金屬材料與熱處理司衛(wèi)華第1頁(yè)/共118頁(yè)本章導(dǎo)讀金屬材料在現(xiàn)代工業(yè)中的廣泛應(yīng)用主要是由于其能滿足各種工程構(gòu)件或機(jī)械零件所需的力學(xué)性能和工藝性能要求，所以掌握各種金屬材料的力學(xué)性能及其變化規(guī)律，根據(jù)工作條件及力學(xué)性能選擇材料，充分發(fā)揮其性能潛力，是保證構(gòu)件或零件質(zhì)量的基礎(chǔ)。第2頁(yè)/共118頁(yè)使用性能：材料在使用過(guò)程中所表現(xiàn)的性能。包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。工藝性能：材料在加工過(guò)程中所表現(xiàn)的性能。包括鑄造、鍛壓、焊接、熱處理和切削性能等。概述第3頁(yè)/共118頁(yè)

金屬材料的力學(xué)性能是指在承受各種外加載荷（拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊、交變應(yīng)力等）時(shí)，對(duì)變形與斷裂的抵抗能力及發(fā)生變形的能力。概述第4頁(yè)/共118頁(yè)第5頁(yè)/共118頁(yè)材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱為變形。外力去處后能夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形。外力去處后不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。第6頁(yè)/共118頁(yè)力學(xué)性能材料在力的作用下，諸如不同載荷所造成的彈性變形、塑性變形、斷裂（脆性斷裂、韌性斷裂、疲勞斷裂等）以及金屬抵抗變形和斷裂能力的衡量指標(biāo)。常用的力學(xué)性能有：強(qiáng)度、剛度、彈性、塑性、硬度、沖擊韌性及疲勞極限等。第7頁(yè)/共118頁(yè)1.1強(qiáng)度與塑性強(qiáng)度是指金屬材料在靜載荷作用下，抵抗塑性變形和斷裂的能力。塑性是指金屬材料在靜載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不致引起破壞的能力。金屬材料的強(qiáng)度和塑性的判據(jù)可通過(guò)拉伸試驗(yàn)測(cè)定。第8頁(yè)/共118頁(yè)

一、拉伸實(shí)驗(yàn)（GB/T228-2002）第9頁(yè)/共118頁(yè)1.拉伸試樣2.力—伸長(zhǎng)曲線（以低碳鋼試樣為例）3.脆性材料的拉伸曲線返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)第10頁(yè)/共118頁(yè)1.拉伸試樣（GB6397-86）長(zhǎng)試樣：L0=10d0短試樣：L0=5d0返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)第11頁(yè)/共118頁(yè)第12頁(yè)/共118頁(yè)

萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)

a)WE系列液壓式b)WDW系列電子式第13頁(yè)/共118頁(yè)第14頁(yè)/共118頁(yè)第15頁(yè)/共118頁(yè)2.力－伸長(zhǎng)曲線彈性變形階段屈服階段頸縮現(xiàn)象拉伸試驗(yàn)中得出的拉伸力與伸長(zhǎng)量的關(guān)系曲線。強(qiáng)化階段返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)

第16頁(yè)/共118頁(yè)(a)試樣(b)伸長(zhǎng)(c)產(chǎn)生縮頸(d)斷裂第17頁(yè)/共118頁(yè)拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象第18頁(yè)/共118頁(yè)ΔLF0返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)第19頁(yè)/共118頁(yè)應(yīng)力

=P/F0應(yīng)變

=(l-l0)/l0第20頁(yè)/共118頁(yè)二、剛度第21頁(yè)/共118頁(yè)剛度是指材料抵抗彈性變形的能力，金屬材料剛度的大小一般用彈性模量E表示。在拉伸曲線上，彈性模量就是直線（OP）部分的斜率。對(duì)于材料而言，彈性模量E越大，其剛度越大。第22頁(yè)/共118頁(yè)彈性模量的大小主要取決于材料的本性，除隨溫度升高而逐漸降低外，其他強(qiáng)化材料的手段如熱處理、冷熱加工、合金化等對(duì)彈性模量的影響很小?？梢酝ㄟ^(guò)增加橫截面積或改變截面形狀來(lái)提高零件的剛度。第23頁(yè)/共118頁(yè)材料彈性模量E/105MPa彈性極限σe/MPa中碳鋼2.1310彈簧鋼2.1965硬鋁0.724125銅1.127.5鈹青銅1.2588磷青銅1.01450第24頁(yè)/共118頁(yè)結(jié)構(gòu)的剛度除取決于組成材料的彈性模量外，還同其幾何形狀、截面尺寸等因素以及外力的作用形式有關(guān)，在彈性模量E一定時(shí)，零件或構(gòu)件的截面尺寸越大，其剛度越高。對(duì)于一些須嚴(yán)格限制變形的結(jié)構(gòu)（如機(jī)翼、高精度的裝配件等），須通過(guò)剛度分析來(lái)控制變形。許多結(jié)構(gòu)（如建筑物、船體結(jié)構(gòu)等）也要通過(guò)控制剛度以防止發(fā)生振動(dòng)、顫振或失穩(wěn)。第25頁(yè)/共118頁(yè)

