1、1 第三章第三章 材料在沖擊載荷下的力學性能材料在沖擊載荷下的力學性能 前面我們講述的是材料在常溫、靜載下的力學前面我們講述的是材料在常溫、靜載下的力學性能。工程中，還有許多機件是快速加載即沖擊載性能。工程中，還有許多機件是快速加載即沖擊載荷及低溫條件下工作的，如：汽車在凸凹不平的道荷及低溫條件下工作的，如：汽車在凸凹不平的道路上行駛；飛機的起飛和降落；材料的壓力加工等；路上行駛；飛機的起飛和降落；材料的壓力加工等；其性能將與常溫、靜載的不同。其性能將與常溫、靜載的不同。 沖擊載荷與靜載的主要差異沖擊載荷與靜載的主要差異：加載速率不同加載速率不同，是指載荷施加于試樣或機件的速率，用單是指載荷施

2、加于試樣或機件的速率，用單位時間內(nèi)應力增加的數(shù)值表示位時間內(nèi)應力增加的數(shù)值表示。 2 因加載速率提高，形變速率也隨之增加，形變速因加載速率提高，形變速率也隨之增加，形變速率是單位時間的變形量。因此，用率是單位時間的變形量。因此，用形變速率形變速率（又分絕（又分絕對變形速率和相對變形速率）對變形速率和相對變形速率）可以間接地反映加載速可以間接地反映加載速率的變化率的變化。相對變形速率又稱應變率相對變形速率又稱應變率。 不同機件的應變速率范圍大約為不同機件的應變速率范圍大約為10-6106s-1。靜。靜拉伸試驗的應變速率為拉伸試驗的應變速率為10-510-2s-1，沖擊試驗的應，沖擊試驗的應變速率

3、為變速率為102104s-1。試驗表明，應變速率在。試驗表明，應變速率在10-410-2s-1內(nèi)，金屬的力學性能沒有明顯變化，可按靜載內(nèi)，金屬的力學性能沒有明顯變化，可按靜載荷處理。荷處理。當應變速率大于當應變速率大于1010-2-2s s-1-1時，力學性能將發(fā)生時，力學性能將發(fā)生明顯變化明顯變化。 3 缺口缺口 沖擊載荷沖擊載荷 降低溫度降低溫度 鋼的冷脆是一種低能量斷裂，一般為解理斷裂，鋼的冷脆是一種低能量斷裂，一般為解理斷裂，有時為準解理斷裂或沿晶斷裂。有時為準解理斷裂或沿晶斷裂。冷脆的斷裂功極低，冷脆的斷裂功極低，后果是災難性的后果是災難性的。（原因是斷裂面間距為原子間距，。（原因是

4、斷裂面間距為原子間距，力的作用距離只有力的作用距離只有0.1nm數(shù)量級，即使力很大，斷數(shù)量級，即使力很大，斷裂所消耗的功裂所消耗的功W=F.S也相當?shù)停?。也相當?shù)停?使塑性變形得不到充分發(fā)展，更使塑性變形得不到充分發(fā)展，更靈敏地反映材料的靈敏地反映材料的變脆傾向變脆傾向。 （脆斷趨勢）（脆斷趨勢）43-1 3-1 沖擊載荷下金屬變形和斷裂的特點沖擊載荷下金屬變形和斷裂的特點 沖擊載荷下，整個承載系統(tǒng)承受沖擊能，所以沖擊載荷下，整個承載系統(tǒng)承受沖擊能，所以機件、與機件相連物體的機件、與機件相連物體的剛度剛度都直接影響沖擊過程都直接影響沖擊過程的時間，從而影響加速度和慣性力的大小的時間，從而影響

5、加速度和慣性力的大小。 由于由于沖擊過程持續(xù)時間短，測量不準確，難于沖擊過程持續(xù)時間短，測量不準確，難于按慣性力計算機件內(nèi)的應力按慣性力計算機件內(nèi)的應力，所以機件在沖擊載荷，所以機件在沖擊載荷下所受的應力，通常下所受的應力，通常假定沖擊能全部轉換為機件內(nèi)假定沖擊能全部轉換為機件內(nèi)的彈性能的彈性能，再按能量守恒法計算。，再按能量守恒法計算。5 1、應變率對金屬材料的彈性行為及彈性模量應變率對金屬材料的彈性行為及彈性模量沒有影響沒有影響。 因彈性變形是以聲速在介質(zhì)中傳播的，聲速因彈性變形是以聲速在介質(zhì)中傳播的，聲速在金屬介質(zhì)中相當大，鋼中為在金屬介質(zhì)中相當大，鋼中為4982 m/s，普通擺，普通擺

