高低溫交變濕熱試驗箱因為和實際結(jié)構(gòu)工況之

　　低溫系列沖擊試驗 低溫系列沖擊試驗 一、實驗?zāi)康模?1、掌握沖擊試驗機的操作方法。 2、通過低溫沖擊試驗可測定低碳鋼的 脆性轉(zhuǎn)變溫度tk。 圖3 沖擊試驗機 圖4 沖擊試驗支座及試樣的放置 3.韌脆轉(zhuǎn)變溫度: 常用標(biāo)準(zhǔn)試樣的沖擊吸收能量 K表示。單位為焦耳（J）。 夏比U形缺口---aKU 夏比V形缺口---aKV 4、沖擊試驗幾點說明 1）沖擊試樣的尺寸及缺口形狀對沖擊試驗 結(jié)果影響非常大，所以不同形式試樣的 沖擊吸收能量之間不能相互對比。 2）在沖擊試驗報告中必須注明試樣缺口形狀 及尺寸。 五、實驗內(nèi)容及步驟 1、熟悉沖擊試驗機的操作方法。進(jìn)行軟件的參數(shù)設(shè)置。 2、試樣打鋼號，每個試驗溫度制3個試樣。 試驗溫度：20℃ 、0℃ 、-20℃ 、-40℃ 、 -60℃ 、-75℃ 3、冷卻試樣。冷卻劑：干冰或液氮。 4、測定每一組經(jīng)冷卻后的試樣的沖擊吸收能量ak。 5、作出ak-T曲線，確定脆性轉(zhuǎn)變溫度Tk。 六、實驗報告要求 1、實驗?zāi)康摹?2、實驗原理。 3、試驗過程及原始數(shù)據(jù)記錄，作出ak-T曲線、分析試驗結(jié)果，確定Tk。 * （一）低溫脆性 系列沖擊實驗在材料研究與生產(chǎn)實際中應(yīng)用較廣，因為它比其他實驗方法更能靈敏地反映出材料力學(xué)性能隨內(nèi)因和外因變化的差異。 對某些材料，當(dāng)沖擊實驗分別在低溫、室溫下進(jìn)行時可以得到一系列沖擊值A(chǔ)K(或aK)，這種材料沖擊韌性與溫度的關(guān)系曲線，即AK-t或aK-t。這種不同溫度下的沖擊試驗稱為系列沖擊試驗。據(jù)此可以評定材料的低溫脆性。 二、試驗原理 （一）低溫脆性 系列沖擊實驗證明：體心立方金屬及合金或某些密排六方晶體金屬及合金，尤其是工程上常用的中、低強度結(jié)構(gòu)鋼，當(dāng)試驗溫度低于某一溫度tk時，材料由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊吸收功明顯下降，高低溫交變濕熱試驗箱斷裂機理由微孔聚集變?yōu)榇┚Ы饫�，斷口特征由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是低溫脆性。轉(zhuǎn)變溫度tk稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度或冷脆轉(zhuǎn)變溫度。面心立方金屬及合金一般沒有低溫脆性現(xiàn)象，但在20-42K極低溫度下奧氏體鋼及鋁合金有冷脆性。高強度鋼及超高強度鋼在很寬溫度范圍內(nèi)沖擊吸收功均較低，故韌脆轉(zhuǎn)變不明顯。 （二）韌性轉(zhuǎn)化溫度及其評價方法 因為韌性是材料塑性變形和斷裂全過程吸收能量的能力，它是強度和塑性的綜合表現(xiàn)，所以，依照試樣斷裂消耗的功、斷裂后塑性變形的大小及斷口形貌均可以確定tk。 目前尚無簡單的判據(jù)求韌脆轉(zhuǎn)變溫度tk。通常只是根據(jù)能量、塑性變形或斷口形貌隨溫度的變化定義tK。 （二）韌性轉(zhuǎn)化溫度及其評價方法 根據(jù)能量判據(jù)和斷口形貌判據(jù)定義tk ，各種韌脆性轉(zhuǎn)變溫度判據(jù)見圖1。 圖1 脆性轉(zhuǎn)變溫度判據(jù) （二）韌性轉(zhuǎn)化溫度及其評價方法 沖擊試樣沖斷后，其斷口形貌如圖2所示。 如同拉伸試驗一樣，沖擊試樣斷口也有纖維區(qū)、放射區(qū)(結(jié)晶區(qū))和剪切唇幾部分，但在不同試驗溫度下，3個區(qū)之間的相對面積是不同的。溫度下降，纖維區(qū)面積突然減少，結(jié)晶區(qū)面積突然增大，材料由韌變脆。 