彈性極限σe

彈性極限是指在產(chǎn)生完全彈性變形時(shí)材料所能承受的最大應(yīng)力，即：

式中Fe——試樣完全彈性變形時(shí)所能承受的最大載荷，N；

Ao——試樣原始截面積，mm2。第26頁(yè)/共118頁(yè)

在實(shí)際工程應(yīng)用中，在最大許用應(yīng)力條件下是否產(chǎn)生或產(chǎn)生多大微量塑性變形是重要的，具有實(shí)際意義。第27頁(yè)/共118頁(yè)三、強(qiáng)度第28頁(yè)/共118頁(yè)強(qiáng)度是指金屬材料抵抗塑性變形和斷裂的能力，是工程技術(shù)上重要的力學(xué)性能指標(biāo)。按照載荷的性質(zhì)，材料強(qiáng)度有靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度等；按照環(huán)境條件，材料強(qiáng)度有常溫強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度等，高溫強(qiáng)度又包括蠕變極限和持久強(qiáng)度。除了上述材料強(qiáng)度外，還有機(jī)械零件和構(gòu)件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。工程上常用的強(qiáng)度指標(biāo)有強(qiáng)度指標(biāo)有屈服強(qiáng)度、規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等。第29頁(yè)/共118頁(yè)材料強(qiáng)度的大小通常用單位面積上所承受的力來(lái)表示，其單位為N/m2(Pa)，但Pa這個(gè)單位太小，所以實(shí)際工程中常用MPa（MPa=106Pa）作為強(qiáng)度的單位。一般鋼材的屈服強(qiáng)度在200～2000MPa之間，如建造2008年北京奧運(yùn)會(huì)主體育場(chǎng)“鳥(niǎo)巢”外部鋼結(jié)構(gòu)的Q460E鋼，其屈服強(qiáng)度為460MPa。第30頁(yè)/共118頁(yè)1.屈服強(qiáng)度第31頁(yè)/共118頁(yè)（1）屈服現(xiàn)象在金屬拉伸試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)彈性極限后，變形增加較快，此時(shí)除了彈性變形外，還產(chǎn)生部分塑性變形。當(dāng)外力增加到一定數(shù)值時(shí)突然下降，隨后，在外力不增加或上下波動(dòng)情況下，試樣繼續(xù)伸長(zhǎng)變形，在力－伸長(zhǎng)曲線出現(xiàn)一個(gè)波動(dòng)的小平臺(tái)，這便是屈服現(xiàn)象。第32頁(yè)/共118頁(yè)（2）屈服強(qiáng)度在拉伸曲線上，與上、下屈服點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為上、下屈服強(qiáng)度，分別用ReH和ReL表示。ReH和ReL的計(jì)算公式如下：第33頁(yè)/共118頁(yè)第34頁(yè)/共118頁(yè)（3）規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度對(duì)于高碳淬火鋼、鑄鐵等材料，在拉伸試驗(yàn)中沒(méi)有明顯的屈服現(xiàn)象，無(wú)法確定其屈服強(qiáng)度。國(guó)標(biāo)GB228-2002規(guī)定，一般規(guī)定以試樣達(dá)到一定殘余伸長(zhǎng)率對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為材料的屈服強(qiáng)度，稱為規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度，通常記作Rr。例如Rr0.2表示殘余伸長(zhǎng)率為0.2%時(shí)的應(yīng)力。第35頁(yè)/共118頁(yè)例如Rr0.2表示規(guī)定殘余延伸率為0.2％時(shí)的應(yīng)力。其計(jì)算公式為：

