金属在冲击载荷下的力学性能
金属行业金属材料的力学性能测试方法
金属行业金属材料的力学性能测试方法金属材料的力学性能测试是金属行业中非常重要的一项工作，它可以用来评估金属材料的力学性能，帮助我们了解这些材料在实际应用中的表现和可靠性。
本文将介绍几种常用的金属材料力学性能测试方法，并对其原理和应用进行详细说明。
一、拉伸试验拉伸试验是测量金属材料在拉伸过程中的力学性能的一种常用方法。
它通过施加拉伸载荷并记录应力和应变的变化来评估材料的强度、延展性和韧性等指标。
在拉伸试验中，常用的测试参数包括屈服强度、断裂强度、断裂延伸率等。
二、硬度测试硬度测试是评估金属材料硬度的方法之一，它可以用来衡量金属材料抵抗形变和破坏的能力。
常见的硬度测试方法有洛氏硬度测试、巴氏硬度测试和维氏硬度测试等。
这些测试方法都通过施加一定压力并测量材料表面的印痕或弹痕来评估材料的硬度。
三、冲击试验冲击试验是评估金属材料在受冲击载荷下的抗冲击性能的方法之一。
常用的冲击试验方法包括冲击弯曲试验和冲击拉伸试验等。
这些试验通过施加冲击力并记录材料的断裂形态和断裂能量来评估材料的韧性和抗冲击能力。
四、压缩试验压缩试验是测量金属材料在受压载荷下的力学性能的方法之一。
它可以用来评估金属材料的强度、稳定性和抗压能力等指标。
在压缩试验中，常用的测试参数包括屈服强度、最大压缩应力和压缩模量等。
五、扭转试验扭转试验是测量金属材料在扭转载荷下的力学性能的一种常用方法。
它可以用来评估金属材料的刚度、强度和韧性等指标。
在扭转试验中，通过施加扭矩并记录应力和应变的变化来评估材料的扭转性能。
总结：金属行业中，对金属材料的力学性能进行测试是非常重要的工作。
本文介绍了几种常用的金属材料力学性能测试方法，包括拉伸试验、硬度测试、冲击试验、压缩试验和扭转试验等。
通过这些测试方法，我们可以全面了解金属材料的力学性能，为金属行业的生产和应用提供科学的依据。
在实际应用中，可以根据具体需求选择合适的测试方法，以确保金属材料的安全可靠性。
金属在冲击载荷下的力学性能
(3) 在一定条件下，用试样测得的tk，因 和实际结构工况无直接联系，不能说明该材 料构成的机件一定在该温度下脆断。
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§3.4 影响韧脆转变温度的冶金因素
一、晶体结构的影响 1、bcc、hcp金属及合金存在低温脆性。 2、fcc金属及合金在常规使用温度下一般
另外，对于有缺口试样，由于缺口截面 上应力分布极不均匀，塑性变形消耗的功主 要集中在缺口附近，取平均值无意义，所以ak 是一个纯数学量。
直接用Ak更有意义。
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(4) Ak 、ak不能真实反映一般零件承受上 千万次冲击载荷的能力
只有承受大能量冲击的零件，如炮弹， 装甲板等，才是一次或少数次即断裂，Ak才 可能化为材料对冲击载荷的抗力指标。但大 部分零件的工作状态还承受小能量多次重复 冲击，此时设计要用小能量多冲击试验。
缺口。 脆性材料不开缺口：陶瓷、铸铁、工具
钢等。 标准试样尺寸：10mm×10mm×55mm。
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二、冲击吸收功和冲击韧度
1、冲击吸收功 Ak 为冲断试样过程中所消耗的功。
2、缺口(无缺口)试样的冲击值(冲击韧度)ak
ak
Ak F
F：试样缺口(折断处)的原始截面积。
8/29 3、讨论 (1) 通常将Ak 、ak作为衡量材料抵抗冲击
而材料的解理断裂强度却随温度的变化很小， 两者相交于tk。
图3-1 屈服强度和解理断裂强度随温度的变化
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当t>tk时，σc>σs，随外力↑，先屈服，后 断裂→韧性断裂。
当t<tk时，σc<σs，外加应力先达到σc，(屈 服的同时发生断裂)为脆性断裂。
金属力学性能之韧性指标
韧性：金属在断裂前吸收变形能量的能力称为韧性指标。
