冲击弯曲试验与冲击韧性
q235b材料检验方法
q235b材料检验方法
Q235B材料的检验方法有很多种，以下是一些常见的检验方法：
1. 拉伸试验：拉伸试验是检测Q235B材料力学性能的重要方法之一。
通过拉伸试验可以测定Q235B材料的抗拉强度、屈服点和伸长率等力学性能指标，并可进一步分析材料的韧性、弹性和塑性等性质。
2. 弯曲试验：弯曲试验是检测Q235B材料塑性性能的重要方法之一。
通过弯曲试验可以测定Q235B材料的弯曲角度、弯心直径和跨距等弯曲性能指标，并可进一步分析材料的塑性变形能力。
3. 冲击试验：冲击试验是检测Q235B材料冲击韧性的重要方法之一。
通过冲击试验可以测定Q235B材料的冲击吸收能量、冲击韧性等冲击性能指标，并可进一步分析材料的抗冲击能力。
4. 无损检测：无损检测是指在不破坏材料或构件的情况下，利用物理或化学的方法对其内部或表面的缺陷进行检测的方法。
对于Q235B材料，常用的
无损检测方法有超声波检测、射线检测、磁粉检测、涡流检测等。
除了上述常见的检验方法外，还有硬度试验、耐腐蚀试验、耐候性试验等多种检验方法，具体选择哪种检验方法应根据Q235B材料的应用场合和性能
要求来确定。
模具寿命与失效6
系列冲击试验与低温脆性
低温脆性与σs、σc随温度变化关系
从图示看，断裂
强度随温度变化
断裂强度
很小，屈服强度
随温度变化情况
与材料本性有关。
系列冲击试验与低温脆性
低温脆性与σs、σc随温度变化关系
体心立方金属及 合金或某些密排 六方晶体金属及 合金，尤其是工 程上常用的中、 低强度结构钢， 当试验温度低于韧—脆转变温度TC材料由 韧性状态变为脆性状态，
（3）aKU值对冲击疲劳抗力的影响 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；
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，
如图示。
1-σb=1700 MPa 2-σb =1500 MPa 3-σb =1300 MPa 4-σb =1000MPa
材料的多冲抗力与强度和塑性变化的规律
第一个字母表示裂纹面法线方向， 第二个字母表示裂纹深度预期扩展方向。
断裂韧试验试样的制备
例：图4-40（a）（c）中，L-S表示裂纹面的法线方 向为纵向，预期的裂纹扩展方向为板厚方向。
L-长度方向(纵向) T-宽度方向(横向) S-板厚方向 R-圆的直径方向 C-圆周切线方向
图4-40（b）中，C-L 表示裂纹面的法线方 向为圆周切线方向， 预期的裂纹扩展方向 为圆柱体的长度方向。
这是因为中强度钢的冲
击韧度已经比较高，再
增加aKU值对提高冲击 疲劳抗力的影响甚微；
2-σb =1500 MPa
对高强度材料，冲击韧 度比较低，适当提高一 些韧性对提高冲击疲劳 抗力的影响比较突出。
σb =1000MPa
材料的多冲抗力与强度和塑性变化的规律
6-1冲击弯曲试验与冲击韧性 PPT
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
（3）试验原理 摆锤(质量为G)举至H1的位
置(位能为GH1)，释放摆锤冲断 试样；
摆锤摆至H2的位置(位能为 GH2)；摆锤冲断试样失去的 位能为GH1－GH2 。
此即为试样变形和断裂所 吸收的功，称为冲击吸收功，
（2）不同的冲击能量要求不同的强度与塑性配合。
如图，40钢（含碳量 为0.4%的钢）的冲击疲劳 抗力随回火温度的变化 （即钢材塑性的高低）不 是单调的变化，而是在某 一温度下有一个峰值。
且此峰值随冲击能量 增加向高温方向移动。说 明不同冲击能量下，要求 的强度和塑性配合不同。
（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。
如图，经500℃回火钢的特点是塑性高，强度低。 经200℃回火 钢的特点是强度高，塑性低。
在交点以左， 500℃回火钢抗冲击疲劳能力强，寿命长；
在交点以右， 200℃回火钢抗冲击疲劳能力强，寿命长。
②测定材料的韧脆性转变温度。根据系列冲击试验 （低温冲击试验）可获得AK与温度的关系曲线，据此确 定材料的韧脆转变温度，以供选材参考或抗脆断设计。
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. AK值越大，说明材料对缺口越 不敏感。
2.多次冲击