Rr0.2＝F0.2/S0

（N/mm2）

式中：F0.2－殘余延伸率達(dá)0.2％時(shí)的載荷（N）；

S0－試樣原始橫截面積（mm2）。

第36頁(yè)/共118頁(yè)

F0.2S0Rr0.2=第37頁(yè)/共118頁(yè)工程上各種構(gòu)件或機(jī)器零件工作時(shí)均不允許發(fā)生過(guò)量塑性變形，因此屈服強(qiáng)度ReL和規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度Rr是工程技術(shù)上重要的力學(xué)性能指標(biāo)之一，也是大多數(shù)機(jī)械零件選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)。第38頁(yè)/共118頁(yè)ReL

和Rr

常作為零件選材和設(shè)計(jì)的依據(jù)。傳統(tǒng)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法，對(duì)韌性材料，以屈服強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定許用應(yīng)力[σ]=ReL/n，安全系數(shù)n一般取2或更大。第39頁(yè)/共118頁(yè)2.抗拉強(qiáng)度第40頁(yè)/共118頁(yè)抗拉強(qiáng)度

材料在斷裂前所能承受的最大應(yīng)力，用符號(hào)Rm表示。Rm=FbS0計(jì)算公式第41頁(yè)/共118頁(yè)抗拉強(qiáng)度Rm的物理意義是塑性材料抵抗大量均勻塑性變形的能力。鑄鐵等脆性材料拉伸過(guò)程中一般不出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，抗拉強(qiáng)度就是材料的斷裂強(qiáng)度。斷裂是零件最嚴(yán)重的失效形式，所以，抗拉強(qiáng)度也是機(jī)械工程設(shè)計(jì)和選材的主要指標(biāo)，特別是對(duì)脆性材料來(lái)講。第42頁(yè)/共118頁(yè)第43頁(yè)/共118頁(yè)3.強(qiáng)度的意義第44頁(yè)/共118頁(yè)

強(qiáng)度是指金屬材料抵抗塑性變形和斷裂的能力，一般鋼材的屈服強(qiáng)度在200～1000MPa之間。強(qiáng)度越高，表明材料在工作時(shí)越可以承受較高的載荷。當(dāng)載荷一定時(shí)，選用高強(qiáng)度的材料，可以減小構(gòu)件或零件的尺寸，從而減小其自重。因此，提高材料的強(qiáng)度是材料科學(xué)中的重要課題，稱之為材料的強(qiáng)化。第45頁(yè)/共118頁(yè)四、塑性第46頁(yè)/共118頁(yè)（二）衡量指標(biāo)金屬材料斷裂前發(fā)生永久變形的能力。斷面收縮率：伸長(zhǎng)率：試樣拉斷后，標(biāo)距的伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距的百分比。試樣拉斷后，頸縮處的橫截面積的縮減量與原始橫截面積的百分比。返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)（一）定義第47頁(yè)/共118頁(yè)斷后伸長(zhǎng)率（A

）l1-l0l0×100%A=l1——試樣拉斷后的標(biāo)距,mm;l0——試樣的原始標(biāo)距,mm。返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)第48頁(yè)/共118頁(yè)同一材料的試樣長(zhǎng)短不同，測(cè)得的斷后伸長(zhǎng)率略有不同。由于大多數(shù)韌性金屬材料的集中塑性變形量大于均勻塑性變形量，因此，比例試樣的尺寸越短，其斷后伸長(zhǎng)率越大，用短試樣（L0＝5d0）測(cè)得的斷后伸長(zhǎng)率A略大于用長(zhǎng)試樣（L0＝10d0）測(cè)得的斷后伸長(zhǎng)率A11.3。第49頁(yè)/共118頁(yè)斷面收縮率（Z）S0-S1S0Z=×100%S0——試樣原始橫截面積,mm2；S1——頸縮處的橫截面積,mm2