①冲击韧性：金属材料在冲击载荷作用下，抵抗破坏的能力或者说断裂时吸收冲击功的能量大小，它表示材料对冲击负荷的抗力。
目前均采用冲击吸收功AKV表示，单位J试样：U型缺口—时效冲击时用V型缺口 AKV表示，V型缺口在锅炉压力容器的检验中应用较多。
时效冲击将试件拉伸残余变形10%（低碳钢），5%（低合金钢）后加热250° 10℃保温一小时后再作冲击，试验采用U型缺口，得出a kus时效冲击值。
（1）脆性转变温度：T k我们把使材料的冲击韧性显著降低的温度叫做脆性转变温度。
因为冲击韧性与试验温度有关，材料在低温下会出现由塑料状态转变为脆性状态，冷脆性转变温度的高低是金属材料质量指标之一。
冷脆转变温度越低的材料其材料的低温冲击性能越好，北方寒冷地区必须具有更低的冷脆转变温度才能保证安全，所以在-20℃以下的地区所有焊件都要求低温冲击韧性。
冷脆温度的测定目前可使用三种方法：①能量准则法②断口形貌准则法③落锤试验法所测试样发生脆性断裂的最高温度称为无塑性转变温度NDT。
钢材的最低允许工作温度应高于无塑性转变温度。
（注意与NDT无损探伤试验相区别）试样在冲击断裂过程中是一个裂纹发生和发展的过程，如果塑变能够发生在断裂的前面，阻止裂纹的扩展而裂纹的继续发展就需要消耗更多的能量。
因此冲击韧性的高低取决于材料有无迅速塑性变形的能力。
a k值对材料内部组织及缺陷较其他方法更为敏感，能够灵敏地反映出材料品质、宏观缺陷和显微组织方面的变化。
此外冲击实验迅速、方便，所以是质量检验的有效方法。
例如：对白点、温度敏感（时效冲击）。
②断裂韧度由于在高强度材料中时常发生低应力脆性断裂。
实际上材料远非是均匀的、连续的各向同性的其组织中存在微裂纹、夹杂、气孔等缺陷可看作是裂纹，在外力作用下，在裂纹尖端附近便出现应力集中，根据断裂力学对裂纹尖端应力场的分析，应力场的强弱主要取决与一个力学参数——应力强度因子K I当拉应力逐渐增大或裂纹逐渐扩展时，K I也随之增大，当K I增大到某一临界值时，试样中的裂纹会突然失稳扩展，导致断裂。
金属在冲击载荷下的力学性能资料
第3章 材料在冲击载荷下的力学性能
材料性能学1一14周第三章金属在冲击载荷下的力学性能许多机器零件在服役时往往受到冲击载荷的作用，如火箭的发射、飞机的起飞和降落、汽车通过道路上的凹坑以及金属压力加工（铸造）等，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，就需要进行相应的力学性能试验。
冲击载荷和静载荷的区别在于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：单位时间的变形量。
加载速率提高，形变速率也增加。
相对形迹速率也称为应变速率，即单位时间内应变的变化量。
冲击载荷2－104s-1 de10d静载荷10-5－10-2s-1一、冲击载荷下金属变形和断裂的特点冲击载荷下，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。
由于冲击过程持续时间短，测不准确，难于按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换为机件内的弹性能，再按能量守恒法计算。
冲击弹性变形（弹性变形以声速传播，在金属介质中为4982m/s）能紧跟上冲击外力（5m/s）的变化，应变速率对金属材料的弹性行为及弹性模量没有影响。
应变速率对塑性变形、断裂却有显著的影响。
金属材料在冲击载荷下难以发生塑性变形。
1.1 应变速率对塑性变形的影响金属材料在冲击载荷作用下塑性变形难以充分进行，主要有以下两方面的原因：1. 由于冲击载荷下应力水平比较高，使许多位错源同时起作用，结果抑制了单晶体中易滑移阶段的产生与发展。
2. 冲击载荷增加了位错密度和滑移系数目，出现孪晶，减小了位错运动自由行程平均长度，增加了点缺陷的浓度。
纯铁的应力－应变曲线1－冲击载荷1.2 应变速率对强度的影响2－静载荷静载荷作用时：塑性变形比较均匀的分布在各个晶粒中；冲击载荷作用时：塑性变形则比较集中于某一局部区域，反映了塑性变形不均匀。