一般采用某种冲击能量A下的冲断周次N或用要求的冲 击工作寿命N时的冲断能量A表示试样的多冲抗力。冲击 抗力的指标有如下规律：
多次冲击试验采用PC-l50型落锤式多次冲击试验机。
冲击频率(冲击次数)：450周次/min 和600周次/min。
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。
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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
物理实验技术中的材料断裂韧性测量与分析方法
物理实验技术中的材料断裂韧性测量与分析方法材料的断裂韧性是指材料在受到外力作用下，能够抵抗破坏的能力。
在工程领域，了解材料的断裂韧性对于设计和制造安全可靠的产品非常重要。
本文将介绍物理实验技术中常用的材料断裂韧性测量与分析方法。
1. 冲击试验法冲击试验法是测量材料在高速冲击载荷下的断裂韧性的一种方法。
常见的冲击试验方法有冲击试样弯曲法和平板撞击法。
冲击试样弯曲法是将试样夹在两个支承点之间，然后从一侧施加冲击载荷。
通过测量试样在冲击过程中的位移或挠度，可以得到材料的断裂韧性。
平板撞击法是将平板状试样固定在支撑装置上，然后用冲击装置撞击试样的一侧。
通过测量试样在冲击过程中的应力和应变，可以估计材料的断裂韧性。
2. 拉伸试验法拉伸试验是一种常用的测量材料断裂韧性的方法。
通常采用标准的拉伸试验机进行测试。
在拉伸试验中，试样被加载，逐渐拉伸直到断裂。
通过测量试样的拉伸力和伸长量，可以计算出材料的断裂韧性参数，如断裂应力和断裂伸长率。
3. 压缩试验法压缩试验也是一种测量材料断裂韧性的方法。
在压缩试验中，试样被加载并施加垂直于试样轴线的压缩力，直到试样发生压缩破坏。
通过测量试样在压缩过程中的应力和应变，可以推断材料的断裂韧性。
4. 断裂面形貌分析除了上述实验方法，断裂面形貌分析也是评估材料断裂韧性的重要手段之一。
断裂面形貌分析可以通过扫描电子显微镜（SEM）观察断裂表面的形貌特征。
不同的断裂机制会在断裂面上留下特定的痕迹，例如沟槽、毛刺等。
通过观察这些痕迹，可以对材料的断裂韧性和断裂机制进行分析。
此外，断裂面形貌分析还可以结合X射线衍射（XRD）和能谱仪等技术，对断裂表面的组成进行分析，从而深入了解材料断裂的原因和机制。
综上所述，物理实验技术中常用的材料断裂韧性测量与分析方法包括冲击试验法、拉伸试验法、压缩试验法和断裂面形貌分析。
这些方法可以不仅可以提供关于材料断裂韧性的定量数据，还能够揭示材料断裂的机制和性质，为工程设计和材料选择提供重要依据。
第三章 金属在冲击载荷作用下的力学性能
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。
d / dt ,
d dl / l
dl 1 dl 1 d / dt l dt dt l l
静拉伸的应变速率在10 ～10 S ,当应变速率 大于10 S ，材料的力学性能将发生显著的变
-2 -1
-5
-2
-1
化。
冲击载荷下材料变形和断裂的特点
弹性变形阶段：应变速率对材料的弹性行为及弹性
b)
c)
塑性变形集中在局部区域，较之静载条件 极不均匀。
应变速率提高，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 加而减小。 材料以切断方式断裂，塑性可能不变，也可 能提高。
应变速率对18Ni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 (b)断面收缩率
应变速率对淬火回火35CrNiMoV钢的强度和塑性的影响 (a)屈服强度和抗拉强度 (b)延伸率和断面收缩率
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。
试验之前试样在所选 的低温条件下保温3045分钟，然后迅速将
焊堆长×宽×厚 64×15×4mm
其移至支座上，用落
锤对其冲击 。锤的冲 击能量是根据板材厚 度和材料的屈服强度 这两个参数决定的。 落锤试验示意图
冲击韧性实验
3.金属材料在冲击载荷作用下塑性变形难于充分进行。 在冲击载荷下，塑性变形主要集中在某些局部区域， 这种不均匀情况限制了塑性变形的发展，导致屈服强 度和抗拉强度提高。且屈服强度提高得较多，抗拉强 度提高得较少。 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