。返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)第50頁(yè)/共118頁(yè)三、塑性的意義任何零件都要求材料具有一定的塑性。很顯然，斷后伸長(zhǎng)率A和斷面收縮率Z越大，說(shuō)明材料在斷裂前發(fā)生的塑性變形量越大，也就是材料的塑性越好。意義：

a）安全，防止產(chǎn)生突然破壞；

b）緩和應(yīng)力集中；

c）軋制、擠壓等冷熱加工變形。第51頁(yè)/共118頁(yè)強(qiáng)度與塑性是一對(duì)相互矛盾的性能指標(biāo)。在金屬材料的工程應(yīng)用中，要提高強(qiáng)度，就要犧牲一部分塑性。反之，要改善塑性，就必須犧牲一部分強(qiáng)度。正所謂“魚(yú)和熊掌二者不能兼得”。但通過(guò)細(xì)化金屬材料的顯微組織，可以同時(shí)提高材料的強(qiáng)度和塑性。第52頁(yè)/共118頁(yè)通常情況下金屬的伸長(zhǎng)率不超過(guò)90%，而有些金屬及其合金在某些特定的條件下，最大伸長(zhǎng)率可高達(dá)1000%～2000%，個(gè)別的可達(dá)6000%，這種現(xiàn)象稱為超塑性。由于超塑性狀態(tài)具有異常高的塑性，極小的流動(dòng)應(yīng)力，極大的活性及擴(kuò)散能力，在壓力加工、熱處理、焊接、鑄造、甚至切削加工等很多領(lǐng)域被中應(yīng)用。超塑性第53頁(yè)/共118頁(yè)GB/T228-2002新標(biāo)準(zhǔn)GB/T228-1987舊標(biāo)準(zhǔn)名稱符號(hào)名稱符號(hào)屈服強(qiáng)度①－屈服點(diǎn)σs上屈服強(qiáng)度ReH上屈服點(diǎn)σsU下屈服強(qiáng)度ReL下屈服點(diǎn)σsL規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度Rr規(guī)定殘余延伸應(yīng)力σr抗拉強(qiáng)度Rm抗拉強(qiáng)度σb斷后伸長(zhǎng)率A或A11.3斷后伸長(zhǎng)率δ5或δ10斷面收縮率Z斷面收縮率ψ第54頁(yè)/共118頁(yè)1.2硬度第55頁(yè)/共118頁(yè)材料抵抗表面局部塑性變形的能力。第56頁(yè)/共118頁(yè)（一）布氏硬度（二）洛氏硬度1.原理2.應(yīng)用3.優(yōu)缺點(diǎn)1.原理2.應(yīng)用3.優(yōu)缺點(diǎn)4.實(shí)驗(yàn)（錄像）4.實(shí)驗(yàn)（錄像）返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)第57頁(yè)/共118頁(yè)（一）布氏硬度布氏硬度試驗(yàn)是指用一定直徑的硬質(zhì)合金球以相應(yīng)的試驗(yàn)力壓入式樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，用測(cè)量的表面壓痕直徑計(jì)算硬度的一種壓痕硬度試驗(yàn)。返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)第58頁(yè)/共118頁(yè)第59頁(yè)/共118頁(yè)

布氏硬度試驗(yàn)原理圖第60頁(yè)/共118頁(yè)1.原理布氏硬度=

FS凹=2FπD[D-（D2-d2）?]（一）布氏硬度返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)第61頁(yè)/共118頁(yè)布氏硬度實(shí)際測(cè)試時(shí)，硬度值是不用計(jì)算的，利用刻度放大鏡測(cè)出壓痕直徑d，根據(jù)值d查平面布氏硬度表即可查出硬度值（詳見(jiàn)附表B）。目前，金屬布氏硬度試驗(yàn)方法執(zhí)行時(shí)GB/T231-2002標(biāo)準(zhǔn)，用符號(hào)HBW表示，布氏硬度試驗(yàn)范圍上限為650HBW。第62頁(yè)/共118頁(yè)

測(cè)量比較軟的材料。測(cè)量范圍<650HBW的金屬材料。3.優(yōu)缺點(diǎn)2.應(yīng)用

壓痕大，測(cè)量準(zhǔn)確，但不能測(cè)量成品件。返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)第63頁(yè)/共118頁(yè)4.實(shí)驗(yàn)（錄像）返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)第64頁(yè)/共118頁(yè)1.