这种不均匀限制了塑性变形的发展，导致了屈服强度、抗拉强度的提高。
金属冲击试验实验报告
一、实验目的1. 了解金属冲击试验的基本原理和方法。
2. 通过冲击试验，测定金属在不同温度下的冲击吸收功，分析其冲击韧性和韧脆转变温度。
3. 比较不同金属的冲击性能，为金属材料的应用提供参考。
二、实验原理金属冲击试验是一种常用的力学性能试验方法，用于测定金属在冲击载荷作用下的力学性能。
冲击试验原理如下：1. 冲击试验采用摆锤冲击试验机进行，摆锤的势能转化为试样的冲击能，使试样在冲击过程中产生断裂。
2. 试样在冲击过程中吸收的能量称为冲击吸收功（Ak），其计算公式为：Ak = 1/2 mgh，其中m为摆锤质量，g为重力加速度，h为摆锤高度。
3. 通过测定冲击吸收功，可以分析金属的冲击韧性和韧脆转变温度。
三、实验材料与设备1. 实验材料：低碳钢、T8钢、工业纯铁。
2. 实验设备：金属摆锤冲击试验机、游标卡尺、温度计、冲击试样。
四、实验步骤1. 准备试样：将实验材料加工成标准冲击试样，试样尺寸符合GB/T 229-1994《金属夏比缺口冲击试验方法》的要求。
2. 设置试验参数：根据实验要求，调整冲击试验机的摆锤能量和冲击速度。
3. 进行冲击试验：将试样放置在冲击试验机的支座上，缺口位于冲击相背方向，并使缺口位于支座中间。
调整摆锤高度，使摆锤获得一定的势能，然后释放摆锤进行冲击试验。
4. 测量冲击吸收功：记录摆锤冲击试样后剩余的高度，计算冲击吸收功。
5. 测量试样温度：在冲击试验过程中，实时测量试样温度，分析金属的韧脆转变温度。
五、实验结果与分析1. 冲击吸收功：根据实验数据，绘制不同金属在不同温度下的冲击吸收功曲线，分析其冲击韧性和韧脆转变温度。
2. 冲击韧度：根据冲击吸收功，计算不同金属的冲击韧度，比较其冲击性能。
3. 韧脆转变温度：根据冲击吸收功曲线，确定不同金属的韧脆转变温度。
六、实验结论1. 低碳钢、T8钢和工业纯铁在不同温度下的冲击吸收功存在明显差异，说明不同金属的冲击性能存在差异。
2. 低碳钢的冲击韧度最高，T8钢次之，工业纯铁最低。
第4章_金属在冲击载荷下的力学性能
第4章金属在冲击载荷下的力学性能◆4.1 冲击载荷下金属变形和断裂的特点◆4.2 冲击弯曲和冲击韧性◆4.3 低温脆性◆4.4 影响韧脆转变温度的冶金因素许多机器零件在实际工作中要受到冲击载荷的作用，如冲床、锻锤、汽车行驶通过道路上的凹坑、飞机起飞和降落等。
冲击载荷属于动态载荷，而且，温度降低和加载速度提高都会增加材料的脆断倾向。
本章主要讨论冲击载荷作用下材料的性能评定和冷脆倾向及其影响因素。
4.1 冲击载荷下金属变形和断裂的特点一、加载速率冲击载荷与静载荷的主要区别：加载速率不同 加载速率：载荷施加于机件的速率，用单位时间内增加的应力表示(σ=d σ/dt )，单位为MPa/s 。
冲击载荷加载速率佷高静载荷加载速率低形变速率：单位时间内的变形量。
加载速率↑，形变速率↑二、形变速率用形变速率可以间接地反映加载速率。
表示方法绝对形变速率：单位时间内试件长度的增长率V =dl /dt ，单位为m/s相对形变速率(应变速率)：单位时间内应变的变化量de d ετ∙=（e —真应变）三、加载状态划分现代机械中，不同机件的应变速率范围：10−6/s ~106/s •静载：应变速率在 ≤ 10−5/s 范围，金属材料的力学性能变化不明显；•准静态： ＝10−5/s ~ 10−2/s （相当于静载）；•动态： ≥ 10−2/s ，金属材料的力学性能变化明显。
必须考虑加载速度对力学性能的影响。
ε∙ε∙ε∙静拉伸试验 ：10−5/s ~ 10−2/s冲击试验 ： 102/s ~ 104/s四、形变速率对弹性变形的影响弹性变形受应变速率影响不大原因：弹性变形传播速度较快，是以声速在介质中传播；普通摆锤冲击试验时绝对变形速度：5~5.5m/s冲击弹性变形总能紧跟上冲击外力的变化因此，弹性变形可以及时响应冲击载荷。
应变速率对金属的弹性行为及弹性模量不会产生影响。
五、形变速率对塑性变形的影响形变速率对塑性变形及断裂过程有显著影响。
第三章 金属在冲击载荷作用下的力学性能.