3.工程意义
（1）考核材料的多次冲击抗力； （2）作为受多次冲击零件的设计依据。
三．冲击脆化效应
1.冲击弹性变形总能跟上冲击外力的变化，因而应变率 对金属材料的弹性行为及弹性模量没有影响。而应变 速率对塑性变形、断裂及有关的力学性能有显著的影 响。 2.在冲击载荷作用下，瞬间作用于位错上的应力相当 高，结果造成位错运动速率增加，使派纳力 τp-n 增大。 运动速率愈大,则能量愈大、宽度愈小，故派纳力愈大。 结果滑移临界切应力增大，金属产生附加强化。
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。
在低碳合金钢中，经不完全等温处理获得贝氏体和马氏 体的混合组织，其韧性比单一马氏体或单一贝氏体组织要 好。 在马氏体钢中存在稳定残余奥氏体，可以抑制解理断 裂，从而显著改善钢的韧性。马氏体钢中的残余奥氏体膜 也有类似作用。 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、第二相性质及其与 基体的结合力等性质有关。
冲击韧性
冲击韧性冲击韧性（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）”。
冲击韧度指标的实际意义在于揭示材料的变脆倾向材料的韧性是断裂时所需能量的度量。
描述材料韧性的指标通常有两种：（1）冲击韧性aK （单位为MJ/m2）冲击韧性是在冲击载荷作用下，抵抗冲击力的作用而不被破坏的能力。
通常用冲击韧性指标aK来度量。
aK是试件在一次冲击实验时，单位横截面积（m2）上所消耗的冲击功（MJ），其单位为MJ/m2。
aK值越大，表示材料的冲击韧性越好。
标准冲击试样有两种，一种是常用的梅氏试样（试样缺口为U型）；另一种是夏氏试样（试样缺口为V型）。
同一条件下同一材料制作的两种试样，其梅氏试样的aK值显著大于夏氏试样的aK值，所以两种试样的aK值不能互相比较。
夏氏试样必须注明aK（夏）。
实际工作中承受冲击载荷的机械零件，很少因一次大能量冲击而遭破坏，绝大多数是因小能量多次冲击使损伤积累，导致裂纹产生和扩展的结果。
最新6-1冲击弯曲试验与冲击韧性
建筑系
材料性能学
（3）材料强度等级不同， 塑性和冲击韧度对冲击疲 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。
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材料性能学
(2)一次冲击试验的工程意义: ①衡量材料韧脆多直接用冲击功AKU（AKV）。它能反
映出原始材料的冶金质量和热加工产品的质量。通过测 量AK值和对冲断试样的断口分析，可揭示原材料中的气 孔、夹杂、偏析、严重分层和夹杂物超标等冶金缺陷； 还可检查过热、过烧、回火脆性等锻造或热处理缺陷。
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材料性能学
二、冲击韧性及其工程意义
1.一次冲击
(1)冲击韧度或冲击值aKU(aKV):
用冲击吸收功AKU(AKV)除以试样缺口处截面积FN(cm2)。
即：
aKV(aKU)
AKV(AKU) FN
冲击韧度表示单位面积的平均冲击功值。但实际当中， 试件承受冲击作用时，缺口界面上的应力分布不均匀，塑性 变形和试样所吸收的功主要集中在缺口附近，取平均值的意 义不大。所以这个指标应用不多。
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（2）标准试样：国家标准规定冲击弯曲试验用标准试样分 别为:夏比（Charpy）U型缺口试样和夏比V型缺口试样， 冲击吸收功分别记为AKU 和AKV。几何尺寸为：
陶瓷、铸铁或 工具钢等脆性材 料的冲击试验常 用无缺口试样
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铸造合金的冲击韧性测试与评价
铸造合金的冲击韧性测试与评价铸造合金是一种常用于制造工业零部件和结构件的材料。
在实际应用中，这些合金通常会遭受到冲击载荷的作用，因此评估其冲击韧性具有重要意义。
本文将介绍铸造合金冲击韧性的测试方法以及评价指标。
一、冲击韧性测试方法铸造合金的冲击韧性测试中最广泛使用的方法是冲击试验。