6、錘沖擊時絕對變形速率只有錘沖擊時絕對變形速率只有55.5m/s，沖擊彈性，沖擊彈性變形總能跟上沖擊力的變化。變形總能跟上沖擊力的變化。6 2、金屬材料在沖擊載荷作用下塑性變形難于充金屬材料在沖擊載荷作用下塑性變形難于充分進行分進行，原因為，原因為： 沖擊載荷下沖擊載荷下應力水平比較高應力水平比較高，滑移臨界切應，滑移臨界切應力增大，力增大，產(chǎn)生附加強化產(chǎn)生附加強化；使許多位錯源同時起作用，；使許多位錯源同時起作用，抑制了單晶體中易滑移階段的產(chǎn)生與發(fā)展抑制了單晶體中易滑移階段的產(chǎn)生與發(fā)展。 沖擊載荷沖擊載荷增加了位錯密度和滑移系數(shù)目增加了位錯密度和滑移系數(shù)目，出，出現(xiàn)孿晶，減小了位錯運動自由行程

7、平均長度，增加現(xiàn)孿晶，減小了位錯運動自由行程平均長度，增加了點缺陷的濃度。了點缺陷的濃度。7 靜載荷作用時靜載荷作用時：塑性變形比較均勻的分布在各個：塑性變形比較均勻的分布在各個晶粒中；晶粒中； 沖擊載荷作用時沖擊載荷作用時：塑性變形則比較集中于某一局：塑性變形則比較集中于某一局部區(qū)域，反映了塑性變形不均勻。部區(qū)域，反映了塑性變形不均勻。 這種不均勻限制了塑性變形的發(fā)展，導致了這種不均勻限制了塑性變形的發(fā)展，導致了屈服屈服強度、抗拉強度的提高，強度、抗拉強度的提高，且屈服強度提高的較為明顯，且屈服強度提高的較為明顯，抗拉強度提高的較少?？估瓘姸忍岣叩妮^少。如圖所示如圖所示。 3、材料塑性和應變

8、速率之間無單值依存關系材料塑性和應變速率之間無單值依存關系。8 4 4、隨應變率增加，塑性、韌性與斷裂方式有、隨應變率增加，塑性、韌性與斷裂方式有關。關。 如果在一定加載條件及溫度下：如果在一定加載條件及溫度下： 材料產(chǎn)生正斷材料產(chǎn)生正斷，則斷裂應力變化不大，隨應，則斷裂應力變化不大，隨應變率的增加塑性減小；變率的增加塑性減??； 如果如果材料產(chǎn)生切斷材料產(chǎn)生切斷，則斷裂應力隨著應變率，則斷裂應力隨著應變率提高顯著增加，塑性的變化不一定，可能不變或提提高顯著增加，塑性的變化不一定，可能不變或提高。高。93-2 3-2 沖擊彎曲和沖擊韌性沖擊彎曲和沖擊韌性 一、沖擊韌性一、沖擊韌性 是指材料在沖擊

9、載荷作用下吸收（彈性變形功）是指材料在沖擊載荷作用下吸收（彈性變形功）塑性變形功和斷裂功的能力塑性變形功和斷裂功的能力。常用標準試樣的。常用標準試樣的沖擊沖擊吸收功吸收功A AK K來表示。來表示。 二、沖擊試樣二、沖擊試樣 如圖所示如圖所示 1、沖擊彎曲試驗試樣的種類：、沖擊彎曲試驗試樣的種類： 夏比夏比v型缺口沖擊試樣（我國以前稱夏氏試樣）型缺口沖擊試樣（我國以前稱夏氏試樣） 夏比夏比u型缺口沖擊試樣（我國以前稱梅氏試樣）型缺口沖擊試樣（我國以前稱梅氏試樣） 無缺口沖擊試樣無缺口沖擊試樣：適用于脆性材料（球鐵、工具：適用于脆性材料（球鐵、工具鋼、淬火鋼等）鋼、淬火鋼等） 缺口試樣缺口試樣1

