6-1冲击弯曲试验与冲击韧性

冲击韧度指标的实际意义在于揭示材料的变脆倾向。

是反映金属材料对外来冲击负荷的抵抗能力，一般由冲击韧性值（ak）和冲击功（Ak）表示，其单位分别为J/cm2和J（焦耳）冲击韧性或冲击功试验（简称"冲击试验"），因试验温度不同而分为常温、低温和高温冲击试验三种；若按试样缺口形状又可分为"V"形缺口和"U"形缺口冲击试验两种。

冲击韧性（冲击值）ak工程上常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定材料抵抗冲击载荷的能力，即测定冲击载荷试样被折断而消耗的冲击功Ak，单位为焦耳（J）。

而用试样缺口处的截面积F去除Ak，可得到材料的冲击韧度（冲击值）指标，即ak=Ak/F，其单位为kJ/m2或J/cm2。

因此，冲击韧度ak表示材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。

ak值的大小表示材料的韧性好坏。

一般把ak值低的材料称为脆性材料，ak值高的材料称为韧性材料。

ak值取决于材料及其状态，同时与试样的形状、尺寸有很大关系。

ak值对材料的内部结构缺陷、显微组织的变化很敏感，如夹杂物、偏析、气泡、内部裂纹、钢的回火脆性、晶粒粗化等都会使ak值明显降低；同种材料的试样，缺口越深、越尖锐，缺口处应力集中程度越大，越容易变形和断裂，冲击功越小，材料表现出来的脆性越高。

因此不同类型和尺寸的试样，其ak或Ak值不能直接比较。

材料的ak值随温度的降低而减小，且在某一温度范围内，ak值发生急剧降低，这种现象称为冷脆，此温度范围称为“韧脆转变温度（Tk）”。

[1]冲击韧性（ ak ）：材料抵抗冲击载荷的能力，单位为焦耳/ 厘米 2 （ J/cm2 ） . 代号：аk单位：J/cm2简介：将冲击吸收功除以试样缺口底部处横截面积所得的商。

注：用夏氏U形缺口试样求得的冲击功和冲击值，代号分别为AkU和akU；用夏氏V形缺口试样求得的冲击功和冲击值，代号分别为AKV和аkV。

用一定尺寸和形状的金属试样，在规定类型的冲击试验上受冲击负荷折断时，试样刻槽处单位横截面上所消耗的冲击功，称为冲击韧性以αk表示。

冲击韧性冲击韧性（冲击值）ak工程上常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定材料抵抗冲击载荷的能力，即测定冲击载荷试样被折断而消耗的冲击功Ak，单位为焦耳（J）。

而用试样缺口处的截面积F去除Ak，可得到材料的冲击韧度（冲击值）指标，即ak=Ak/F，其单位为kJ/m2或J/cm2。

因此，冲击韧度ak表示材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。

ak值的大小表示材料的韧性好坏。

一般把ak值低的材料称为脆性材料，ak值高的材料称为韧性材料。

ak值取决于材料及其状态，同时与试样的形状、尺寸有很大关系。

ak值对材料的内部结构缺陷、显微组织的变化很敏感，如夹杂物、偏析、气泡、内部裂纹、钢的回火脆性、晶粒粗化等都会使ak值明显降低；同种材料的试样，缺口越深、越尖锐，缺口处应力集中程度越大，越容易变形和断裂，冲击功越小，材料表现出来的脆性越高。

