第03章 金屬在沖擊載荷下力學(xué)性能

1、12引言引言沖擊載荷與靜載荷的主要在于加載速率不同；沖擊載荷與靜載荷的主要在于加載速率不同；加載速率佷高，而后者加載速率低。加載速率佷高，而后者加載速率低。加載速率加載速率用應(yīng)力增長(zhǎng)率用應(yīng)力增長(zhǎng)率=d/dt表示，單位為表示，單位為MPas。形變速率形變速率有兩種表示方法：即絕對(duì)形變速率和相對(duì)形變速率。有兩種表示方法：即絕對(duì)形變速率和相對(duì)形變速率。絕對(duì)變形絕對(duì)變形速率速率為單位時(shí)間內(nèi)試件長(zhǎng)度的增長(zhǎng)率為單位時(shí)間內(nèi)試件長(zhǎng)度的增長(zhǎng)率V=dl/dt，單位為單位為ms。相對(duì)變形相對(duì)變形速率速率即應(yīng)變速率，即應(yīng)變速率， =de/d e為真應(yīng)變，為真應(yīng)變，單位為單位為s-1。3應(yīng)變率 靜拉伸試驗(yàn) =10-51

2、0-2 s-1 沖擊試驗(yàn) =102104 s-1 一般情況下 =10-410-2 s-1，可按靜載荷處理；當(dāng)大于大于10-2 S-1,金屬的力學(xué)性能將發(fā)生顯著的變金屬的力學(xué)性能將發(fā)生顯著的變化，不能按照靜載荷來(lái)處理。化，不能按照靜載荷來(lái)處理。4一、沖擊失效的特點(diǎn)（1 1）與靜載荷下相同，彈性變形、塑性變形、）與靜載荷下相同，彈性變形、塑性變形、斷裂。斷裂。（2 2）吸收的沖擊能測(cè)不準(zhǔn)。）吸收的沖擊能測(cè)不準(zhǔn)。 時(shí)間短；機(jī)件及與機(jī)件聯(lián)接物體的剛度。 機(jī)件在沖擊載荷下的應(yīng)力，通常假定沖擊能全部轉(zhuǎn)換成機(jī)件內(nèi)的彈性能，再按能量守恒法計(jì)算。（3 3）材料的彈性行為及彈性模量對(duì)應(yīng)變率無(wú)影）材料的彈性行為及彈

3、性模量對(duì)應(yīng)變率無(wú)影響。響。 彈性變形的速度4982m/s（聲速）, 普通擺錘沖擊試驗(yàn)的絕對(duì)變形速度55.5m/s。5二、影響沖擊性能的微觀因素 （1 1）在沖擊載荷的作用下，在位錯(cuò)上產(chǎn)生相當(dāng)高的應(yīng)在沖擊載荷的作用下，在位錯(cuò)上產(chǎn)生相當(dāng)高的應(yīng)力，力， 位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)速率，派納力增大， 滑移臨界切應(yīng)力，金屬產(chǎn)生附加強(qiáng)化，這就是應(yīng)變速率硬化應(yīng)變速率硬化。 678一、沖擊韌性及其作用 1、沖擊韌性：沖擊韌性：材料在沖擊載荷作用下，吸收塑性變形功和斷裂功的能力。Ak ,單位，J； 2、作用（1）揭示冶金缺陷冶金缺陷的影響；（揭示原材料中的夾渣，氣泡，嚴(yán)重分層和偏析）（2）對(duì)s大致相同的材料，評(píng)定缺口敏感性缺口

4、敏感性。（3）評(píng)定低溫脆性傾向。9二、沖擊試驗(yàn) 沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)10擺錘5、10、15、30kg，試樣尺551010mm，無(wú)缺口，有缺口（U；V）記為Aku, AKV。注：沖擊韌度沖擊韌度：KU 表示。Aku 除以沖擊試樣缺口底部截面積所得的值。Ak=mgH1-mgH21112131415原因一：原因一：純金屬單晶體的屈服強(qiáng)度是純金屬單晶體的屈服強(qiáng)度是由位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所受各種阻力決由位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所受各種阻力決定的。在定的。在bcc金屬中，派納力金屬中，派納力值比值比f(wàn)cc金屬值高很多，它在金屬值高很多，它在屈服強(qiáng)度中占有較大的比例，屈服強(qiáng)度中占有較大的比例，而而派納力屬于短程力，對(duì)溫度派納力屬于短程力，對(duì)溫度

5、十分敏感。十分敏感。bcc金屬的屈服強(qiáng)金屬的屈服強(qiáng)度具有強(qiáng)烈的溫度效應(yīng)可能是度具有強(qiáng)烈的溫度效應(yīng)可能是由派納力起主要作用導(dǎo)致的。由派納力起主要作用導(dǎo)致的。1617高于高于tk，cs 材料先屈服再斷裂材料先屈服再斷裂，為韌性斷裂。，為韌性斷裂。 c s 材料表現(xiàn)為脆性斷裂。材料表現(xiàn)為脆性斷裂。低溫脆性的物理本質(zhì)：低溫脆性的物理本質(zhì)：材料屈服強(qiáng)度隨溫度降低急劇材料屈服強(qiáng)度隨溫度降低急劇增加增加18192021按照能量法定義按照能量法定義t k的方法的方法22按照斷口形貌定義按照斷口形貌定義t k的方法的方法2324252627a. 間隙溶質(zhì)元素間隙溶質(zhì)元素：偏聚于位錯(cuò)：偏聚于位錯(cuò)附近，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致屈服附近，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致屈服強(qiáng)度提高。強(qiáng)度提高。b. 置換型溶質(zhì)元素置換型溶質(zhì)元素，也能提高，也能提高韌脆轉(zhuǎn)變溫度，但是韌脆轉(zhuǎn)變溫度，但是Ni和和Mn除外，除外，Ni能減小低溫位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)能減小低溫位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的摩擦阻力，還增加層錯(cuò)能，的摩擦阻力，還增加層錯(cuò)能，提高低溫韌性。提高低溫韌性。c. 雜質(zhì)元素：雜質(zhì)元素：S, P, As,