冲击吸收功_中国百科网
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冲击吸收功
单位符号:J含义:由于ak值的大小，不仅取决于材料本身，同时还随试样尺寸、形状的改变及试验温度的不同而变化，因而ak值只是一个相对指标。目前国际上许多国家直接采用冲击吸收功Ak作为冲击韧度的指标. ...
。即：ak=Ak/F，其单位为kJ/m2或J/cm2。 由于冲击功仅为试样缺口附近参加变形的体积所吸收，而此体积又无法测定，且在同一断面上每一部分的变形也不一致，因此用单位截面积上的冲击功αk来判断韧性的方法国内外已逐渐被淘汰。 工程上常用...
Mail: Copyright by ；All rights reserved.热轧高强钢低温冲击功偏低的原因分析--《机械工程材料》2015年02期
热轧高强钢低温冲击功偏低的原因分析
【摘要】：采用光学显微镜、扫描电子显微镜等对热轧高强钢板显微组织、冲击断口形貌进行观察,应用电子探针对其纵向截面进行了元素面分布分析,对其低温冲击功波动较大、冲击功偏低的原因进行了分析。结果表明:热轧高强钢显微组织以针状铁素体和多边形铁素体为主,然而在钢板厚度1/2处有明显的珠光体偏析带;珠光体偏析带中锰元素富集,阻碍了奥氏体向铁素体转变,产生了珠光体偏析,导致了冲击功偏低;同时在偏析带上还分布有较大的TiC以及NbC颗粒夹杂物,轧制过程中其与基体交界处产生的微裂纹也会降低钢板的冲击功。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TG142.15【正文快照】：
0引言轻量化、节能减排是当今汽车发展的主要方向,其中提高汽车用钢板强度是实现此目标最有效的方法之一[1]。提高钢板强度常用的材料强化方式有固溶强化、析出强化、相变强化、细晶强化等。目前热轧高强钢主要采用低碳含量的微合金钢,并采用锰、钛等元素固溶强化来提高钢板的
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京公网安备75号金属材料冲击功影响因素分析；杨中桂；工程上常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定材料抵抗冲击；1冲击功的测定和物理意义；1.1冲击功的测定；冲击功通常是在摆锤式冲击试验机上测定的，摆锤冲断；图1夏比V型缺口冲击试样的外形尺寸图；1.2冲击功的分解；冲击试验测出的冲击功缺乏明确的物理意义，不能作为；众所周知，功是物体在力作用下沿力的作用方向产生的；Wt=We+Wd+W
金属材料冲击功影响因素分析
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，即测定规定形状和尺寸的试样在冲击试验载荷一次作用下折断时所吸收的功。一般把冲击功值低的材料称为脆性材料，冲击功值高的材料称为韧性材料。在材料的各项机械性能指标中，冲击功是对材料的化学成分、冶金质量、组织状态、内部缺陷以及试验温度等比较敏感的一个质量指标，本文分析了冲击功的物理意义和影响冲击功的因素，指出了冲击功在工程实际中的几项应用，并就冲击功指标的选取提出了建议。
1 冲击功的测定和物理意义
1.1冲击功的测定
冲击功通常是在摆锤式冲击试验机上测定的，摆锤冲断带有缺口的试样所消耗的功称为冲击吸引功。目前我国采用的冲击试验标准是GB/T 229-2007（金属材料夏比摆锤冲击试验方法），试样的缺口形式有U形和V形两种，V形缺口根部半径小，对冲击更敏感。该试验标准规定了两种摆锤刀刃半径，分别为2mm和8mm，其冲击功分别用KU2、KU8或KV2、KV8表示。图1为夏比V型缺口冲击试样的外形尺寸图。
图1 夏比V型缺口冲击试样的外形尺寸图
1.2冲击功的分解
冲击试验测出的冲击功缺乏明确的物理意义，不能作为表征金属结构件实际抵抗冲击载荷能力的判据，只能相对近似地表征金属抵抗已经发生断裂的再扩展能力。从20世纪60-70年代开始科学工作者利用示波冲击机测定冲击力-位移曲线来分解冲击功，解决了冲击功物理意义不明确的问题。
众所周知，功是物体在力作用下沿力的作用方向产生的位移与力的乘积，那么冲击力-位移曲线下的面积就等于冲断试样所消耗的冲击功。如图2所示，冲击功Wt可分解成3个部分：
Wt=We+Wd+Wp
We是消耗在试样弹性变形时的弹性变形功；
Wd是裂纹形成前消耗于试样塑性变形时的塑性变形功；
Wp消耗在裂纹形成后裂纹扩展时的功，即裂纹扩展功。
图2 冲击力-位移曲线
冲击功也可分为两个部分：一部分为裂纹形成功：WI=We+Wd，它主要消耗在试样的弹性变形、塑性变形及裂纹形成上；另一部分为裂纹扩展功Wd。因此式1又可以写成：
1.3冲击功的物理意义
材料的总冲击功数值上没有明确的物理意义，其大小不能真正反映材料的韧脆倾向。对于不同的材料，其冲击功Wt可能相等，但是它们的弹性变形功、塑性变形功及裂纹扩展功三者所占的比例相差可能很大，从而表现出它们之间的韧脆性不同。
图3所示的三种材料的冲击力-位移曲线反映出它们在冲击性能上的差异。材料A弹性功所占的比例很大，塑性变形功很小，裂纹扩展功几乎为零，说明该种材料断裂前塑性变形很小，裂纹一旦形成，就立即扩展直至断裂，显示出材料的脆性。材料B塑性变形功和裂纹扩展功有所增加，当裂纹扩展到一定尺寸产生失稳扩展，表现出材料的半脆性性质。材料C弹性变形功较小，塑性变形功增加，裂纹产生后发生缓慢地扩展，直至断裂也不存在失稳，充分显示出材料具有很好的韧性性质。