因此不同类型和尺寸的试样，其ak或Ak值不能直接比较。

材料的ak值随温度的降低而减小，且在某一温度范围内，ak值发生急剧降低，这种现象称为冷脆，此温度范围称为“韧脆转变温度（Tk）”。

冲击韧度指标的实际意义在于揭示材料的变脆倾向材料的韧性是断裂时所需能量的度量。

描述材料韧性的指标通常有两种：（1）冲击韧性aK （单位为MJ/m2）冲击韧性是在冲击载荷作用下，抵抗冲击力的作用而不被破坏的能力。

通常用冲击韧性指标aK来度量。

aK是试件在一次冲击实验时，单位横截面积（m2）上所消耗的冲击功（MJ），其单位为MJ/m2。

aK值越大，表示材料的冲击韧性越好。

标准冲击试样有两种，一种是常用的梅氏试样（试样缺口为U型）；另一种是夏氏试样（试样缺口为V型）。

同一条件下同一材料制作的两种试样，其梅氏试样的aK值显著大于夏氏试样的aK值，所以两种试样的aK值不能互相比较。

夏氏试样必须注明aK（夏）。

实际工作中承受冲击载荷的机械零件，很少因一次大能量冲击而遭破坏，绝大多数是因小能量多次冲击使损伤积累，导致裂纹产生和扩展的结果。

铸造合金的冲击韧性测试与评价铸造合金是一种常用于制造工业零部件和结构件的材料。

在实际应用中，这些合金通常会遭受到冲击载荷的作用，因此评估其冲击韧性具有重要意义。

本文将介绍铸造合金冲击韧性的测试方法以及评价指标。

一、冲击韧性测试方法铸造合金的冲击韧性测试中最广泛使用的方法是冲击试验。

冲击试验通过施加冲击载荷，模拟合金在实际使用中所遭受的冲击影响。

常用的冲击试验方法包括冲击弯曲试验和冲击拉伸试验。

1. 冲击弯曲试验冲击弯曲试验常用于脆性材料的评估。

试样一般为具有标准尺寸的横截面圆形或方形材料。

试验时，将试样放在冲击试验机的支架上，在冲击锤的作用下，以一定角度进行弯曲。

通过观察试样的断裂情况和力学行为，评估合金的冲击韧性。

2. 冲击拉伸试验冲击拉伸试验常用于塑性材料和具有较高延展性的合金。

试样的尺寸和几何形状与拉伸试验相似，但需要加装冲击料头。

试验时，利用冲击试验机施加拉伸载荷，观察试样的断裂情况和力学行为来评估合金的冲击韧性。

二、冲击韧性评价指标冲击韧性是衡量材料在承受冲击载荷时能够吸收的能量。

评价合金冲击韧性时，常用以下指标：1. 冲击强度冲击强度是指在冲击试验中，试样能够承受的最大冲击载荷。

冲击强度越高，表示合金的抗冲击能力越好。

2. 断裂形态观察合金在冲击试验中的断裂形态对于评价其冲击韧性也很重要。

脆性材料在受到冲击载荷时往往会呈现突然断裂，并且断口呈现出光滑的表面；而韧性材料则会呈现出一定的塑性变形和断裂韧突。

3. 吸收能量合金在冲击试验中吸收的能量也是评价其冲击韧性的重要指标。

能量吸收量较大的合金，代表其具有较好的耐冲击能力。

三、冲击韧性的应用与意义冲击韧性测试与评价对于铸造合金的应用具有重要意义。

首先，能够帮助设计工程师选择适合的合金材料，以确保所设计的零部件和结构件在实际使用中能够承受冲击载荷，并具备足够的使用寿命。

其次，对于生产工艺和工艺参数的优化也具有指导意义。

通过测试合金的冲击韧性，可以确定最佳的工艺参数，从而提高产品的质量和性能。

八）、冲击韧性实验冲击韧性实验大纲1．用摆锤冲击试验机，冲击简支梁受载条件下的低碳钢和铸铁试样，确定一次冲击负载作用下折断时的冲击韧性αku2．通过分析计算，观察断口，比较上述两种材料抵抗冲击载荷的能力冲击韧性实验指导书衡量材料抗冲击能力的指标用冲击韧度来表示。

冲击韧度是通过冲击实验来测定的。

这种实验在一次冲击载荷作用下显示试件缺口处的力学特性(韧性或脆性)。

虽然试验中测定的冲击吸收功或冲击韧度,不能直接用于工程计算，但它可以作为判断材料脆化趋势的一个定性指标,还可作为检验材质热处理工艺的一个重要手段.这是因为它对材料的品质、宏观缺陷、显微组织十分敏感，而这点恰是静载实验所无法揭示的。

一﹑冲击实验的类型及名称测定冲击韧度的试验方法有多种。

国际上大多数国家所使用的常规试验为简支梁式的冲击弯曲试验。

在室温下进行的实验一般采用GB/T229-1994标准《金属夏比冲击试验方法》，另外还有“低温夏比冲击实验”，“高温夏比冲击实验”。

由于冲击实验受到多种内在和外界因素的影响。

要想正确反映材料的冲击特性，必须使用冲击实验方法和设备标准化、规范化，为此我国制定了金属材料冲击实验的一系列国家标准（例如GB2106、GB229-84、GB4158-84、GB4159-84）。

本次实验介绍“金属夏比冲击实验”（即GB/T229-1994）测定冲击韧度。

二﹑实验目的测定低碳钢和铸铁两种材料的冲击韧度，观察破坏情况，并进行比较。

三﹑实验设备1.冲击试验机2.游标卡尺图2-26 冲击试验机结构图四﹑试样的制备若冲击试样的类型和尺寸不同，则得出的实验结果不能直接比较和换算。

本次试验采用U型缺口冲击试样。

其尺寸及偏差应根据GB/T229-1994规定，见图2-27。

加工缺口试样时，应严格控制其形状﹑尺寸精度以及表面粗糙度。

试样缺口底部应光滑﹑无与缺口轴线平行的明显划痕。

图2-27 冲击试样五﹑实验原理冲击试验利用的是能量守恒原理，即冲击试样消耗的能量是摆锤试验前后的势能差。

《材料性能学》课程教学大纲一、《材料性能学》课程说明（一）课程代码：（二）课程英文名称：Introductions of Materials Properties（三）开课对象：材料物理专业（四）课程性质：《材料性能学》属于材料科学与工程一级学科主干专业课（五）教学目的：使学生掌握材料各种主要性能的基本概念物理本质化学变化律以及性能指标的工程意义，了解影响材料性能的主要因素及材料性能与其化学成分，组织结构之间的关系，基本掌握提高材料性能的主要途径。