冲击试验通过施加冲击载荷，模拟合金在实际使用中所遭受的冲击影响。
常用的冲击试验方法包括冲击弯曲试验和冲击拉伸试验。
1. 冲击弯曲试验冲击弯曲试验常用于脆性材料的评估。
试样一般为具有标准尺寸的横截面圆形或方形材料。
试验时，将试样放在冲击试验机的支架上，在冲击锤的作用下，以一定角度进行弯曲。
通过观察试样的断裂情况和力学行为，评估合金的冲击韧性。
2. 冲击拉伸试验冲击拉伸试验常用于塑性材料和具有较高延展性的合金。
试样的尺寸和几何形状与拉伸试验相似，但需要加装冲击料头。
试验时，利用冲击试验机施加拉伸载荷，观察试样的断裂情况和力学行为来评估合金的冲击韧性。
二、冲击韧性评价指标冲击韧性是衡量材料在承受冲击载荷时能够吸收的能量。
评价合金冲击韧性时，常用以下指标：1. 冲击强度冲击强度是指在冲击试验中，试样能够承受的最大冲击载荷。
冲击强度越高，表示合金的抗冲击能力越好。
2. 断裂形态观察合金在冲击试验中的断裂形态对于评价其冲击韧性也很重要。
脆性材料在受到冲击载荷时往往会呈现突然断裂，并且断口呈现出光滑的表面；而韧性材料则会呈现出一定的塑性变形和断裂韧突。
3. 吸收能量合金在冲击试验中吸收的能量也是评价其冲击韧性的重要指标。
能量吸收量较大的合金，代表其具有较好的耐冲击能力。
三、冲击韧性的应用与意义冲击韧性测试与评价对于铸造合金的应用具有重要意义。
首先，能够帮助设计工程师选择适合的合金材料，以确保所设计的零部件和结构件在实际使用中能够承受冲击载荷，并具备足够的使用寿命。
其次，对于生产工艺和工艺参数的优化也具有指导意义。
通过测试合金的冲击韧性，可以确定最佳的工艺参数，从而提高产品的质量和性能。
第三章 材料的冲击韧性及低温脆性
6
2．多次冲击试验 ． 多次冲击试验在落锤式多次冲击试验 上进行， 机 PC-150上进行 ， 冲击频率为 上进行 冲击频率为450周次 周次 周次／ ／ min和 600周次 ／ min。 冲击能量靠冲 和 周次 。 程调节而变换(0.1～ 1.5J)， 可做多冲弯 程调节而变换 ～ ， 拉伸和压缩试验． 曲 、 拉伸和压缩试验 ． 试验后可绘制出 冲击功A—N曲线，如图 所示。从A— 曲线， 所示。 冲击功 曲线 如图3-4所示 N多冲曲线不难看出，随冲击功 的减少 多冲曲线不难看出， 多冲曲线不难看出 随冲击功A的减少 冲断次数N增加 增加。 ，冲断次数 增加。
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(5)温度下降， (5)温度下降，纤维区面积突然减 温度下降 结晶区面积突然增大， 少，结晶区面积突然增大，材料由 韧变脆． 韧变脆．通常取结晶区面积占整个 断口面积50％时的温度为t 断口面积 ％时的温度为 k，并记为 50％FATT（fracture appearance ％ （ transition temperature)或 FATT50、 或 t50。
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按能量法定义tk的方法 按能量法定义tk的方法 tk (1)当低于某一温度材料吸收的冲击能量基 (1)当低于某一温度材料吸收的冲击能量基 本不随温度而变化，形成一平台，该能 本不随温度而变化，形成一平台， 量称为“低阶能”。以低阶能开始上升 量称为“低阶能” 的温度定义tk，并记为NDT(nil 的温度定义tk，并记为NDT(nil tk temperature)， ductility temperature)，称为无塑性 或零塑性转变温度， 或零塑性转变温度，
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第三章 材料的冲击韧性及低温
二.多次冲击试验（冲击疲劳） 1.试验：落锤式多次冲击试验机。 冲击频率：450、600周次/min 冲击功：0.1－1.5J 2.材料的多冲抗力 某冲击能量A下的冲断周次 或某冲击寿命下的冲击能量。 3.影响多冲抗力因素 取决于材料的强度、塑性、 冲击韧性。冲击能量高时， 取决于塑性；冲击能量低 时取决于强度。多数受冲 机件属小能量多次数（数 万以上），常以强度为主。
第三章
材料的冲击韧性及低温脆性
§3.1.冲击弯曲试验与冲击韧性 一.一次冲击弯曲 1.一次冲击弯曲试验
试样:10mm×10mm ×55mm;缺口形状分为夏氏v型、U 型或无缺口.