原理（二）洛氏硬度返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)加初載荷加主載荷卸除主載荷讀硬度值第65頁(yè)/共118頁(yè)返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)第66頁(yè)/共118頁(yè)2.應(yīng)用范圍20~671500N120°金剛石圓錐體HRC25~1001000N1.588mm鋼球HRB70~85600N120°金剛石圓錐體HRA返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)常用洛氏硬度標(biāo)度的試驗(yàn)范圍第67頁(yè)/共118頁(yè)優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便、迅速，效率高，可直接測(cè)量成品件及高硬度的材料。3.優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn)：壓痕小，測(cè)量不準(zhǔn)確，需多次測(cè)量。返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)第68頁(yè)/共118頁(yè)4.實(shí)驗(yàn)（錄像）返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)第69頁(yè)/共118頁(yè)

3.維氏硬度(HV)

(1)測(cè)試原理和布氏硬度試驗(yàn)原理基本相同。(2)表示方法

例如：640HV30/20。(3)適用范圍

用于測(cè)量金屬鍍層薄片材料和化學(xué)熱處理后的表面硬度。

維氏硬度測(cè)試原理示意第70頁(yè)/共118頁(yè)各硬度值之間大致有以下關(guān)系：布氏硬度值在200～450HBW范圍內(nèi)，HBW=10HRC；布氏硬度值小于450HBW，

HBW≈HV第71頁(yè)/共118頁(yè)1.3沖擊韌性第72頁(yè)/共118頁(yè)

總結(jié)：

強(qiáng)度、硬度、塑性等力學(xué)性能指標(biāo)都是材料在靜載荷作用下的表現(xiàn)。

材料在工作時(shí)還經(jīng)常受到動(dòng)載荷的作用，沖擊載荷就是常見(jiàn)的一種。第73頁(yè)/共118頁(yè)靜載荷包括不隨時(shí)間變化的恒載（如自重）和加載變化緩慢以至可以略去慣性力作用的準(zhǔn)靜載（如鍋爐壓力）；第74頁(yè)/共118頁(yè)

動(dòng)載荷動(dòng)載荷包括短時(shí)間快速作用的沖擊載荷（如空氣錘）、隨時(shí)間作周期性變化的周期載荷（如空氣壓縮機(jī)曲軸）其對(duì)材料的作用效果或破壞效應(yīng)大于靜載荷。第75頁(yè)/共118頁(yè)沖擊載荷沖擊韌性的概念沖擊試驗(yàn)溫度對(duì)金屬材料韌性的影響提高金屬材料韌性的措施第76頁(yè)/共118頁(yè)1.沖擊載荷在很短時(shí)間內(nèi)作用物體上的載荷稱為沖擊載荷。加載時(shí)間短，加載速率高；有時(shí)利用，有時(shí)盡量避免或減小。載荷作用效果大，所以必須考慮材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力，即沖擊韌性。第77頁(yè)/共118頁(yè)沖擊載荷與靜載荷的主要區(qū)別在于加載時(shí)間短、加載速率高、應(yīng)力集中。由于加載速率提高，金屬形變速率也隨之增加，一般沖擊試驗(yàn)時(shí)金屬形變速率ε=102～104s-1。提高應(yīng)變率將使金屬材料的變脆傾向增大，因此沖擊載荷對(duì)材料的作用效果或破壞效應(yīng)大于靜載荷。第78頁(yè)/共118頁(yè)2.沖擊韌性的概念

材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力，稱為沖擊韌性。示例：玻璃在沖擊載荷作用下非常容易破裂，說(shuō)明其沖擊韌性很低。第79頁(yè)/共118頁(yè)3.沖擊試驗(yàn)沖擊試樣沖擊試驗(yàn)原理一次擺錘沖擊試驗(yàn)沖擊韌性的表示方法第80頁(yè)/共118頁(yè)第81頁(yè)/共118頁(yè)如不能制備標(biāo)準(zhǔn)試佯，可采用寬度7.5mm或5mm等小尺寸試祥,試樣的其他尺寸及公差與相應(yīng)缺口的標(biāo)準(zhǔn)試樣相同，缺口應(yīng)開(kāi)在試樣的窄面上。其中5mm×10mm×55mm試樣常用于薄板材料的檢驗(yàn)。焊接接頭沖擊試樣的形狀和尺寸與相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)試樣相同，但其缺口軸線應(yīng)當(dāng)垂直焊縫表面。第82頁(yè)/共118頁(yè)

原理沖擊韌性可以通過(guò)一次擺錘沖擊試驗(yàn)來(lái)測(cè)定，試驗(yàn)時(shí)將帶有U型或V型缺口的沖擊試樣放在試驗(yàn)機(jī)架的支座上，將擺錘升至高度H1，使其具有勢(shì)能mgH1；然后使擺錘由此高度自由下落將試樣沖斷，并向另一方向升高至H2，這時(shí)擺錘的勢(shì)能為mgH2。所以，擺錘用于沖斷試樣的能量

