C1-第四节-带缺口或裂纹体的力学行为

第四节带缺口或裂纹体的力学行为一、缺口效应缺口的存在会造成材料的应力集中，降低材料的韧性。截面急剧变化均可视作缺口，如机件的轴肩、螺纹、油孔、倒角、退刀槽及焊缝等。1、应力集中集中应力的大小决定于缺口的几何参数（形状、深度、角度及根部曲率半径等）。缺口越尖，集中应力越大。应力集中系数Kt=max/max2、造成两向或三向应力yxz、xzyPP3.屈服强度提高、塑性降低max=z-x=syxz、zxy二、缺口敏感性为了评价材料对缺口的敏感程度，在光滑拉伸试样的基础上开一个缺口进行拉伸试验。用缺口试样的抗拉强度bn与光滑试样的抗拉强度b之比作为材料的缺口敏感性指标，称为缺口敏感性，用NSR表示。NSR=bn/bNSR越大，缺口敏感性越小。脆性材料的NSR总是小于1，而塑性材料的NSR一般都大于1。NSR1b缺口拉伸试样三、缺口试样的冲击试验冲击试验过程示意图冲击试样1、冲击试验(1)加载速率大具有能量性质（冲击能转换为机件内的弹性能）。(2)应变速率对金属的弹性行为及弹性模量没有影响。(3)塑性、韧性与应变速率没有单值关系，即随应变速率增加，塑性、韧性可能降低也可能提高，但多数是降低的。2、冲击韧性（冲击值）定义：金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。原理：试样被冲断过程中吸收的能量即冲击吸收功（Ak）等于摆锤冲击试样前后的势能差。计算公式：Ak=GH–Gh=G（H-h）冲击韧度=AK/FN（公斤力·米/厘米2）式中：AK——冲击功（试样断裂前吸收的能量）；FN——缺口处截面积G——摆锤重量（Kg）；H－h——冲断试样前后摆锤的高度差（cm）3、低温脆性当试验温度低于某一温度tk时，材料由韧性状态变为脆性状态，冲击功明显下降的现象称为低温脆性。tk称为冷脆转变温度。低温下使用的机件要求具有更高的韧性和低的冷脆转变温度。tk影响tk的因素：(1)晶体结构体心立方及某些密排六方金属表现有低温脆性。面心立方及大部分密排六方金属在很宽的温度范围内冲击功都很高，基本不存在低温脆性。（2）成分含碳量：随含碳量增加，冲击功上平台下移，脆性转变温度向高温推移，转变温度区间变宽。（3）晶粒尺寸细化晶粒降低脆性转变温度。（4）显微组织钢中各种组织按tk由高到低的顺序依次为：P→上B→F→下B→回火M.脆性断裂四、断裂韧性一个有裂纹的机件（试样）上的拉力逐渐加大，或裂纹逐渐扩展时，裂纹尖端的应力场强度因子KⅠ(表示应力场的强弱程度）也随之逐渐增大，当KⅠ达到临界值时，机件中的裂纹将产生突然的失稳扩张，这个应力场强度因子KⅠ的临界值，称为临界应力场强度因子，也就是材料的断裂韧性。如果裂纹尖端处于平面应变状态，则断裂韧性的数值最低，称之为平面应变断裂韧性，用KⅠc表示。KⅠc反映了在平面应变条件下材料抵抗裂纹失稳扩展即抵抗脆性断裂的能力，是材料的一个力学性能指标。