2.冲击韧性. 冲击功(摆锤击打试样后的消耗能量):Akv=G(H1-H2) G---摆锤重量. 冲击韧性: akv(u)=Ak(Au)/Fn Fn---缺口截面积.单位: J/cm2、Kg.m/cm2. 3.一次冲击试验工程意义 试验简单易行，广泛应用。 A.反映材料的冶金质量和热加工工艺质量. 材料中含过多的杂质或热处理工艺不当,材料脆性增大, 冲击功（韧性）下降. B.评价冷脆倾向，测定韧脆转变. Ak---T曲线, 确定材料的脆性转变温度Tk
三.冲击脆化效应
冲击对材料弹性行为没影响。 提高位错运动速率，使派纳力提高，滑移临 界切应力增大，材料强化，塑性下降。 使多个位错源同时开动；增加位错密度、点 缺陷；出现孪晶等。塑变难于进行。
§3.2低温脆性 一.系列冲击试验与低温脆性 1.系列冲击试验 测某材料不同温度下的AK，绘制AK(aK)－t曲线。 2.低温脆性 一般,温度↑,材料σ s↓;温度↓, σ s↑,材料变脆.但影 响程度取决于晶体结构.体心和密排影响程度大,面心小. 如: α—Fe(体心)， 25℃→--196℃, σ s↑4倍; Ni(面心) 25℃→--196℃, σ s↑0.4倍 1）定义:材料在低于Tk时,韧性状态转变为脆性状态,断口 特征由纤维变为结晶状、放射状;断裂机理由微孔聚集 型变为穿晶解理的现象 . 冷脆: 材料因温度下降,导致脆性增大甚至断裂的现象
材料的冲击韧性及低温脆性
§ 3-2低温脆性
一、系列冲击实验与低温脆性
系列冲击实验在材料研究与生产实际中应用较广， 因为它比其他实验方法更能灵敏地反映出材料力学性 能随内因和外因变化的差异。
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)，这种材料 冲击韧性与温度的关系曲线，即AK-t或aK-t。这种不同 温度下的冲击试验称为系列冲击试验。据此可以评定 材料的低温脆性、蓝脆和重结晶脆性等。而这些脆性 是材料使用中力图避免出现的，因此系列冲击试验有 一定的实用意义．
§ 3-1冲击弯曲试验与冲击韧性
三、冲击脆化效应
尽管机件在冲击载荷作用下的失效类型和静载荷 一样，仍表现为过量弹性变形、过量塑性变形和断裂， 但在分析冲击载荷下机件的失效及材料的力学行 为时必须注意冲击载荷本身的特性。
§ 3-1冲击弯曲试验与冲击韧性
三、冲击脆化效应
Ø 静载荷下机件所受的应力，主要与机件的形状及载荷 的类型和大小有关。
二、冲击韧性及其工程意义
Ø 不同的冲击能量要求不同的 强度与塑性配合。
图3-6为40钢强度、塑性、 冲击韧性及不同能量下的冲断 次数与回火温度的关系．由图 可见，40钢的冲击疲劳抗力随 回火温度的变化不是单调的变 化，而是在某一温度下有一个 峰值，且此峰值随冲击能量增 加向高温方向移动．
§ 3-1冲击弯曲试验与冲击韧性