10、0 2、沖擊試樣、沖擊試樣開缺口的目的開缺口的目的 使缺口附近造成應力集中，保證在缺口處破使缺口附近造成應力集中，保證在缺口處破斷。斷。 缺口的深度和尖銳程度對沖擊吸收功影響顯缺口的深度和尖銳程度對沖擊吸收功影響顯著。缺口越深、越尖銳，著。缺口越深、越尖銳，Ak值越小，材料表現(xiàn)的值越小，材料表現(xiàn)的脆性越大。脆性越大。 所以，不同類型和尺寸試樣的所以，不同類型和尺寸試樣的Ak值不能相互值不能相互換算和直接比較。換算和直接比較。 11 三、沖擊彎曲試驗原理三、沖擊彎曲試驗原理 1、沖擊試驗的分類：按其服役工況有：、沖擊試驗的分類：按其服役工況有：圖圖 簡支梁下的沖擊彎曲試驗（夏比沖擊試驗）簡支梁下

11、的沖擊彎曲試驗（夏比沖擊試驗） 懸臂梁下的沖擊彎曲試驗（艾氏沖擊試驗）懸臂梁下的沖擊彎曲試驗（艾氏沖擊試驗） GB/T41581984 沖擊拉伸試驗沖擊拉伸試驗 沖擊扭轉試驗沖擊扭轉試驗 按試驗溫度可分為高溫、低溫和常溫沖擊試驗，按試驗溫度可分為高溫、低溫和常溫沖擊試驗，按試樣的缺口類型可分為按試樣的缺口類型可分為V型和型和U型兩種沖擊試驗。現(xiàn)型兩種沖擊試驗?，F(xiàn)行國家標準行國家標準GB/T2292007金屬材料金屬材料 夏比擺錘沖夏比擺錘沖擊試驗方法擊試驗方法將以上所涉及的試驗方法統(tǒng)一合并在一將以上所涉及的試驗方法統(tǒng)一合并在一個標準內(nèi)，更加便于執(zhí)行。個標準內(nèi)，更加便于執(zhí)行。 2 2、沖擊彎曲試

12、驗、沖擊彎曲試驗： GB/T229-2007金屬材料金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗方夏比擺錘沖擊試驗方法法規(guī)定，規(guī)定，如圖所示如圖所示。沖擊吸收能量。沖擊吸收能量K（1994年標準年標準為沖擊吸收功為沖擊吸收功Ak）：）：KGH1-GH2=G(H1-H2)mg(H1-H2) 對采用對采用u型缺口和型缺口和v型缺口的試樣，其沖擊吸收功型缺口的試樣，其沖擊吸收功分別用分別用Aku和和Akv來表示。試驗前需對來表示。試驗前需對試驗機試驗機進行校核。進行校核。 舊標準使用舊標準使用ak（沖擊韌性）作為性能指標。（沖擊韌性）作為性能指標。 (J/cm2)NkkFAa 13 新標準新標準沖擊吸收能量沖擊吸收能

13、量K K的表示方法的表示方法： 為了表示不同類型沖擊試樣的試驗結果，兩為了表示不同類型沖擊試樣的試驗結果，兩種類型試樣在兩種擺錘刀刃下的吸收能量用如下種類型試樣在兩種擺錘刀刃下的吸收能量用如下符號表示，以示區(qū)別：符號表示，以示區(qū)別： V型缺口試樣在型缺口試樣在2mm擺錘刀刃下的沖擊吸收擺錘刀刃下的沖擊吸收能量，表示為能量，表示為KV2； V型缺口試樣在型缺口試樣在8mm擺錘刀刃下的沖擊吸收擺錘刀刃下的沖擊吸收能量，表示為能量，表示為KV8； U型缺口試樣在型缺口試樣在2mm擺錘刀刃下的沖擊吸收擺錘刀刃下的沖擊吸收能量，表示為能量，表示為K U2； U型缺口試樣在型缺口試樣在8mm擺錘刀刃下的沖