具有面心立方结构的金属材料如Cu、Al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
低于断裂强度，所以冷脆倾向不明显。
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
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。
体心立方金属的低温脆性还与迟屈服现象有关。 迟屈服即对材料施加一高速载荷到高于σs，材料并 不立即产生屈服，而需要经过一段孕育期(称为迟屈 服时间)才开始塑性变形。在孕育期中只产生弹性变 形，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。
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 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。 高分子材料，如PVC(聚氯乙稀)、ABS(丙烯腈-丁 二烯-苯乙烯)、PS(聚苯乙烯)、LDPE(低密度聚乙 烯)等，也会发生低温脆性。
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
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。
冲击功＝（冲击弹性功＋塑性功＋撕裂 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。
三、冲击韧度的工程意义
表示材料韧度的性能指标共有三个：冲击 韧度（第三章）、断裂韧度（第四章）、静力 韧度（第一章）分别用来评价材料在冲击载 荷、有裂纹的情况下静载荷、静拉伸载荷条件 下材料的韧度。
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，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 纤维状变为结晶状的现象，称为低温脆性
或冷脆。
第03章-金属在冲击载荷下的力学性能.复习进程
§3.3 低温脆性及韧脆转变温度
一、低温脆性现象 低温下，材料的脆性急剧增加。
esp.,对压力容器、桥梁、汽车、船舶的 影响较大。
实质为温度下降，屈服强度急剧增加 。
F.C.C金属，位错宽度比较大，一般 不显示低温脆性。
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二、韧脆转变温度
判断标准 冲击能量 低阶能对应的t1－NDT（无塑性或零塑性转变
图中各条曲线对应不同裂纹尺寸的σc –t曲线。 AC线，小裂纹的的σc –T曲线，位于σs线以上； BC线，长裂纹的σc –T曲线，与σs点相交于B点-对 应的温度即为FTE（弹性断裂转变温度 ）。 C点对应的坐标为σb和FTP（塑性断裂转变温度）。 因为在NDT附近有一不发生脆性破坏的最低应力， 于是得到A’点。 A’BC线-断裂终止线（CAT），表示不同应力水平 下脆性断裂扩展的终止温度。
弹性变形的速度4982m/s（＞声速）, 普通摆锤冲击试验的绝对变形速度5～5.5m/s。这样冲击弹性 变形总能紧跟上冲击外力的变化
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二、影响冲击性能的微观因素
（1）位错的运动速率↑，派纳力增大，滑移临界切应力↑，金属产 生附加强化。参见图1-12.
（2）同时开动的位错源增加，增加位错密度，提高滑移系数目，塑变 极不均匀，限制了塑性变形的发展，导致屈服强度提高（多）、抗 拉强度提高（少）。参见图1-12.