AK=mg（H1-H2），即為沖擊功（焦耳/J）。第83頁(yè)/共118頁(yè)第84頁(yè)/共118頁(yè)第85頁(yè)/共118頁(yè)4.材料沖擊韌性的表示方法國(guó)標(biāo)GB/T229－1994沖擊功吸收功：表征金屬材料沖擊韌性高低的指標(biāo)是沖擊功吸收功，也就是材料在斷裂前所吸收的能量。根據(jù)試樣缺口的不同，沖擊吸收功用AKV和AKU表示，單位為焦耳，數(shù)值可從試驗(yàn)機(jī)的刻度盤上讀出。第86頁(yè)/共118頁(yè)4.材料沖擊韌性的表示方法國(guó)標(biāo)GB/T229－2007沖擊吸收能量：表征金屬材料沖擊韌性高低的指標(biāo)是沖擊吸收能量;K＝mg（H1-H2）第87頁(yè)/共118頁(yè)4.材料沖擊韌性的表示方法按照國(guó)標(biāo)GB/T229－2007，U型缺口試樣和V型缺口試樣的沖擊能量分別表示為KU和KV，并用下標(biāo)數(shù)字2或8表示擺錘刀刃半徑，如KU2

，其單位是焦耳（J）。沖擊吸收能量的大小直接由試驗(yàn)機(jī)的刻度盤上直接讀出。第88頁(yè)/共118頁(yè)沖擊吸收能量的值越大，材料的韌性越大，越可以承受較大的沖擊載荷。沖擊吸收能量K或沖擊韌性值K越大，材料的韌性越大，越可以承受較大的沖擊載荷。一般把沖擊吸收能量低的材料稱為脆性材料，沖擊吸收能量高的材料稱為韌性材料。第89頁(yè)/共118頁(yè)【小資料】GB/T229－2007與GB/T229－1994相比，在金屬?zèng)_擊韌性的名稱和符號(hào)等方面有較大變化，為方便讀者學(xué)習(xí)，將關(guān)于金屬材料沖擊韌性的新、舊標(biāo)準(zhǔn)名稱和符號(hào)對(duì)照列于下表中。第90頁(yè)/共118頁(yè)新標(biāo)準(zhǔn)GB/T229－2007舊標(biāo)準(zhǔn)GB/T229－1994名稱符號(hào)名稱符號(hào)沖擊吸收能量K沖擊吸收功AKU型缺口試樣在2mm錘刃下的沖擊吸收能量KU2U型缺口沖擊吸收功(2mm錘刃)AKUU型缺口試樣在8mm錘刃下的沖擊吸收能量KU8V型缺口試樣在2mm錘刃下的沖擊吸收能量KV2V型缺口沖擊吸收功(2mm錘刃)AKVV型缺口試樣在2mm錘刃下的沖擊吸收能量KV8轉(zhuǎn)變溫度Tt韌脆轉(zhuǎn)變溫度TC第91頁(yè)/共118頁(yè)缺口沖擊試驗(yàn)最大的優(yōu)點(diǎn)就是測(cè)量迅速簡(jiǎn)便用于控制材料的冶金質(zhì)量和鑄造、鍛造、焊接及熱處理等熱加工工藝的質(zhì)量。用來(lái)評(píng)定材料的冷脆傾向（測(cè)定韌脆轉(zhuǎn)變溫度）。設(shè)計(jì)時(shí)要求機(jī)件的服役溫度高于材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。5.沖擊試驗(yàn)的應(yīng)用第92頁(yè)/共118頁(yè)5.沖擊試驗(yàn)的應(yīng)用缺口沖擊試驗(yàn)由于其本身反映一次或少數(shù)次大能量沖擊破斷抗力，因此對(duì)某些特殊服役條件下的零件，如彈殼、裝甲板、石油射孔槍等，有一定的參考價(jià)值。通過(guò)一次擺錘沖擊試驗(yàn)測(cè)定的沖擊吸收吸收能量K是一個(gè)由強(qiáng)度和塑性共同決定的綜合性力學(xué)性能指標(biāo)，不能直接用于零件和構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算，但它是一個(gè)重要參考，所以將材料的沖擊韌性列為金屬材料的常規(guī)力學(xué)性能，ReL(Rr0.2)、Rm、A、Z和K被稱為金屬材料常規(guī)力學(xué)性能的五大指標(biāo)。第93頁(yè)/共118頁(yè)

