原理分析
沖擊韌性(沖擊值)ak
工程上常用一次擺錘沖擊彎曲試驗來測定材料抵抗沖擊載荷的能力,即測定沖擊載荷試樣被折斷而消耗的沖擊功Ak,單位為焦耳(J)。
而用試樣缺口處的截面積F去除Ak,可得到材料的沖擊韌度(沖擊值)指標(biāo),即ak=Ak/F,其單位為kJ/m2或J/cm2。
因此,沖擊韌度ak表示材料在沖擊載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力。ak值的大小表示材料的韌性好壞。一般把a(bǔ)k值低的材料稱為脆性材料,ak值高的材料稱為韌性材料。
ak值取決于材料及其狀態(tài),同時與試樣的形狀、尺寸有很大關(guān)系。ak值對材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷、顯微組織的變化很敏感,如夾雜物、偏析、氣泡、內(nèi)部裂紋、鋼的回火脆性、晶粒粗化等都會使ak值明顯降低;同種材料的試樣,缺口越深、越尖銳,缺口處應(yīng)力集中程度越大,越容易變形和斷裂,沖擊功越小,材料表現(xiàn)出來的脆性越高。因此不同類型和尺寸的試樣,其ak或Ak值不能直接比較。
材料的ak值隨溫度的降低而減小,且在某一溫度范圍內(nèi),ak值發(fā)生急劇降低,這種現(xiàn)象稱為冷脆,此溫度范圍稱為“韌脆轉(zhuǎn)變溫度(Tk)”。
影響因素
1. 材料成份
含碳量對鋼的韌-脆轉(zhuǎn)化曲線有影響。隨著鋼中含碳量的增加,冷脆轉(zhuǎn)化溫度幾乎呈線性地上升,且z大沖擊值也急劇降低。鋼的含碳量每增加0.1%,冷脆轉(zhuǎn)化溫度升高約為13.9度。鋼中含碳量的影響,主要?dú)w結(jié)為珠光體增加了鋼的脆性。
2. 晶粒大小
細(xì)化晶粒一直是控制材料韌性避免脆斷的主要手段。理論與實驗均得出冷脆轉(zhuǎn)化溫度與晶粒大小有定量關(guān)系。
3. 顯微組織
在給定強(qiáng)度下,鋼的冷脆轉(zhuǎn)化溫度決定于轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。就鋼中各種組織來說,珠光體有z高的脆化溫度,按照脆化溫度由高到低的依次順序為:珠光體,上貝氏體,鐵素體下貝氏體和回火馬氏體。
類型及名稱
測定沖擊韌度的試驗方法有多種。國際上大多數(shù)國家所使用的常規(guī)試驗為簡支梁式的沖擊彎曲試驗。在室溫下進(jìn)行的實驗一般采用GB/T229-1994標(biāo)準(zhǔn)《金屬夏比沖擊試驗方法》,另外還有“低溫夏比沖擊實驗”,“高溫夏比沖擊實驗”。由于沖擊實驗受到多種內(nèi)在和外界因素的影響。要想正確反映材料的沖擊特性,必須使用沖擊實驗方法和設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化,為此我國制定了金屬材料沖擊實驗的一系列國家標(biāo)準(zhǔn)(例如GB2106、GB229-84、GB4158-84、GB4159-84)。
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