14、擊吸收擺錘刀刃下的沖擊吸收能量，表示為能量，表示為K U8。14 四、沖擊值的意義和討論四、沖擊值的意義和討論 1、a ak k值沒有明確的物理意義值沒有明確的物理意義 其一：沖斷試樣時其一：沖斷試樣時所消耗的能量并非沿試樣截所消耗的能量并非沿試樣截面均勻分布面均勻分布，而是主要被缺口附近的體積吸收，缺，而是主要被缺口附近的體積吸收，缺口附近與缺口遠處吸收的能量在數(shù)值上相差極大?？诟浇c缺口遠處吸收的能量在數(shù)值上相差極大。 其二：其二：吸收能量是體積的而不是面積吸收能量是體積的而不是面積，所以用，所以用單位面積吸收的能量單位面積吸收的能量ak來表示材料沖擊條件下的韌來表示材料沖擊條件下的韌性，

15、其物理意義不夠明確。性，其物理意義不夠明確。 15 2、A Ak k或或K K值相同的材料，其韌性不一定相同值相同的材料，其韌性不一定相同 因為，試樣所吸收的沖擊能量包括了三部分，因為，試樣所吸收的沖擊能量包括了三部分，即彈性變形功、塑性變形功和裂紋擴展功。對不即彈性變形功、塑性變形功和裂紋擴展功。對不同的材料，沖擊吸收功數(shù)值可能相同，但這三部同的材料，沖擊吸收功數(shù)值可能相同，但這三部分各占的比例確不一定相同。而真正能顯示材料分各占的比例確不一定相同。而真正能顯示材料韌性好壞的是后兩部分，尤其是裂紋擴展功的大韌性好壞的是后兩部分，尤其是裂紋擴展功的大小。小。16 3 3、沖擊吸收能量沖擊吸收能

16、量K K（沖擊吸收功（沖擊吸收功A AK K）并非完）并非完全用于試樣變形和破斷。全用于試樣變形和破斷。 沖擊試驗時，擺錘所消耗的總功沖擊試驗時，擺錘所消耗的總功k一部分一部分用用于試樣的變形和破斷。于試樣的變形和破斷。另一部分另一部分消耗于試樣的擲消耗于試樣的擲出、機身振動、克服空氣阻力以及軸承和測量機出、機身振動、克服空氣阻力以及軸承和測量機構中的摩擦消耗，在擺錘試驗時這部分功是忽略構中的摩擦消耗，在擺錘試驗時這部分功是忽略不計的。不計的。當擺錘軸線與缺口中心線不一致時當擺錘軸線與缺口中心線不一致時，上，上述功耗比較大，所以不同試驗機和不同人員操作述功耗比較大，所以不同試驗機和不同人員操作

17、的的k值相差值相差1030。 17 五、沖擊試驗的應用五、沖擊試驗的應用 盡管用盡管用ak、Ak或或K作為一個力學性能指標來表作為一個力學性能指標來表示沖擊韌性存在著各種不足之處，但其值的大小示沖擊韌性存在著各種不足之處，但其值的大小對材料的組織十分敏感，能敏感地反映出材料品對材料的組織十分敏感，能敏感地反映出材料品質(zhì)、宏觀缺陷和顯微組織的微小變化。同時，在質(zhì)、宏觀缺陷和顯微組織的微小變化。同時，在生產(chǎn)上的長期應用，已經(jīng)積累了大量有價值的資生產(chǎn)上的長期應用，已經(jīng)積累了大量有價值的資料和數(shù)據(jù)。常用來檢驗冶金、熱加工質(zhì)量?，F(xiàn)在料和數(shù)據(jù)。常用來檢驗冶金、熱加工質(zhì)量。現(xiàn)在還廣泛應用在以下幾個方面：還廣

18、泛應用在以下幾個方面： 18 1、評定原材料的冶金缺陷和熱加工后的質(zhì)量評定原材料的冶金缺陷和熱加工后的質(zhì)量（如圖所示如圖所示） 檢驗冶金缺陷檢驗冶金缺陷：夾渣、氣泡、嚴重分層、偏：夾渣、氣泡、嚴重分層、偏析以及夾雜物超級。析以及夾雜物超級。 檢驗鍛造和熱處理缺陷檢驗鍛造和熱處理缺陷：過熱、過燒、回火：過熱、過燒、回火脆性、淬火和鍛造裂紋等。脆性、淬火和鍛造裂紋等。 2、根據(jù)系列沖擊試驗，可、根據(jù)系列沖擊試驗，可測得測得k與溫度的關與溫度的關系曲線系曲線，測定材料的韌脆轉變溫度、藍脆、重結，測定材料的韌脆轉變溫度、藍脆、重結晶脆性。晶脆性。 19 3、作為材料承受大能量沖擊破壞時的抗力作為材料承