圖2 斷口形貌示意圖 （二）韌性轉(zhuǎn)化溫度及其評價方法 通常取結(jié)晶區(qū)面積占整個斷口面積50％時的溫度為tK，并記為50％FATT(fracture appearance transition temperature)或FATT50、t50。 50％FATT反映了裂紋擴展變化特征，可以定性地評定材料在裂紋擴展過程中吸收能量的能力。實驗發(fā)現(xiàn)，50％FATT與斷裂韌度KIc開始急速降低的溫度有較好的對應(yīng)關(guān)系，故得到廣泛應(yīng)用．但此方法需要目測評定各區(qū)所占面積，受人為影響較大． （二）韌性轉(zhuǎn)化溫度及其評價方法 韌脆轉(zhuǎn)變溫度tk反映了溫度對韌脆性的影響。對于在低溫服役的機件，依據(jù)材料的tk值可以直接或間接地估計它們的使用溫度．顯然，機件的使用溫度必須高于Tk，兩者之差愈大愈安全．為此，選用的材料應(yīng)該具有一定的韌性溫度儲Δ（Δ=t0-tk，t0為材料使用溫度），Δ值常取20～60℃ 對于受沖擊負(fù)荷的重要機件Δ值取上限；不受沖擊載荷作用的非重要機件Δ值取下限。 二、韌性轉(zhuǎn)化溫度及其評價方法 上述表明，由于定義tk的方法不同，同一材料所得tk亦有差異；同一材料，使用同一定義方法。由于外界因素(如試樣尺寸、缺口尖銳度和加載速率等)的改變，tk也要變化。所以，在一定條件下用試樣側(cè)得的tk，因為和實際結(jié)構(gòu)工況之間無直接聯(lián)系，不能說明該材料制成的機件一定在該溫度下斷裂。 （三）影響材料低溫脆性的因素 1.晶體結(jié)構(gòu)的影響 ： 體心立方金屬及其合金存在低溫脆性，面心立方金屬及其合金一般不存在低溫脆性。 2.化學(xué)成分的影響 間隙溶質(zhì)元素含量增加，高階能下降，高低溫交變濕熱試驗箱韌脆轉(zhuǎn)變溫度提高。 雜質(zhì)元素S、P、Pb、Sn、As等使鋼的韌性下降。這是由于它們偏聚于晶界，降低晶界表面能，產(chǎn)生沿晶脆性斷裂，同時降低脆斷應(yīng)力所致 （三）影響材料低溫脆性的因素 3.顯微組織的影響 晶粒大小 細(xì)化晶�？墒共牧享g性增加。 韌脆轉(zhuǎn)變溫度與d1/2成線性關(guān)系。研究表明，不僅鐵素體晶粒大小與韌脆轉(zhuǎn)變溫度呈線性關(guān)系，而且馬氏體板條束寬度、上貝氏體鐵素體條束寬度、高低溫交變濕熱試驗箱原始奧氏體晶粒尺寸和韌脆轉(zhuǎn)變溫度之間也呈線性關(guān)系。減小亞晶粒和胞狀結(jié)構(gòu)尺寸也能提高材料的韌性。 （三）影響材料低溫脆性的因素 3.顯微組織的影響 金相組織 在較低強度水平，強度相同而組織不同的鋼，其沖擊吸收功和韌脆轉(zhuǎn)變溫度以回火索氏體，貝氏體回火組織次之，片狀珠光體組織差。此外，球化處理能改善鋼的韌性。 在較高強度水平時。中、高碳鋼經(jīng)等溫淬火獲得下貝氏體組織，其沖擊吸收功和韌脆轉(zhuǎn)變溫度優(yōu)于同強度的淬火馬氏體并回火的組織。 （三）影響材料低溫脆性的因素 3.顯微組織的影響 在低碳合金鋼中，經(jīng)不完全等溫處理獲得貝氏體和馬氏體的混合組織，其韌性比單一馬氏體或單一貝氏體組織要好。 在馬氏體鋼中存在穩(wěn)定殘余奧氏體，可以抑制解理斷裂，從而顯著改善鋼的韌性．馬氏體鋼中的殘余奧氏體膜也有類似作用． 四、試驗設(shè)： 1、試樣沖斷時所消耗的沖擊功A k為: A k = m g H – m g h (J) g 2、沖擊韌度ak 就是試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊吸收功。 AK a k = (J/cm2) S0 -60 -40 0 20 20 40 60 ak T(℃) T↓，ak↓ 韌性→脆性 -20 圖5 韌脆轉(zhuǎn)變示意圖 *

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