而在冲击负荷下，由于负荷的能量性质使整个承载 系统承受冲击能．因此，机件及与机件相连物体的刚度 都直接影响冲击过程的持续时间，从而影响加载速度和 惯性力的大小 由于冲击过程持续时间很短而测不准确， 就很难按惯性力计算机件内的应力．所以，冲击载荷下 的应力通常按能量守恒法计算，并假定冲击能全部转换 成机件内的弹性能．再计算应力和应变．
重庆理工大学材料性能学课件第三章 材料的冲击韧性和低温脆性
③ 确定结构钢的 冷脆倾向及韧脆 转变温度； ④评定低合金高 强钢及其焊缝金 属的应变时效敏 感性。
四、多冲抗力 定义
p某种冲击能量A下的冲断周次N
p一定冲击寿命N下对应的冲断能量A
二、多冲小能量试验
实验表明： 破坏前冲击次数<5000～1000，试样断裂规律和 一次冲击相同。 冲断次数>10000,试样具有疲劳断口特成的破坏， 断口特征表明时多次冲击损伤累积的破坏。
冲击功 J
多冲小能量试验
冲击频率： 450T/min,600T/min。 冲击能量：0.1~15J。
冲断周次 N
结晶区面积
NDT
B
V15TT
NDT+66℃=FTE+33℃=FTP
A 能量法
C
FTE
50%FATT
E
断口形貌法
D
FTP
延性法 F 3.8%侧面膨胀率对应的温度
通常取结晶区面积占整个断口面积50%时 的温度为Tk ，记为50%FATT（或FATT50 、 t50 ），即50%解理+50%韧性断裂
冲击断口示意图 评定各区面积受人为因素影响 要求测试人员有丰富的经验
多冲小能量试一次摆锤弯曲冲击试验弯冲试验冲击试验分类材料性能学第一节冲击弯曲试验和冲击韧性载荷特点用能量定性地表示材料的力学性能特征加载速率佷高弹性变形速率高于加载变形速率时加载速率对金属的弹性性能没有影响塑性变形发展缓慢若加载速率较大塑性变形不能充分进行冲击载荷具有能量特性与零件的断面积形状和体积有关材料性能学机器中各种机件的应变速率106101静拉伸试验1051021冲击试验1011021可看作是静载荷1021冲击载荷金属力学性能将显著变化5冲击载荷与静载荷的主要区别
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1讲 冲击载荷下金属变形和断裂的特点、冲击弯曲和冲击韧性
关于泰坦 尼克号事 故原因分 析的论文
New York Times, September 16, 1993
New Idea on Titanic Sinking Faults Teel as Main Culprit
By William J. Broad
A new analysis by maritime experts has concluded that the disastrous loss of the Titanic was caused not so much by an iceberg as by structural weaknesses in the steel plates that caused them to fail catastrophically.