19、受大能量沖擊破壞時的抗力指標指標。 如對裝甲板之類的結構件，沖擊功就是一個如對裝甲板之類的結構件，沖擊功就是一個重要抗力指標。但對承受小能量多次沖擊（成千重要抗力指標。但對承受小能量多次沖擊（成千上萬次）的結構件，用沖擊功作為抗力指標并不上萬次）的結構件，用沖擊功作為抗力指標并不合適。合適。203-3 3-3 低溫脆性低溫脆性 一、低溫脆性現(xiàn)象一、低溫脆性現(xiàn)象 1、定義定義：體心立方金屬及合金或某些密排六方：體心立方金屬及合金或某些密排六方金屬及其合金，隨試驗溫度的下降而降低，金屬及其合金，隨試驗溫度的下降而降低，在試驗在試驗溫度低于某一溫度時，會由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，溫度低于某一溫度時，會

20、由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂機理由微孔聚集型斷裂沖擊吸收功明顯下降，斷裂機理由微孔聚集型斷裂變?yōu)榇┚嗔?，斷口特征由纖維狀轉變?yōu)榻Y晶狀。變?yōu)榇┚嗔?，斷口特征由纖維狀轉變?yōu)榻Y晶狀。這種現(xiàn)象稱為低溫脆性這種現(xiàn)象稱為低溫脆性，又稱為，又稱為冷脆冷脆。這種轉變稱。這種轉變稱為為韌脆轉變韌脆轉變。 轉變溫度稱為轉變溫度稱為韌脆轉變溫度韌脆轉變溫度，又稱為冷脆轉變，又稱為冷脆轉變溫度。溫度。 面心立方金屬及其合金一般沒有低溫脆性現(xiàn)象。面心立方金屬及其合金一般沒有低溫脆性現(xiàn)象。21 2 2、原因、原因 低于某一溫度（韌脆轉變溫度低于某一溫度（韌脆轉變溫度tk）時，塑）時，塑性斷裂強度高

21、于正斷強度（如圖所示）。塑性性斷裂強度高于正斷強度（如圖所示）。塑性斷裂強度在塑性變形過程中隨形變強化和應力斷裂強度在塑性變形過程中隨形變強化和應力狀態(tài)的變化而變化。狀態(tài)的變化而變化。 體心立方金屬的低溫脆性還可能與遲屈服體心立方金屬的低溫脆性還可能與遲屈服有關有關。 22 二、韌脆轉變溫度二、韌脆轉變溫度 目前，常用根據(jù)能量、塑性變形或斷口形貌目前，常用根據(jù)能量、塑性變形或斷口形貌隨溫度的變化來定義韌脆轉變溫度隨溫度的變化來定義韌脆轉變溫度tk。 1、能量準則法能量準則法： 沖擊功隨溫度的變化而變化，變化趨勢如圖沖擊功隨溫度的變化而變化，變化趨勢如圖所示。能量法定義所示。能量法定義tk的方法

22、有以下三種：的方法有以下三種： 以低階能以低階能開始上升的溫度開始上升的溫度定義為定義為tk，記為，記為NDT（Nil Ductility Temperature）稱為）稱為無塑性或無塑性或零塑性轉變溫度零塑性轉變溫度。23 以以高階能對應的溫度高階能對應的溫度定義為定義為tk，記為，記為FTP(Fracture Transition Plastic)，較為保守的，較為保守的方法。方法。 以低階能和高階能以低階能和高階能平均值平均值對應的溫度定義對應的溫度定義為為tk，記為，記為FTE(Fracture Transition Elastic)。 新標準規(guī)定新標準規(guī)定：沖擊吸收能量達到某一特定值

23、沖擊吸收能量達到某一特定值時，例如時，例如KV827J；沖擊吸收能量達到上平臺某沖擊吸收能量達到上平臺某一百分數(shù)，例如一百分數(shù)，例如50；剪切斷面率達到某一百分剪切斷面率達到某一百分數(shù)，例如數(shù)，例如50；側膨脹值達到某一個量。例如側膨脹值達到某一個量。例如0.9mm。24 2 2、斷口形貌法斷口形貌法 沖擊斷口形態(tài)如圖所示。分成為纖維區(qū)、放射沖擊斷口形態(tài)如圖所示。分成為纖維區(qū)、放射區(qū)、剪切唇三個區(qū)。形成過程區(qū)、剪切唇三個區(qū)。形成過程 通常取結晶區(qū)面積占總面積的通常取結晶區(qū)面積占總面積的50的溫度作為的溫度作為tk，并記作，并記作FATT50 ，如圖所示，通用，如圖所示，通用v型試樣。型試樣。

