金屬材料系列沖擊實(shí)驗(yàn)與低溫脆性

《金屬材料系列沖擊實(shí)驗(yàn)與低溫脆性》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、金屬材料系列沖擊實(shí)驗(yàn)與低溫脆性陳國(guó)滔材科09540930366一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解材料韌性的特點(diǎn)及沖擊實(shí)驗(yàn)對(duì)材料韌性檢測(cè)的效果；2.通過測(cè)定低碳鋼、工業(yè)純鐵和T8鋼在不同溫度下的沖擊吸收功，觀察比較金屬韌脆轉(zhuǎn)變特性；3.學(xué)習(xí)低碳合金鋼韌脆轉(zhuǎn)化溫度的測(cè)定方法,通過結(jié)合夏比沖擊實(shí)驗(yàn)歸納找出降低金屬韌性的致脆因素。二、實(shí)驗(yàn)原理1.金屬夏比沖擊實(shí)驗(yàn)原理夏比沖擊實(shí)驗(yàn)是將具有規(guī)定形狀、尺寸和缺口類型的試樣，放在沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)的試樣支座上，使之處于簡(jiǎn)支梁狀態(tài)。然后用規(guī)定高度的擺錘對(duì)試樣進(jìn)行一次性打擊，實(shí)質(zhì)上就是通過

2、能量轉(zhuǎn)換過程，測(cè)量試樣在這種沖擊下折斷時(shí)的沖擊吸收功。試樣的沖擊吸收功在實(shí)驗(yàn)中用擺錘沖擊前后的位能差測(cè)定如下所示：A—擺錘起始位能;A1—擺錘打擊試樣后的位能。如不考慮空氣阻力及摩擦力等能量損失，則沖斷試樣的吸收功為：F—擺錘的重力，N；L—擺長(zhǎng)(擺軸至錘重心之間的距離)，mm；α—沖擊前擺錘揚(yáng)起的最大角度，弧度；β—沖擊后擺錘揚(yáng)起的最大角度，弧度。2.鋼鐵韌脆轉(zhuǎn)變溫度原理脆性斷裂是一種快速的斷裂，斷裂過程吸收能量很低，斷裂前及伴隨著斷裂過程都缺乏明顯的塑性變形。而對(duì)于bcc結(jié)構(gòu)的鋼鐵，在一個(gè)有限

3、的溫度范圍內(nèi)，受到?jīng)_擊載荷作用發(fā)生斷裂時(shí)吸收的能量會(huì)發(fā)生很大的變化。這種現(xiàn)象就是韌脆轉(zhuǎn)變。當(dāng)足夠高溫時(shí)，鋼鐵一般是晶體結(jié)構(gòu)，溫度的上升會(huì)導(dǎo)致晶體鍵的斷裂，而鋼仍為較硬的固態(tài)，所以此時(shí)的鋼鐵變脆容易折斷。當(dāng)足夠低溫時(shí)，脆性受臨界解理應(yīng)力和臨界分切應(yīng)力的影響，兩者隨著溫度降低而升高，在某一溫度兩者相等，其對(duì)應(yīng)溫度就是Tc，這個(gè)溫度就是韌脆轉(zhuǎn)變溫度。繼續(xù)降溫，屈服強(qiáng)度繼續(xù)升高，大于斷裂強(qiáng)度，所以低溫下材料在沒有塑性變形的條件下已經(jīng)發(fā)生脆性斷裂。材料的斷裂強(qiáng)度受溫度影響較小。當(dāng)溫度低于某一溫度tk時(shí)，材料

4、由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，此時(shí)的溫度為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。3.韌脆轉(zhuǎn)變溫度確定原理實(shí)驗(yàn)通過改變實(shí)驗(yàn)溫度，進(jìn)行一系列沖擊實(shí)驗(yàn)以確定材料從人性過渡到脆性的溫度范圍，稱為“系列沖擊實(shí)驗(yàn)”。韌脆轉(zhuǎn)變溫度就是Ak-T曲線上Ak值顯著降低的溫度。曲線沖擊功明顯變化的中間部分稱為轉(zhuǎn)化區(qū)，脆性區(qū)和塑性區(qū)各占50%時(shí)的溫度稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度（DBTT）。當(dāng)斷口上結(jié)晶或解理狀脆性區(qū)達(dá)到50%時(shí)，相應(yīng)的溫度稱為斷口形貌轉(zhuǎn)化溫度（FATT）。脆性斷裂百分?jǐn)?shù)的測(cè)量：在顯微鏡下觀察斷裂試樣的斷裂面，脆性斷裂部分一般是白亮的梯形，通過