事故原因分析
研究表明造成上述破坏的主要原因为： ① weld defects（焊接缺陷）acts as stress raiser
or notches, 造成局部应力集中（三向应力状态， triaxial stress state），三向应力状态使材料脆 性增加； ② 低温工作环境（winter months），低温脆性； 其它：tanker, pressure vessels, pipelines, bridges
冲击载荷对材料力学性能的影响
对弹性的影响：冲击载荷（应变速率）对金属材 料的弹性行为、弹性模量影响不大； 对塑性的影响：多位错源同时开动，塑性变形集 中在局部区域，屈服强度、抗拉强度提高（图3-1 中，屈服强度提高较多、抗拉强度提高较少）， 应变率与材料塑性间无单值依存关系。
第二节 冲击弯曲和冲击韧性
韧脆性评价方法：材料的缺口冲击弯曲试验，材料的冲击韧性
材料低温脆性导致事故举例
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②测定材料的韧脆性转变温度。根据系列冲击试验（ 低温冲击试验）可获得AK与温度的关系曲线，据此确定 材料的韧脆转变温度，以供选材参考或抗脆断设计。
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. AK值越大，说明材料对缺口 越不敏感。
2.多次冲击
一般采用某种冲击能量A下的冲断周次N或用要求的冲 击工作寿命N时的冲断能量A表示试样的多冲抗力。冲击 抗力的指标有如下规律：
陶瓷、铸铁或 工具钢等脆性材 料的冲击试验常 用无缺口试样
（3）试验原理 摆锤(质量为G)举至H1的位
置(位能为GH1)，释放摆锤冲断 试样；
摆锤摆至H2的位置(位能为 GH2)；摆锤冲断试样失去的 位能为GH1－GH2 。
此即为试样变形和断裂所 吸收的功，称为冲击吸收功，
以AK表示，单位为 J 。 AK=GH1－GH2
冲击频率(冲击次数)：450周次/min 和600周次/min。
冲击功A--冲断次数N曲线。可 以看出，随A的减少，N增加。
二、冲击韧性及其工程意义
1.一次冲击
(1)冲击韧度或冲击值aKU(aKV):
用冲击吸收功AKU(AKV)除以试样缺口处截面积FN(cm2)。
即：
2.多次冲击试验
大量试验结果表明，很多材料即 使承受剧烈的冲击载荷作用，也 很难一次断裂。因此就出现了多 次冲击试验。
实践表明，试件破坏前承受 的冲击次数少于500-1000次时， 断裂规律与一次冲击相同；破坏 前的冲击次数＞105时，呈现出典 型的疲劳断口特征。
多次冲击试验采用PC-l50型落锤式多次冲击试验机。
（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。
如图，经500℃回火钢的特点是塑性高，强度低。 经200℃回火 钢的特点是强度高，塑性低。
在交点以左， 500℃回火钢抗冲击疲劳能力强，寿命长；
在交点以右， 200℃回火钢抗冲击疲劳能力强，寿命长。
第六章
材料的冲击韧性及低温脆性
生产中很多机件和工具、摸具受冲击载荷的作用。
火箭的发射
导弹的发射
飞机起飞 飞机降落
行驶的汽车通过 道路上的凹坑
钢材的加工（锻造、冲裁、 模锻）
冲击载荷与静载荷区别：加载速率（载荷施加于试样
的速率）不同，即形变（应变）速率不同。
为了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，就需要进行相应的力学性能试验。本章主 要介绍：
（2）不同的冲击能量要求不同的强度与塑性配合。
如图，40钢（含碳量 为0.4%的钢）的冲击疲劳 抗力随回火温度的变化 （即钢材塑性的高低）不 是单调的变化，而是在某 一温度下有一个峰值。
且此峰值随冲击能量 增加向高温方向移动。说 明不同冲击能量下，要求 的强度和塑性配合不同。
（3）材料强度等级不同， 塑性和冲击韧度对冲击疲 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。
冲击韧度表示单位面积的平均冲击功值。但实际当中， 试件承受冲击作用时，缺口界面上的应力分布不均匀，塑性 变形和试样所吸收的功主要集中在缺口附近，取平均值的意 义不大。所以这个指标应用不多。
(2)一次冲击试验的工程意义:
①衡量材料韧脆多直接用冲击功AKU（AKV）。它能反 映出原始材料的冶金质量和热加工产品的质量。通过测 量AK值和对冲断试样的断口分析，可揭示原材料中的气 孔、夹杂、偏析、严重分层和夹杂物超标等冶金缺陷； 还可检查过热、过烧、回火脆性等锻造或热处理缺陷。
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。
主要介绍材料在冲击载荷下的力学行为和性能特点以及 金属材料的低温脆性。
§6.1 冲击弯曲试验及冲击韧性
一、冲击弯曲试验
1.一次冲击弯曲试验 （1）试验仪器：摆锤式冲击试验机；
（2）标准试样：国家标准规定冲击弯曲试验用标准试样分 别为:夏比（Charpy）U型缺口试样和夏比V型缺口试样 ， 冲击吸收功分别记为AKU 和AKV。几何尺寸为：