•
材料塑性与 之间无单值依存关系。大多情况下，冲击时的塑性比 静拉伸的要低。高速变形时，某些金属可显示较高塑性（如密排六 方金属爆炸成型）
•
塑性和韧性随 提高而变化的特征与断裂方式有关。 如在一定加载规范和温度下，材料产生正断（因为切变抗力增加很大
）则，则随c断裂应•↗力而↗ c，变但化塑不性大可，能塑不性变随，• 也↗可而能↘。提如高材。料产生切断，
材料力学性能第三章
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第一节 冲击载荷下金属变形和断裂的特点
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。 由于冲击过程持续时间短，测不准确，难于 按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 转换为机件内的弹性能，再按能量守恒法计 算。
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冲击吸收功Ak的大小不能真正反映材料的 韧脆程度：
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， 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。 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 同试验机上测得的Ak值相差10-30%。
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第三节 低温脆性
一、低温脆性现象 定义：
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，特别是工程上常用的中、低强度结构钢（铁 素体-珠光体钢）， 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，断口特征由纤 维状变为结晶状，这就是低温脆性。
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低温脆性是材料屈服强 度随着温度的降低急剧 增加的结果。 见右图，屈服点随着温 度的下降而升高，但材 料的解理断裂强度随着 温度的变化很小， 两线交点对应的温度就 是tk。
第三章冲击载荷下力学性能
3.1 冲击载荷下金属变形与断裂特点
3.1.1 几个概念 加载速率：指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。
dσ/dt ，单位为MPa／s。 变形速率：单位时间内的变形量。
绝对变形速率：单位时间内试件长度的增 长率V=dl/dt，单位为m／s。
相对变形速率：应变速率，ε=de/dt，单位为 s-1。
Ak 冲击功， An 净断面积。
V型缺口：冲击韧性值：aKV = AK /An 。
3.2.1 冲击试样
3.2.3 缺口冲击韧性的意义及应用
缺口试样的断裂可能经历三个阶段：裂纹
缺口试件的冲击断裂可能要吸收三部分能量：
裂纹形成能、亚临界扩展能、断裂能。
研究低温脆性的主要问题是确定韧脆-转化温度。 实验方法介绍：将试件冷却到不同的温度测定冲击
功AK，得到断口形貌特征与温度的关系曲线。然后按
一定的方法确定韧脆转化温度。
能量法：有下列几种：
(1)以V型缺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。
c.增加镍含量，细化晶粒，形成低碳马氏体和回火索 氏体，消除回火脆性等，将降低韧脆转化温度；
d.增加钢中镍、铜含量，有利于提高低阶能．
具体用途有：
①评定原材料的冶金质量和热加工后的半成品质量 ，通过测定冲击韧性和断口分析，可揭示原材料中 夹渣、气泡、偏析、严重分层等冶金缺陷和过热、 过烧、回火脆性等锻造以及热处理缺陷等；
②确定结构钢的冷脆倾向及韧脆转变温度；
③冲击韧性反映着材料对一次和少数次大能 量冲击断裂的抗力，因而对某些在特殊条件 下服役的零件，如弹壳、防弹甲板等，具有 参考价值：
Chapter 3 金属在冲击载荷下的力学性能
可见： 凡是使ζ c↑的因素，都使tk↓——有利 凡是使ζ s↑的因素，都使tk↑——不利
3 韧脆转变温度的确定 韧性 —— 材料塑性变形和断裂全过程吸收 能量的能力，是强度、塑性的综合表现，故 可用断裂消耗的功、断裂后塑性变形的大小、 断口形貌等确定tk 。 (1) 以低阶能定义tk，NDT (nil ductility temperature) ——无塑性或零塑性转变温度 ——低于NDT,断口由100%结晶区组成。
(3)改变零件的几何形状和尺寸
