材料力学性能 第三章..ppt

第三章材料在冲击载荷下的力学性能材料力学性能材料加工工程系 pany Logo 材料在冲击载荷下的力学性能 3-1 冲击载荷下材料变形与断裂的特点 3-2 冲击弯曲和冲击韧性 3-3 低温脆性 材料在冲击载荷下的力学性能引言冲击载荷与静载荷的主要区别在于加载速率。加载速率:单位时间内应力增加的数值; 形变速率:单位时间内的形变量。分为绝对形变速率和相对形变速率。形变速率(应变速率): ε=de/d τ,e为真应变静拉伸试验:ε=10 -5~ 10 -2 s -1 冲击试验:ε=10 2~ 10 4 s -1 一般情况下ε=10 -4~ 10 -2 s -1,可按静载荷处理。-1 冲击载荷下材料变形与断裂的特点 1. 冲击失效的特点(1)与静载荷下相同,弹性变形、塑性变形、断裂。(2)吸收的冲击能测不准。时间短;整个机件承受冲击能;与机件联接物体的刚度。通常假定冲击能全部转换成机件内的弹性能, 再按能量守恒法计算。(3)材料的弹性行为及弹性模量对应变率无影响。∵弹性变形的速度 4982m/s (>声速) , 普通摆锤冲击试验的绝对变形速度 5~ 。-1 冲击载荷下材料变形与断裂的特点 2. 影响冲击性能的微观因素在冲击载荷作用下,瞬时作用于位错上的应力相当高。(1)位错的运动速率↑,滑移临界切应力↑,材料的冲击韧性↑。(2)同时开动的位错源增加,抑制单晶体中的易滑移阶段的产生和发展。所以,屈服强度提高得较多。(3)冲击载荷增加位错密度和滑移系数目,出现孪晶,减小位错运动自由行程平均长度,增加缺陷浓度。(4)冲击载荷下,塑性变形比较集中在某些局部区域,反映内部的塑性变形不均匀(与静载荷相比)。-1 冲击载荷下材料变形与断裂的特点塑性变形不均匀性限制了塑性变形的发展,导致屈服强度、抗拉强度的提高(屈服强度提高的较多,抗拉强度提高的较少。) -1 冲击载荷下材料变形与断裂的特点 3. 断裂过程冲击试验所得到的冲击功 A KV或A KU(曲线上围成的面积)包括试样在冲击断裂过程中吸收的弹性变形功、塑性变形功和裂纹形成及扩展功。 P Gy之前为塑性变形阶段;从 P Gy开始进入塑性变形和形变强化阶段(塑性变形只发生在缺口附近局部范围,且缺口越尖锐, 参与塑性变形的体积越小,得到的冲击功越低)。韧性较高的材料,选择尖锐缺口试样;韧性差的材料,选择钝缺口试样甚至不开缺口。-1 冲击载荷下材料变形与断裂的特点载荷达到 P max 时,缺口根部开始横向收缩,承载面积减小,试样承载能力降低,载荷下降。在P max 附近试样内部萌生裂纹。裂纹形成后的扩展遵循微孔聚集性断裂规律, 载荷达到 P F时,裂纹扩展到缺口根部的整个宽度。-1 冲击载荷下材料变形与断裂的特点同样也为纤维区、放射区、剪切唇三个区。若试验材料具有一定的韧性,可形成两个纤维区。即: 纤维区—放射区—纤维区—剪切唇。∵裂纹快速扩展形成结晶区,到了压缩区后, 应力状态发生变化,裂纹扩展速度再次减小。∴形成纤维区。-1 冲击载荷下材料变形与断裂的特点根据对断裂过程的分析, 可将冲击功分为 A c、A p和A d。 A c:弹性变形功 A p:塑性变形功、形变强化以及裂纹形成等过程吸收的功A d:裂纹扩展功材料不同,试样不同,各阶段吸收的功的相对比例不同。