图3 冲击功相等韧脆性不同的三种材料
裂纹扩展功和裂纹形成功的比值大小反映了材料的韧脆程度，当比值大于1时，扩展功
大于形成功，为韧性断裂，当比值小于1时，裂纹扩展消耗的能量变小，倾向于脆性断裂，并且比值越小脆性越大[1]。由此可见，用分解冲击功的方法可把冲击功的物理意义表达得很清楚。
2 冲击功影响因素
2.1化学成分
材料含碳量对韧-脆转化曲线的影响如图4所示。随着材料中含碳量的增加，冷脆转化温度几乎呈线性地上升，且最大冲击值也急剧降低。钢的含碳量每增加0.1％，冷脆转化温度升高约为13.9℃。钢中含碳量的影响，主要归结为珠光体增加了钢的脆性。
图4 含碳量对材料韧脆转化温度的影响
金属材料中的磷和硫均为有害元素，磷具有强烈的固溶强化作用，使材料的强度和硬度增加，但塑性、韧性显著降低，这种脆化现象在低温时更严重，每增加0.01%的磷可使脆性转变温度上升7℃。硫在固态下以FeS的形态在于钢中，割裂金属基体的连续性，FeS还会与铁形成共晶体，当钢加热至1200℃进行热压力加工时，共晶体熔化使钢材在加工时沿晶界碎裂，钢材在受到冲击时极易断裂。
钢中增加锰的含量，锰与硫形成高熔点的MnS，可避免热脆性。锰可以降低奥氏体向铁素体转变的温度，从而使晶粒细化。
2.2非金属夹杂
非金属夹杂对冲击功的影响机理为：夹杂物以连续的网络状或以串联状存在，破坏了母体金属的连续性，降低了金属的塑性和强度，使金属在锻、轧或其他加工过程中易形成裂纹。金属中的夹杂物可以看作为金属内部的锐角，会产生应力集中，耐冲击能力差，在外力作用下，易发生断裂。
2.3金相组织
金属材料通过热处理可使金相组织均匀化，晶料细化，使材料的塑性、韧性得到改善，一般来说，正火比退火好，淬火、回火又比正火好。为了得到金相组织对冲击功的影响，对
同一种材料采取了2种热处理工艺，冲击功与金相组织的关系如表2所示。1#试样采用调质（油淬+回火）工艺，金相组织为回火索氏体，低温冲击功可达100J左右；2#试样采用正火工艺，显微组织检测发现其边缘为回火索氏体+铁素体，中心为回火索氏体+铁素体+索氏体，低温冲击功仅为10J左右。两种试样的金相组织照片如图5和图6所示，由于2#试样金相组织中的大量条状及块状铁素体，造成组织不均匀，导致性能不均匀；大量的铁素体还将导致局部硬度低，降低钢的综合力学性能，最终导致冲击功值降低。
冲击功与金相组织的关系
2 热处理 工艺 调质 正火 金相 组织 回火索氏体 回火索氏体+铁
素体+索氏体 冲击功/J 0℃ 103 10
-30℃ 96 8
图5 1#试样金相组织（放大500倍）
图6 2#试样金相组织（放大500倍）
正火处理一般采用空冷，文献[3] 分析了Q345E厚钢板低温冲击功不合格的原因是钢板终轧温度过高，且轧后采用空冷，致使钢板带状组织严重，晶粒尺寸较大，通过降低精轧温度轧制后采用层状水冷等措施，减少带状组织，细化晶料，从而大幅改善钢板低温冲击韧性。
晶粒细化可以大大降低脆性转变温度，随着晶粒度级别的提高，冲击功就越高。这是由
于晶粒越细，晶料越多，晶界就越多，裂纹扩展的阻力就越大，冲击功就越高。理论与实验均得出冷脆转化温度与晶粒大小有定量关系，如图7所示。上节所述的1#试样，晶粒度为8.0级，低温冲击功可达到100J左右；2#试样，晶粒度为7.0级，低温冲击功仅为10J左右。
图7 冷脆转化温度和晶料尺寸关系
3 冲击功的应用
3.1目前现状
GB/T （合金结构钢）规定了各种材料的冲击功最小值（U型缺口）。GB/T （低合金结构钢）规定了不同质量等级不同温度下的冲击功最小值（V型缺口），比如规定Q345B在20℃、Q345E在-40℃的冲击功均不低于27J。2010年颁布的GB/T 0（紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱）相比2000年的标准修订了冲击功指标和冲击试验方法，-20℃冲击功KV2最小值要求为27J，但同时指出“KV数值尚在研究中”。 由于冲击功数值本身缺乏明确的物理意义，用来评定材料的韧脆指性，存在一些不足。已有部分国家在标准中不再使用冲击功这一指标。但由于这种试验方法简单易行，冲击试验成功应用于材料的多方面检测。
3.2控制冶金质量
由于冲击功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、晶粒粗化等都会使冲击功值明显降低。长期以来冲击试验用来检定钢材质量和判断冶金、加工和热处理工艺的质量，以此来控制和稳定产品质量。
3.3测定韧脆转变温度
由于冲击功对温度十分敏感，通常从低温到高温进行冲击系列试验，测定金属材料韧脆转变温度。为防止金属构件的冷脆、蓝脆及重结晶脆性，估算构件容许工作温度，提供一种经验性判据，按照冷脆转化温度的高低来选择材料。例如，有两种材料A和B，不同温度下的冲击功如图8所示，在室温以上A的冲击韧性高于B，但当温度降低时，A的冲击韧性就急剧下降了，如按冷脆转化温度来选择材料时应选材料B。
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