随工件尺寸的↑，Ak↓，tk↑。 原因： (1)工件尺寸↑，缺陷几率↑，脆性↑ (2)试样越大，越易从单向―三向应力 三向等拉伸最硬，故最脆。 小试样，尤薄试样，塑性区大，脆性↓。 厚试样，塑性区小，脆性↑。 大型构件或零件易发生脆性断裂
防止脆性断裂的主要措施：
(1)根据工作温度选择材料；
(2)限制缺陷尺寸和工作应力；
(三) 冲击弯曲试验用途
1、能反映原材料的冶金质量质、宏观
缺陷、显微组织敏感
2、根据冲击试验得到Ak(ak)－T曲线，测定材
料的韧脆转变温度，从而可以评定材料的低 温脆性倾向。
回火脆性
热脆现象
第三节
低温脆性
一、金属材料的典型冲击值—温度曲线 原因：单一温度下 的韧性指标并不能 准确代表完整、真 实韧性
1、温度
从系列冲击试验可得，有几个脆性区： 冷脆区、蓝脆、重结晶脆性。
蓝脆：
溶质原子（C，N）对位错的跟踪钉扎。
——注：静载荷下该温度降至300℃左右
重结晶脆性：
在 A1-A3 区内出现的脆性称重结晶脆性。 与钢处于两相混合组织区有关。
2、冲击速率
冲 击 速 率 ↑ ，
tk↑，脆性↑。
工程材料力学性能3
变速率，绝对单位为 m/s。相对形变速率是单位时间内真应变的变化量，也称为应变率，以 ε& 表
示，
ε& = de dt
单位为 s −1 ，常用的是相对形变速率。
一般地，应变率小于 10-2 s −1 金属力学性能没有明显变化，可以按静载荷处
理；应变率大于 10-2 s −1 （爆炸 104~106s-1），力学性能发生明显变化，金属材料
出现变脆趋势，此时需要考虑冲击载荷对金属力学行为和力学性能的影响。
第一节 冲击载荷下金属变形和断裂的特点 一、冲击载荷对弹性变形的影响
弹性变形在介质中以声速传播，钢中的声速约为 5×103m/s，而普通机械冲击 时的绝对形变速率在 103m/s 以下（摆锤冲击试样的速度约为 4.0~5.5 m/s），弹性 形变速率高于加载形变速率，所以对弹性性能没有影响。 二、冲击载荷对塑性变形和断裂的影响
体心立方金属及其合金存在低温脆性。 2、化学成分 （1）降低钢中的 C、P 含量；细化晶粒，热处理成低碳马氏体和回火素氏体，
可提高高阶能；
（2）增加钢中的 C、P、O 含量，Si、Al 含量超过一定值以及应变时效（需解释
应变时效的概念）等，降低高阶能； （3）钢中的 C、P、O 含量高，Si、Al 含量超过一定值，晶粒粗大，形成上贝氏
晶粒细化可以提高钢的断裂强度，降低韧脆转变温度。可以认为晶粒细化对
材料的力学性能有利而无害。 4、外部因素 （1）提高应变速率有类似降温的效果，使脆性转变温度提高； （2）试样尺寸增大，韧性下降，断口中纤维区面积减小，韧脆转变温度提高； （3）应力状态越硬，材料的塑性、韧性越低，韧脆转变温度也越高； （4）形变强化使屈服强度σ s 增大，韧脆转变温度升高；
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第三章 金属在冲击载荷下的力学性能
冲击：以很大的速度将负荷作用到机时间内应变的变化量s-1
静拉伸试验 105 ~ 102 s1
冲击试验 102 ~ 104s1
静载荷处理 104 ~ 102s1 力性未显著变化
节奏划分。2．以四人小组为单位，组内互助解疑，并尝试用“直译”与“意译”两种方法译读文章。3．教师选择疑难句或值得翻译的句子，请学生用两种翻译方法进行翻译。翻译示例：若夫日出而林霏开
，云归而岩穴暝，晦明变化者，山间之朝暮也。野芳发而幽香，佳木秀而繁阴，风霜高洁，水落而石出者，山间之四时也。直译法：那太阳一出来，树林里的雾气散开，云雾聚拢，山谷就显得昏暗了，朝则
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三、显微组织的影响
1、晶粒大小的影响 晶粒尺寸↓，亚晶尺寸↓，胞状结构尺寸↓，
使Ak↑，ak↑，tk↓。
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tk ln B ln C ln d 2
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细化晶粒提高韧性的原因
(1) 晶界是裂纹扩展的阻力。d↓，阻力↑， 脆性↓。
(2) d↓，位错塞积群长度↓，应力集中↓， 不易产生解理裂纹，脆性↓。
11 醉翁亭记
1．反复朗读并背诵课文，培养文言语感。
2．结合注释疏通文义，了解文本内容，掌握文本写作思路。
3．把握文章的艺术特色，理解虚词在文中的作用。
4．体会作者的思想感情，理解作者的政治理想。一、导入新课范仲淹因参与改革被贬，于庆历六年写下《岳阳楼记》，寄托自己“先天下之忧而忧，后天下之乐而乐”的政治理想。实际上，这次改革，受
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三、冲击弯曲试验用途