24、需要說明的是需要說明的是：tk屬于韌性指標，也是安全性指屬于韌性指標，也是安全性指標。但不能直接用于機件的設計計算；因定義標。但不能直接用于機件的設計計算；因定義tk的方的方法不同，同一種材料的也不同，同一種材料使用同法不同，同一種材料的也不同，同一種材料使用同一種方法時，可能因為外界因素（試樣尺寸、缺口一種方法時，可能因為外界因素（試樣尺寸、缺口尖銳程度和加載速率等）的改變也要發(fā)生變化。尖銳程度和加載速率等）的改變也要發(fā)生變化。25 三、落錘試驗和斷裂分析圖三、落錘試驗和斷裂分析圖 是一種動態(tài)試驗法，見是一種動態(tài)試驗法，見GB/T6803-1986鐵素體鋼的無塑性轉變溫度落錘試驗方法鐵素體鋼

25、的無塑性轉變溫度落錘試驗方法。（如圖所示）（如圖所示） 測定的無塑性轉變溫度用測定的無塑性轉變溫度用NDT表示。表示。263-3 3-3 影響沖擊韌性和韌脆轉變溫度的因素影響沖擊韌性和韌脆轉變溫度的因素 一、材料方面的因素（內(nèi)因）一、材料方面的因素（內(nèi)因） 1 1、晶體結構和強度等級晶體結構和強度等級 體心立方、密排六方金屬及其合金脆斷傾向體心立方、密排六方金屬及其合金脆斷傾向明顯，密排六方金屬不明顯（原因在于派納力的明顯，密排六方金屬不明顯（原因在于派納力的高低）。中低強度鋼一般屬于體心立方金屬，脆高低）。中低強度鋼一般屬于體心立方金屬，脆斷傾向明顯。高強度鋼斷傾向明顯。高強度鋼tk不明顯。

26、不明顯。27 2 2、化學成分的影響化學成分的影響 間隙溶質(zhì)元素含量增加，高階能下降，韌脆間隙溶質(zhì)元素含量增加，高階能下降，韌脆轉變溫度轉變溫度tk提高。提高。 置換型溶質(zhì)元素對韌性影響不明顯。置換型溶質(zhì)元素對韌性影響不明顯。 雜質(zhì)元素雜質(zhì)元素S、P、As、Sn、Sb等，使鋼的韌等，使鋼的韌性下降。性下降。 3 3、晶粒尺寸的影響晶粒尺寸的影響 細化晶粒可提高韌性，降低細化晶?？商岣唔g性，降低tk 。28 4 4、金相組織的影響金相組織的影響 在較低強度水平時在較低強度水平時，強度相等而組織不同的，強度相等而組織不同的鋼，以鋼，以S回回最好，最好，B回回火組織次之，片狀珠光體組織火組織次之，片

27、狀珠光體組織最差。最差。 較高強度水平時較高強度水平時，以，以B下下優(yōu)于同等強度的淬優(yōu)于同等強度的淬火回火組織。火回火組織。 在相同強度水平下在相同強度水平下，B上上的韌脆轉變溫度高的韌脆轉變溫度高于于B下下。低碳鋼低溫。低碳鋼低溫B上上的韌性高于的韌性高于M回回。這是由于。這是由于低溫形成的低溫形成的B上上中滲碳體沿奧氏體晶界析出受到抑中滲碳體沿奧氏體晶界析出受到抑制，減少了晶界裂紋所致。制，減少了晶界裂紋所致。29 在低合金鋼中，經(jīng)不完全等溫處理獲得在低合金鋼中，經(jīng)不完全等溫處理獲得B和和M混合組織，其韌性比單一混合組織，其韌性比單一M或或B要好要好。這是由。這是由于于B先于先于M形成，事