低溫脆性第94頁(yè)/共118頁(yè)低溫脆性——隨溫度降低，材料由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)的現(xiàn)象。冷脆：材料因溫度降低導(dǎo)致沖擊韌性的急劇下降并引起脆性破壞的現(xiàn)象。對(duì)壓力容器、橋梁、汽車、船舶的影響較大。

第95頁(yè)/共118頁(yè)第96頁(yè)/共118頁(yè)體心立方金屬具有韌脆轉(zhuǎn)變溫度，而大多數(shù)面心立方金屬?zèng)]有。第97頁(yè)/共118頁(yè)沖擊韌性與溫度有密切的關(guān)系，溫度降低，沖擊韌性隨之降低。當(dāng)?shù)陀谀骋粶囟葧r(shí)材料的韌性急劇下降，材料將由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)。這一溫度稱為轉(zhuǎn)變溫度（Tt

）。轉(zhuǎn)變溫度（Tt

）越低，表明材料的低溫韌性越好，對(duì)于在寒冷地區(qū)使用的材料要十分重要。第98頁(yè)/共118頁(yè)金屬材料的成分對(duì)韌脆轉(zhuǎn)變溫度的影響很大，一般的碳素鋼，其韌脆轉(zhuǎn)變溫度（Tt

）大約為-20℃，某些合金鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度（Tt

）可達(dá)-40℃以下。第99頁(yè)/共118頁(yè)TITANIC建造中的Titanic號(hào)TITANIC的沉沒(méi)與船體材料的質(zhì)量直接有關(guān)第100頁(yè)/共118頁(yè)1912年4月號(hào)稱永不沉沒(méi)的泰坦尼克號(hào)（Titanic）首航沉沒(méi)于冰海，成了20世紀(jì)令人難以忘懷的悲慘海難。20世紀(jì)80年代后，材料科學(xué)家通過(guò)對(duì)打撈上來(lái)的泰坦尼克號(hào)船板進(jìn)行研究，回答了80年的未解之謎。由于Titanic號(hào)采用了含硫高的鋼板，韌性很差，特別是在低溫呈脆性。所以，當(dāng)船在冰水中撞擊冰山時(shí)，脆性船板使船體產(chǎn)生很長(zhǎng)的裂紋，海水大量涌入使船迅速沉沒(méi)。下圖中左面的試樣取自海底的Titanic號(hào)，沖擊試樣是典型的脆性斷口，右面的是近代船用鋼板的沖擊試樣。第101頁(yè)/共118頁(yè)6.提高沖擊韌性的途徑

沖擊韌性是一個(gè)對(duì)材料組織結(jié)構(gòu)相當(dāng)敏感的量，所以提高材料的沖擊韌性的途徑有：

改變材料的成分，如加入釩、鈦、鋁、氮等元素，通過(guò)細(xì)化晶粒來(lái)提高其韌性，尤其是低溫韌性；

提高材料的冶金質(zhì)量，減少偏析、夾渣、氣泡等缺陷；第102頁(yè)/共118頁(yè)1.4疲勞極限第103頁(yè)/共118頁(yè)

人工作久了就會(huì)感到疲勞，難道金屬工作久了也會(huì)疲勞嗎？金屬的疲勞能得到恢復(fù)嗎？金屬材料在受到交變應(yīng)力或重復(fù)循環(huán)應(yīng)力時(shí)，往往在工作應(yīng)力小于屈服強(qiáng)度的情況下突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞。第104頁(yè)/共118頁(yè)1998年6月3日，德國(guó)發(fā)生了戰(zhàn)后最慘重的一起鐵路交通事故。一列高速列車脫軌，造成100多人遇難。事故的原因已經(jīng)查清，是因?yàn)橐还?jié)車廂的車輪“內(nèi)部疲勞斷裂”引起的。首先是一個(gè)車輪的輪箍發(fā)生斷裂，導(dǎo)致車輪脫軌，進(jìn)而造成車廂橫擺，此時(shí)列車正好過(guò)橋，橫擺的車廂以其巨大的力量將橋墩撞斷，造成橋梁坍塌，壓住了通過(guò)的列車車廂，并使已通過(guò)橋洞的車頭及前5節(jié)車廂斷開(kāi)，而后面的幾節(jié)車廂則在巨大慣性的推動(dòng)下接二連三地撞在坍