1、能反映原材料的冶金质量和热加工后 的产品质量—ak对材料品质、宏观缺陷、显微 组织敏感；
2、根据冲击试验得到Ak(ak)－T曲线，测 定材料的韧脆转变温度，从而可以评定材料 的低温脆性倾向；
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。
缺口。 脆性材料不开缺口：陶瓷、铸铁、工具
钢等。 标准试样尺寸：10mm×10mm×55mm。
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二、冲击吸收功和冲击韧度
1、冲击吸收功 Ak 为冲断试样过程中所消耗的功。
2、缺口(无缺口)试样的冲击值(冲击韧度)ak
ak
Ak F
F：试样缺口(折断处)的原始截面积。
8/29 3、讨论 (1) 通常将Ak 、ak作为衡量材料抵抗冲击
另外，对于有缺口试样，由于缺口截面 上应力分布极不均匀，塑性变形消耗的功主 要集中在缺口附近，取平均值无意义，所以ak 是一个纯数学量。
直接用Ak更有意义。
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(4) Ak 、ak不能真实反映一般零件承受上 千万次冲击载荷的能力
只有承受大能量冲击的零件，如炮弹， 装甲板等，才是一次或少数次即断裂，Ak才 可能化为材料对冲击载荷的抗力指标。但大 部分零件的工作状态还承受小能量多次重复 冲击，此时设计要用小能量多冲击试验。
性模量无影响；
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(4) 冲击载荷下，屈服强度和变形抗力提 高；
(5) 塑性变形的不均匀增加，尤其是多晶 体金属—塑性变形往往集中在某些晶粒内。
原因：冲击瞬间位错运动的应力 ↑↑→许多位错源同时开动→位错密度↑ → 派纳力↑→滑移的临界切应力↑，满足条件 的晶粒少。
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§3.2 冲击弯曲和冲击韧性
(3) d↓，晶粒中心与边缘变形的不均匀性↓， 不易产生裂纹，脆性↓。
(4) 晶界总面积增加，杂质浓度减少，避免 产生沿晶脆断。
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2、金相组织的影响
(1) 单相的Ak高于复相合金。 特殊：高碳回火马氏体中分布少量残余奥 氏体—冲击性能较高，韧脆转变温度低。
(2) 第二相越细小，均匀分布，Ak↑，韧脆 转变温度低。
而材料的解理断裂强度却随温度的变化很小， 两者相交于tk。
图3-1 屈服强度和解理断裂强度随温度的变化
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当t>tk时，σc>σs，随外力↑，先屈服，后 断裂→韧性断裂。
当t<tk时，σc<σs，外加应力先达到σc，(屈 服的同时发生断裂)为脆性断裂。
可见
凡是使σc↑的因素，都使tk↓——有利。 凡是使σs↑的因素，都使tk↑——不利。
(3) 球状第二相Ak>片状或网状第二相的Ak。 (4) 第二相与基体性能越接近，Ak↑，韧脆 转变温度低。
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3、内部缺陷的影响 内部缺陷使Ak↓。
4、表面状态的影响 同一材料，Akv <Aku<光滑试样的Ak。
四、强度等级的影响
1、中、低强度钢冷脆转变明显。 2、高强度钢没有明显的冷脆转变：其本身 Ak就较低。
优点：反应了裂纹扩展变化的特征，与
断裂韧度KIC急剧变化的温度较好对应。
缺点：测量受人为影响较大。
20/29 3、韧脆转变温度的意义
(1) tk也是材料的韧性指标，因为它反映 了温度对韧脆性的影响。
(2) tk与δ、ψ、Ak(ak)、NSR一样，也是安 全性指标，从韧性角度选材的重要依据之一， 可用于抗脆断设计。
载荷作用的力学性能指标，Ak 、ak值越大，材 料的韧性越好。
(2) 无论Ak还是ak均不能完全真正反映材料 的韧脆程度。
Ak＝试样断裂吸收的能量+试样掷出功+机 座振动功＋……
＝弹性变形功Ae+塑性变形功Ap+断裂功Ad。
对韧性有贡献。
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(3) ak物理意义不明确 除了与材料本性有关外，很大程度上取 决于参加塑性变形的体积而不仅仅是缺口(折 断处)的原始截面积；
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二、韧脆转变温度的确定
由于韧性是强度、塑性的综合表现，故可 用断裂消耗的功、断裂后塑性变形的大小、断 口形貌等确定tk 。