28、先將奧氏體分成幾部分，隨形成，事先將奧氏體分成幾部分，隨后形成的后形成的M限制在較小范圍內(nèi)，獲得組織單元極限制在較小范圍內(nèi)，獲得組織單元極為細小的混合組織。裂紋在此種組織內(nèi)擴展要多為細小的混合組織。裂紋在此種組織內(nèi)擴展要多次改變方向，消耗的能量大，故鋼的韌性較高。次改變方向，消耗的能量大，故鋼的韌性較高。 在某些馬氏體鋼中存在奧氏體在某些馬氏體鋼中存在奧氏體，可改善鋼，可改善鋼的韌性，抑制解理斷裂。的韌性，抑制解理斷裂。30 二、外部因素的影響二、外部因素的影響 促使材料脆化的因素為溫度、形變速度、試促使材料脆化的因素為溫度、形變速度、試樣尺寸、應力狀態(tài)等。樣尺寸、應力狀態(tài)等。 1 1、形變速

29、度的影響形變速度的影響 提高變形速度有類似降溫的作用。但是在常提高變形速度有類似降溫的作用。但是在常用的沖擊速度范圍內(nèi)（用的沖擊速度范圍內(nèi)（46m/s），改變變形速），改變變形速度對韌脆轉變溫度影響不大。度對韌脆轉變溫度影響不大。31 2 2、試樣尺寸及取樣部位的影響試樣尺寸及取樣部位的影響 試樣尺寸增加，韌性下降，斷口中纖維區(qū)比試樣尺寸增加，韌性下降，斷口中纖維區(qū)比例減少，韌脆轉變溫度提高。原因是：尺寸越大，例減少，韌脆轉變溫度提高。原因是：尺寸越大，出現(xiàn)缺陷的幾率增加、缺口前沿三向拉應力狀態(tài)出現(xiàn)缺陷的幾率增加、缺口前沿三向拉應力狀態(tài)加劇、平面應變斷口比例增加，使脆斷抗力下降。加劇、平面應變

30、斷口比例增加，使脆斷抗力下降。 取樣部位不同，其韌性值也不同。取樣部位不同，其韌性值也不同。 3 3、應力狀態(tài)及缺口形式的影響應力狀態(tài)及缺口形式的影響 應力狀態(tài)越硬，缺口越尖銳，韌性越低，韌應力狀態(tài)越硬，缺口越尖銳，韌性越低，韌脆轉變溫度越高。脆轉變溫度越高。32知識擴充知識擴充 泰坦尼克號（泰坦尼克號（TitanicTitanic）中的力學知識）中的力學知識 1912年當年最為豪華、號稱永不沉沒的泰坦尼克號年當年最為豪華、號稱永不沉沒的泰坦尼克號（Titanic）首航沉沒于冰海，成了）首航沉沒于冰海，成了20世紀令人難以忘懷的悲世紀令人難以忘懷的悲慘海難。多年來，出版了不少回憶錄、小說，演出

31、了不少戲劇、慘海難。多年來，出版了不少回憶錄、小說，演出了不少戲劇、電影。電影。1985年以后，探險家們數(shù)次深潛到年以后，探險家們數(shù)次深潛到12,612英尺深的海底英尺深的海底研究沉船，起出遺物。研究沉船，起出遺物。1995年年2月美國月美國科學大眾科學大眾（Popular Science）雜志發(fā)表了）雜志發(fā)表了R Gannon 的文章，標題是的文章，標題是What Really Sank The Titanic,付標題是付標題是“為什么為什么不會不會沉沒的沉沒的船在撞上一個冰山后船在撞上一個冰山后3 3小時就沉沒了？小時就沉沒了？一項新的科學一項新的科學研究回答了研究回答了80年未解之謎年未解之謎“。作者出示了下圖兩個沖擊試驗結。作者出示了下圖兩個沖擊試驗結果。左面的試樣取自海底的果。左面的試樣取自海底的Titanic號，右面的是近代船用鋼板號，右面的是近代船用鋼板的沖擊試樣。由于的沖擊試樣。由于早年的早年的Titanic Titanic 號采用了含硫高的鋼板，韌號采用了含硫高的鋼板，韌性很差，特別是在低溫呈脆性。性很差，特別是在低溫呈脆性。所以，沖擊試樣是典型的脆性所以，沖擊試樣是典型的脆性斷口。近代船用鋼板的沖擊試樣則具有相當好的韌性。斷口。近代船用鋼板