5、測(cè)量計(jì)算可得出梯形的面積，按下式計(jì)算出脆性斷裂百分?jǐn)?shù)：。一、實(shí)驗(yàn)器材1、實(shí)驗(yàn)材料：低碳鋼(Q235)、工業(yè)純鐵和T8鋼。2、實(shí)驗(yàn)器材：①?zèng)_擊實(shí)驗(yàn)機(jī)（擺錘式?jīng)_擊實(shí)驗(yàn)機(jī)主要由機(jī)架、擺錘、試樣支座、指示裝置及擺錘釋放、制動(dòng)和提升機(jī)構(gòu)等組成）；②本實(shí)驗(yàn)中采用夏比試樣，即截面為的方棒，一面中間有深為的型缺口試樣。沖擊試樣開缺口的目的是使缺口附近造成應(yīng)力集中，保證在缺口處破斷。缺口的深度和尖銳程度對(duì)沖擊吸收功影響顯著。缺口越深、越尖銳，值越小，材料表現(xiàn)的脆性越大；③工具顯微鏡（型號(hào)）；④控溫及測(cè)溫儀器：加熱用

6、電爐和保溫瓶溫度計(jì)；⑤介質(zhì)：酒精，水，液氮；⑥其他器材：鑷子。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備參數(shù)1.鋼鐵：低碳鋼含碳量從0.10％至0.30%，工業(yè)純鐵含碳量在0.04%以下，T8屬于碳素工具鋼，含碳量＞0.7%2.實(shí)驗(yàn)沖擊機(jī)，最大打擊能量分別為300J（±10J）和15OJ(±10J)兩檔，打擊瞬間擺錘的沖擊速度在5.0～5.5m/s之間，這些均符合GB/T229-1994標(biāo)準(zhǔn)的要求。其他技術(shù)條件應(yīng)符合GB3808規(guī)定，并應(yīng)定期按JJG145檢定。3.測(cè)溫儀器，高溫沖擊實(shí)驗(yàn)時(shí)，一般采用熱電偶測(cè)溫，低溫沖擊實(shí)驗(yàn)時(shí)，

7、一般采用最小分度值不大于1℃的玻璃溫度計(jì)。測(cè)溫儀器(數(shù)字指示裝置或電位差計(jì))的誤差應(yīng)不超過±0.1%。熱電偶參考端溫度應(yīng)保持恒定，偏差應(yīng)不超過±0.5℃。4.介質(zhì)：在高溫或低溫沖擊實(shí)驗(yàn)中，可使用各種方法加熱或冷卻試樣，實(shí)驗(yàn)用介質(zhì)應(yīng)安全、無毒，不腐蝕金屬。使用的介質(zhì)如下所示：實(shí)驗(yàn)溫度(℃)介質(zhì)>200空氣加熱200一>35高溫油<10一0水+冰0一-70乙醇+干冰-70一-150無水乙醇+液氮使用液體介質(zhì)加熱或冷卻試樣時(shí)，恒溫槽應(yīng)有足夠容量和介質(zhì)，并應(yīng)有使介質(zhì)溫度均勻的裝置。對(duì)于高溫或低溫沖擊實(shí)驗(yàn)，

8、溫度控制裝置應(yīng)能將實(shí)驗(yàn)溫度穩(wěn)定在規(guī)定值的±2℃之內(nèi)。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、檢查擺錘空打時(shí)被動(dòng)指針的回零差。回零差不應(yīng)超過最小分度值的四分之一；檢查試樣尺寸的量具最小分度值應(yīng)不大于0.02mm；2、確定樣品各測(cè)量溫度。并為Q235、純鐵、T8等不同溫度下的試樣進(jìn)行標(biāo)號(hào)；3、調(diào)試溫度，以達(dá)到試樣規(guī)定的實(shí)驗(yàn)溫度。高溫樣品用熱水升溫，低溫樣品用液氮和酒精降溫，從而得到不同所需溫度的樣品；4、讀出保溫瓶中溫度計(jì)示數(shù)并記錄下來，作為樣品的沖擊溫度，然后獨(dú)立進(jìn)行沖擊實(shí)驗(yàn)操作，得出沖擊功并記錄下來；試樣