金屬材料系列沖擊實驗與低溫脆性

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1、金屬材料系列沖擊實驗與低溫脆性陳國滔材科09540930366一、實驗?zāi)康?.了解材料韌性的特點及沖擊實驗對材料韌性檢測的效果；2.通過測定低碳鋼、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)化溫度的測定方法,通過結(jié)合夏比沖擊實驗歸納找出降低金屬韌性的致脆因素。二、實驗原理1.金屬夏比沖擊實驗原理夏比沖擊實驗是將具有規(guī)定形狀、尺寸和缺口類型的試樣，放在沖擊實驗機的試樣支座上，使之處于簡支梁狀態(tài)。然后用規(guī)定高度的擺錘對試樣進行一次性打擊，實質(zhì)上就是通過能量轉(zhuǎn)換過程，測量試樣在這種沖擊下折斷時的沖擊吸

2、收功。試樣的沖擊吸收功在實驗中用擺錘沖擊前后的位能差測定如下所示：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(擺軸至錘重心之間的距離)，mm；α—沖擊前擺錘揚起的最大角度，弧度；β—沖擊后擺錘揚起的最大角度，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。而對于bcc結(jié)構(gòu)的鋼鐵，在一個有限的溫度范圍內(nèi)，受到?jīng)_擊載荷作用發(fā)生斷裂時吸收的能量會發(fā)生很大的變化。這種現(xiàn)象就是韌脆轉(zhuǎn)變。當足夠

3、高溫時，鋼鐵一般是晶體結(jié)構(gòu)，溫度的上升會導(dǎo)致晶體鍵的斷裂，而鋼仍為較硬的固態(tài)，所以此時的鋼鐵變脆容易折斷。當足夠低溫時，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，其對應(yīng)溫度就是Tc，這個溫度就是韌脆轉(zhuǎn)變溫度。繼續(xù)降溫，屈服強度繼續(xù)升高，大于斷裂強度，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。材料的斷裂強度受溫度影響較小。當溫度低于某一溫度tk時，材料由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，此時的溫度為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。3.韌脆轉(zhuǎn)變溫度確定原理實驗通過改變實驗溫度，進行一系列沖擊實驗以確定材料從人性過渡到脆性的

4、溫度范圍，稱為“系列沖擊實驗”。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%時的溫度稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度（DBTT）。當斷口上結(jié)晶或解理狀脆性區(qū)達到50%時，相應(yīng)的溫度稱為斷口形貌轉(zhuǎn)化溫度（FATT）。脆性斷裂百分數(shù)的測量：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，通過測量計算可得出梯形的面積，按下式計算出脆性斷裂百分數(shù)：。一、實驗器材1、實驗材料：低碳鋼(Q235)、工業(yè)純鐵和T8鋼。2、實驗器材：①沖擊實驗機（擺錘式?jīng)_擊實驗機主要由機架、擺錘、試樣支座、

5、指示裝置及擺錘釋放、制動和提升機構(gòu)等組成）；②本實驗中采用夏比試樣，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）；④控溫及測溫儀器：加熱用電爐和保溫瓶溫度計；⑤介質(zhì)：酒精，水，液氮；⑥其他器材：鑷子。四、實驗設(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.實驗沖擊機，最大打擊能量分別為300J（±

6、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標準的要求。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.測溫儀器，高溫沖擊實驗時，一般采用熱電偶測溫，低溫沖擊實驗時，一般采用最小分度值不大于1℃的玻璃溫度計。測溫儀器(數(shù)字指示裝置或電位差計)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驗中，可使用各種方法加熱或冷卻試樣，實驗用介質(zhì)應(yīng)安全、無毒，不腐蝕金屬。使用的介質(zhì)如下所示：實驗溫度(℃)

7、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，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。對于高溫或低溫沖擊實驗，溫度控制裝置應(yīng)能將實驗溫度穩(wěn)定在規(guī)定值的±2℃之內(nèi)。五、實驗步驟1、檢查擺錘空打時被動指針的回零差?；亓悴畈粦?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、確定樣品各測量溫度。并為Q235、純鐵、T8等不同溫度下的試樣進行標號；3、調(diào)試溫度，以達到試樣規(guī)定的實驗溫度。高溫樣品用熱水升溫，低溫樣品用液氮

8、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示數(shù)并記錄下來，作為樣品的沖擊溫度，然后獨立進行沖擊實驗操作，得出沖擊功并記錄下來；試樣