第三章

第三章 冲击韧性及低温脆性

§1 冲击载荷的特点 一、冲击载荷的表示方法表示方法：绝对变形速度：应变率：通常

二、冲击载荷对变形和断裂的影响 1、对弹性变形的影响应变速率对金属材料的弹性行为和E基本无影响 2、对塑形变形的影响 • 变形不均匀 • 产生孪晶随应变速率的增加，材料的强度升高，塑性降低 3、对断裂的影响随应变速率的增加，材料发生脆断的趋势增加 Sf-Ss增加，材料的韧断趋势增加

对脆性材料，随着应变速率的增大，Ss增大，Sf变化不大，所以脆性断裂的趋势增加对脆性材料，随着应变速率的增大，Ss增大，Sf变化不大，所以脆性断裂的趋势增加对于韧性材料，随着应变速率的增大，Ss和Sf均增大，且增加幅度相近，因而趋势变化不大，但若存在缺陷，则脆性断裂的趋势增加冲击载荷静载荷

§2 冲击韧性 一、定义 • 冲击载荷作用下材料吸收的塑性变形功和断裂功。二、冲击试验 1、试样一般为带缺口的矩形试样，常用的是10×10×55 • 梅氏试样（U形试样） • 夏氏试样（V形试样）

2、原理 Ak=GH1-GH2=G(H1-H2) Ak—冲击吸收功，单位J αk—冲击韧性，单位J/cm3 FN—缺口面积

三、关于Ak或αk的讨论 • 缺口面上Ak的分布是不均匀的 • Ak不完全由缺口面吸收 • 有缺口条件测出的结果不能代表无缺口试样的结果 • Ak是摆锤丧失的总的功，但未被材料完全吸收 • 实际Ak=A1+A2+A3，韧性功Ap=A2+A3 A1—弹性功 A2—裂纹萌生 A3—裂纹扩展功 A1 A2 A3

四、冲击宏观断口 冲击试样冲断后，断口由纤维区、放射区（结晶区）与剪切唇组成。不同的试验温度下，三个区域的相对面积是不同的。温度下降，纤维区面积减小，结晶区面积突然增大，材料由韧变脆。 tk—结晶区面积占整个断口面积50%时的温度，记为50%FATT或FATT50、t50。

五、冲击韧性的作用 • 评定材料的冶金质量及产品质量 • 显示材料的脆性红脆重结晶脆性 Ak 蓝脆以低碳钢为例冷脆 T 500℃ 200-400℃ Ac1 Ac3 • 评定材料的应变时效敏感性

§3 低温脆性 一、低温脆性现象在低温下材料的脆性急剧增加温度T逐渐降低到T1，材料由韧性状态逐渐转变为脆性状态浴盆曲线事故率 1 6 12 月份

二、原理（冷脆性产生的原因） 1、唯象学强度材料是韧性还是脆性取决于两者的差值 tk 温度 Tk—韧脆转变温度（DBTT） 2、微观机理

三、Tk的评定 1、能量法 • NDT（Nil Ductility Temperature） • FTP （Fracture Transition Plastic） • FTE （Fracture Transition Elastic） • CVM试样，V15TT，用于造船工业 • CVN试样，Akv=27J时所对应的温度

2、断口形貌法 b0 Tk—结晶区面积占整个断口面积50%时的温度，记为50%FATT或FATT50、t50。 b1 3、变形法临界值常取1%或3.8%，此方法用的较少

四、Tk的影响因素 Ak FCC 1、冶金质量 2、晶体结构 BCC、HCP BCC • 通常BCC结构金属及其合金存在低温脆性，FCC无明显的韧脆现象 T 3、化学成分（以钢铁为例） • 代位元素Mn、Ni使Tk降低 • 间隙元素、杂质元素使Tk升高 • 强碳化物形成元素Ti、Nb、V，当V≤0.06%、Ti≤0.04%，Nb≤0.03%时使Tk降低

4、微观组织（以钢铁为例） • Tk随晶粒尺寸的减小而降低 • 板条M比针状M的Tk要低（位错形成阻力比孪晶小） • 下贝氏体比上贝氏体的Tk要低 • 随着残余奥氏体的增加，Tk降低 • 第二相对Tk的影响程度与第二相的大小、形状、分布、第二相性质及其与基体的结合力等性质有关 5、外部因素 • 加载速度越大，Tk就越大

本章完

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