的临界点。
在拉伸过程中，当材料的应力达到一定值时，材料会发生塑性变形，即超过了材料的弹性极限。
屈服强度通常以屈服应力来表示，单位也是帕斯卡（Pa）或兆帕（MPa）。
屈服强度是材料设计中非常重要的参数，它决定了材料在正常使用情况下是否会发生塑性变形。
一般来说，屈服强度越高，材料的抗变形能力越强。
不同的材料具有不同的屈服强度，例如，钢材的屈服强度较高，而铝合金的屈服强度相对较低。
三、冲击韧性冲击韧性是指材料在受到冲击载荷时能够吸收能量而不发生破坏的能力。
它反映了材料抵抗外力冲击的能力。
冲击韧性可以通过冲击试验来评估，常用的冲击试验方法包括冲击弯曲试验和冲击拉伸试验。
冲击韧性与材料的断裂韧性密切相关，一般来说，韧性材料具有较好的冲击韧性。
例如，钢材具有较高的冲击韧性，而脆性材料如陶瓷则具有较低的冲击韧性。
四、硬度硬度是指材料抵抗外力对其表面产生的压痕或划痕的能力。
它反映了材料的抗划伤和抗磨损能力。
硬度测试常用的方法有洛氏硬度测试、巴氏硬度测试和维氏硬度测试等。
硬度的大小与材料的强度、组织结构以及晶粒尺寸等因素有关。
一般来说，硬度越大，材料的抗划伤和抗磨损能力越强。
例如，钢材具有较高的硬度，而铝材则相对较低。
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材料的冲击韧性
一、冲击韧性的定义
冲击韧性：当试验机的重摆从一定高度自由落下时，在试样中间开V型缺口，试样吸收的能量等于重摆所作的功W。
若试件在缺口处的最小横截面积为A，则冲击韧性αk为：
式中αk的单位为J/cm2 。
冲击实验有两种：V型和U型，一般情况下V 型冲击功测的数据小于U 型的冲击功值。
钢材的冲击韧性越大,钢材抵抗冲击荷载的能力越强。
αk值与试验温度有关。
有些材料在常温时冲击韧性并不低，破坏时呈现韧性破坏特征。
但当试验温度低于某值时，αk突然大幅度下降，材料无明显塑性变形而发生脆性断裂，这种性质称为钢材的冷脆性
冲击韧性是一个对材料组织结构相当敏感的量,所以提高材料的冲击韧性的途径有:改变材料的成分,如加入钒,钛,铝,氮等元素,通过细化晶粒来提高其韧性,尤其是低温韧性;提高材料的冶金质量,减少偏析,夹渣等。
二、缺口冲击试验的应用
缺口冲击韧性试验的应用，主要表现在两方面：
1．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。
2．用来评定材料的冷脆倾向。
而评定脆断倾向的标准常常是和材料的具体服役条件相联系的。
在这种情况下所提出的材料冲击韧性值要求，虽然不是一个直接的服役性能，但应理解为和具体服役条件有关的性能指标。
材料因温度的降低导致冲击韧性的急剧下降并引起脆性破坏的现象叫作冷脆。
可将材料的冷脆倾向归结为3种类型，如图2-15所示。
三．冷脆转化温度的评定
工程上希望确定一个材料的冷脆转化温度，在此温度以上只要名义应力还处于弹性范围，材料就不会发生脆性
破坏。
在冷脆转化温度的确定标准
一旦建立之后，实际上是按照冷脆
转化温度的高低来选择材料。
例如，
有两种材料A和B，在室温以上A
的冲击韧性高于B，但当温度降低
时，A的冲击韧性就急剧下降了，如
按冷脆转化温度来选择材料时应选
材料B，见图2-16。
(1)断口形貌特征:在这种类型时，使用得最多的称为断口形貌转化温度FATT，是根据断口上出现50％纤维状的韧性断口和50％结晶状态的脆性断口作标准的。
和静拉伸断口一样，冲击试样断口一般也存在三个区域，见冲击试样断口形貌图。
(2)能量标准:以某一固定能量来确定脆化温度。
(3)断口的变形特征:将缺口试样冲断时，缺口的一侧收缩，另一侧膨胀，测量两侧面的边长，以边长差值为0.38作为冷脆转化温度。
理论上讲，材料的脆性转变温度可通过实验进行测试，得到该种材料在不同温度下的冲击功，当相邻两冲击功下降到一半时所对应的温度可认为是该种材料的冷脆转化温度。
当该种材料的使用环境温度大于冷脆转化温度，我们可认为该材料不会发生冷脆。
四、影响材料脆性断裂的冶金因素
1．材料成份:含碳量对钢的韧-脆转化曲线的影响见图2-18。
随着钢中含碳量的增加，冷脆转化温度几乎呈线性地上升，且最大冲击值也急剧降低。
钢的含碳量每增加0.1％，冷脆转化温度升高约为13.9℃。
钢中含碳量的影响，主要归结为珠光体增加了钢的脆性。
2.晶粒大小:细化晶粒一直是控制材料韧性避免脆断的主要手段。
理论与实验均得出冷脆转化温度与晶粒大小有定量关系。
如图2-19所示。
3.显微组织:在给定强度下，钢的冷脆转化温度决定于转变产物。
就钢中各种组织来说，珠光体有最高的脆化温度，按照脆化温度由高到低的依次顺序为：珠光体，上贝氏体，铁素体下贝氏体和回火马氏体。
五．结论
1.冲击功与温度之间没有近似的关系，不同的材料曲线变化不一致，即使是同种材料由于制作工艺、扎制方法不同曲线也不同，该曲线是通过实验测得，可近似为S形，每种材料的转折点各不相同，甚至相差很远。
2.理论上讲，材料的脆性转变温度可通过实验进行测试，得到该种材料在不同温度下的冲击功，当相邻两冲击功下降到一半时所对应的温度可认为是该种材料的冷脆转化温度。
当该种材料的使用环境温度大于冷脆转化温度，我们可认为该材料不会发生冷脆。
3.冲击韧性是一个对材料组织结构相当敏感的量,所以提高材料的冲
击韧性的途径有: 1）改变材料的成分,如加入钒,钛,铝,氮等元素,通过细化晶粒来提高其韧性,尤其是低温韧性; 2）提高材料的冶金质量,减少偏析,夹渣等。
4.0°冲击功不能取代-20°冲击功。
原因：0°冲击功即使定得再高也不能反映该种材料的低温冷脆性。
任何一种钢材都有一个转折点，即一个上平台和下平台，当一但达到冷脆转化温度，材料会很快出现断裂。
5.0°冲击功和-20°冲击功在制作成本上基本相差不大，不同的是
-20°冲击功的材料在合金元素的控制、型材的扎制方向、制造质量稍微严格，当工艺稳定后上两种冲击功的材料在制作成本上应不会有太大的差异，仅仅是顺应市场上的要求规定了不同要求的冲击功有不同的价格。