1、按能量定义tk (1) 以低阶能定义tk，NDT (nil ductility
temperature)——无塑性或零塑性转变温度。 低于NDT，断口由100%结晶区组成。
(3) 对于低温下服役的机件，依据tk可以 直接或间接地估计它们的最低使用温度。
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(4) 机件的最低使用温度必须高于tk，两者之差
越大越安全。 △＝t0-tk称为韧性温度储备。通常tk 为负值，t0应高于tk，所以△为正值。一般取 40－60℃。
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注意
(1) 由于定义方法不同，同一材料所得到 的tk不同；
仙也。名之者/谁？太守/自谓也。太守与客来饮/于此，饮少/辄醉，而/年又最高，故/自号曰/醉翁也。醉翁之意/不在酒，在乎/山水之间也。山水之乐，得之心/而寓之酒也。节奏划分思考“山行/六七里”为什
么不能划分为“山/行六七里”？
明确：“山行”意指“沿着山路走”，“山行”是个状中短语，不能将其割裂。“望之/蔚然而深秀者”为什么不能划分为“望之蔚然/而深秀者”？明确：“蔚然而深秀”是两个并列的词，不宜割裂，“望
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§3.3 低温脆性
一、低温脆性(冷脆)现象
1、低温脆性及韧脆转变温度
金属或合金，当温度低于某一温度tk时， Ak明显↓，转变为脆性状态，该现象称为低温 脆性(冷脆)。——多为bcc、hcp结构。
韧脆转变温度tk：冲击韧性显著下降的温 度，是衡量材料冷脆转化倾向的重要指标。
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2、低温脆性(冷脆)的物理本质 材料的屈服强度随温度降低急剧增加，
不存在低温脆性。 3、普通中、低强度钢的基体为bcc的F，所
以均具有明显的低温脆性。
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bcc与fcc冷脆差异的原因
(1) t↓，bcc中τP-N↑↑，σs↑↑，tk↑，所以变脆。 (2) fcc中，τP-N对t不敏感，σs随温度变化小， 所以一般无冷脆或冷脆温度极低。
韧性是强度与塑性两者的函数，但塑性的
学一：认识作者，了解作品背景作者简介：欧阳修(1007—1072)，字永叔，自号醉翁，晚年又号“六一居士”。吉州永丰(今属江西)人，因吉州原属庐陵郡，因此他又以“庐陵欧阳修”自居。谥号文忠，世
称欧阳文忠公。北宋政治家、文学家、史学家，与韩愈、柳宗元、王安石、苏洵、苏轼、苏辙、曾巩合称“唐宋八大家”。后人又将其与韩愈、柳宗元和苏轼合称“千古文章四大家”。
关于“醉翁”与“六一居士”：初谪滁山，自号醉翁。既老而衰且病，将退休于颍水之上，则又更号六一居士。客有问曰：“六一何谓也？”居士曰：“吾家藏书一万卷，集录三代以来金石遗文一千卷，有
琴一张，有棋一局，而常置酒一壶。”客曰：“是为五一尔，奈何？”居士曰：“以吾一翁，老于此五物之间，岂不为六一乎？”写作背景：宋仁宗庆历五年(1045年)，参知政事范仲淹等人遭谗离职，欧阳
冲击载荷处理 102 s1 力性发生显著变化
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§3.1 冲击载荷下金属变形和断裂的特点
一、冲击失效的特点 (1) 包括弹性变形，塑性变形，断裂； (2) 吸收的冲击能测不准； 时间短；通常假定冲击能全部转换成机
件内的弹性能，再按能量守恒法计算。 (3) 变形速度对金属材料的弹性行为及弹
希望测得冲击载荷下的变形抗力、变形能 力，即动屈服点、动伸长率等——难
将冲击载荷作为能量载荷处理——测定 材料承受冲击能量的能力。
冲击韧性指的是材料在冲击载荷作用下， 吸收塑性变形功和断裂功的大小。常用标准 试样的冲击吸收功Ak来表示。
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一、冲击弯曲试验(冲击韧性试验) 韧性材料，开缺口：夏比U型缺口和V型
(2) 同一材料，使用同一定义方法，由于 外界因素改变，如试样尺寸、缺口尖锐程度 和加载速率发生变化，tk也发生变化。
(3) 在一定条件下，用试样测得的tk，因 和实际结构工况无直接联系，不能说明该材 料构成的机件一定在该温度下脆断。
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§3.4 影响韧脆转变温度的冶金因素
一、晶体结构的影响 1、bcc、hcp金属及合金存在低温脆性。 2、fcc金属及合金在常规使用温度下一般