（六）教学内容：本课程包括金属材料力学性能，金属物理性能分析，无机材料无论性能，高分子材料力学材料性能、材料的腐蚀与老化、性能指标的工程意义、指标的测试与评价及应用为主线贯穿始终，让学生对材料性能知识有一个完整的了解，以便达到举一反三、触类旁通的效果。

（七）教学时数:学时数：72 学时分数： 4 学分（八）教学方式:以粉笔、黑板为主要形式的课堂教学（九）考核方式和成绩记载说明考核方式为考试。

严格考核学生出勤情况达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格，综合成绩根据平时成绩和期末成绩评定，平时成绩占40％，期末成绩占60％。

.二、讲授大纲与各章的基本要求第一章材料的单向静拉伸的力学性能教学要点：让学生了解材料在静载作用下的应力应变关系及常见的三种失败形式的特点和基本规律，这些性能指标的物理概念和工程意义，探讨提高材料性能指标的途径和方向1、使学生了解力—拉伸曲线和应力——应变曲线。

2 、使学生了解材料的弹性变形以及性能指标3、非理想弹性与内耗的概念4、非理想弹性的几种类型及工程应用5、掌握塑性变形的实质以及指标测方法6、了解断裂的机理教学时数： 8 学时教学内容：第一节力——伸长曲线和应力——应变曲线一、力——伸长曲线（低碳钢曲线，决定因素）二、应力——应变曲线中有实力与工程应力的关系式、曲线第二节弹性形变及其性能指标一、弹性形变本质二、弹性模数三、影响弹性模数的因素（键合方式和原子结构、晶体结构、化学成分、微观组织、温度、加载条件的负荷持续时间）四、比例极限与弹性极限五、弹性比功第三节非理想弹性与内耗一、滞弹性二、粘弹性三、伪弹性四、包申格效应五、内耗第四节塑性变形及其性能指标一、塑性变形机理（金属材料的塑性变形、陶瓷材料的塑性变形、高分子的塑性变形）二、屈服观象与屈服强度三、影响金属材料屈服强度的因素（晶体结构、晶界与亚结构、溶质元素、第二相、温度应变速率与应力状态）四、应变硬化（机理、指数、意义）五、抗拉强度与缩颈条件六、塑性与塑性指标七、超塑性第五节断裂一、断裂的类型及断口特征（韧性断裂与脆性断裂、穿晶断裂与沿晶断裂、洁切断裂与解理断裂、高分子材料的断裂、断口分析）二、裂纹形裂的位错模型（佤纳——斯特罗理论、断裂强度的裂纹理论）三、断裂强度四、真实断裂强度与静力韧度考核要求：1、力—伸长曲线和应力——应变曲线1.1力—伸长曲线（低碳钢曲线、决定因素）(识记)1.2应力—应变曲线中有实力与工程应力的关系式(识记)2、弹性形变及其性能指标2.1弹性形变本质（领会）2.2弹性模数(识记)2.3影响弹性模数的因素（键合方式和原子结构、晶体结构、化学成分、微观组织、温度、加载条件的负荷持续时间）（领会）2.4比例极限与弹性极限（领会）2.5弹性比功（领会）3、非理想弹性与内耗3.1滞弹性（领会）3.2粘弹性（领会）3.3伪弹性（领会）3.4包申格效应(识记)3.5内耗(识记)4、塑性变形及其性能指标4.1塑性变形机理(识记)4.2屈服观象与屈服强度（领会）4.3影响金属材料屈服强度的因素(识记)4.4应变硬化（领会）4.5抗拉强度与缩颈条件(识记)4.6塑性与塑性指标(识记)4.7超塑性(识记)第五节断裂5.1断裂的类型及断口特征(识记)5.2裂纹形裂的位错模型（领会）5.3断裂强度（领会）5.4真实断裂强度与静力韧度（领会）第二章材料在其他静载下的力学性能教学要点：让学生了解扭转、弯曲、压缩与带缺口试样的静拉伸以及材料硬度实验的方法、应用范围、力学性能指标。