1.4金属的冲击韧性与疲劳强度(课件）--2022-2023学年高二劳动版《金属材料及热处理（第三版）》

04 金属的冲击韧性与疲劳强度 在生产实际中，许多机械零件往往受到冲击载荷的作用，如连杆螺栓、活塞销、锤杆和锻模等。因此，这类零件所使用材料的性能指标，不能简单地用静载荷作用下的指标来衡量，必须考虑其抵抗冲击载荷的能力。金属材料抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力称为冲击韧性。 金属材料的冲击韧性是通过弯曲冲击试验测量的。 任务四　金属的冲击韧性与疲劳强度 一、冲击韧性 1．一次冲击试验 根据国家标准，将待测的金属材料加工成标准试样，放在冲击试验机上冲断，如图1-11 所示。试验机记录装置将自动记录冲断试样所消耗的能量，也就是试样被冲断所吸收的能量，称为冲击消耗功，用符号AK 表示，单位为J。冲击消耗功越大，表示试样抵抗冲击的能力越强。 任务四　金属的冲击韧性与疲劳强度 任务四　金属的冲击韧性与疲劳强度 金属材料的冲击抗力用冲击韧性值来表示。冲击韧性值是指试样冲断后，单位断口面积上的冲击消耗功，用符号aK 表示，单位为J/cm²。 冲击消耗功AK 除以试样缺口处的横截面积So，即可得到材料的冲击韧性值，其计算公式为 冲击韧性值只能反映金属材料在一次冲断情况下的抵抗能力，但金属材料的实际使用情况与试验条件并不相同，所以冲击韧性值仅供设计和选材时参考。 2．多次重复冲击试验 事实上，机械零件在使用过程中，很少因一次大能量冲击而遭到破坏，绝大多数是在小能量多次冲击作用下破坏的，如凿岩机风镐上的活塞、冲模的冲头等，它们的破坏是由于多次冲击损伤的积累，导致裂纹产生与扩展的结果，完全不同于一次冲击的破坏过程。在这种情况下，单纯用冲击韧性值来作为设计依据显然是不符合实际的。因此，需要采用小能量多次重复冲击试验来检验这类金属材料的抗冲击性能。 多次重复冲击试验所使用的冲击能量较小，试样经多次重复冲击作用后断裂，以试样断裂时经受冲头冲击的次数（N）代表金属的抗冲击性能。 任务四　金属的冲击韧性与疲劳强度 试验发现，一次冲击韧性值高的材料，多次重复冲击抗力不一定就高，反之亦然。如大功率柴油机曲轴是用孕育铸铁制成的，它的冲击韧性值很低，而在长期使用中却并未发生冲击断裂。 实践表明，金属材料受大能量的冲击载荷作用时，其冲击抗力主要取决于冲击韧性值的大小；而在多次重复冲击条件下，其冲击抗力主要取决于金属材料的强度和塑性。 任务四　金属的冲击韧性与疲劳强度 1．疲劳的概念 许多机械零件，如轴、齿轮、轴承、叶片、弹簧等，都是在交变载荷作用下工作的。虽然工作应力的最大值低于材料的屈服强度，但经过较长时间的工作也会发生突然断裂，这种现象称为金属的疲劳。 疲劳破坏是机械零件失效的主要原因之一。据统计，在失效机械零件中，大约有80%以上属于疲劳破坏，而且疲劳破坏前没有明显的变形，所以更易造成事故和损失。 任务四　金属的冲击韧性与疲劳强度 二、疲劳强度 2．疲劳破坏的特征 尽管交变载荷有各种不同的类型，但疲劳破坏仍具有以下共同特点。 （1）疲劳破坏时并没有明显的宏观塑性变形，断裂前没有预兆，而是突然断裂。 （2）引起疲劳破坏的应力较低，常常低于材料的屈服强度。 （3）疲劳破坏基本都要经过裂纹形成、扩展和整体断裂三个阶段，其断口形貌也往往呈现这一断裂过程。 任务四　金属的冲击韧性与疲劳强度 3．疲劳曲线和疲劳强度 金属材料的疲劳强度是采用专门试验设备，通过疲劳试验测量的。将材料制成标准试样，对其施加交变应力（见图1-12），观察交变应力R 与试样断裂前的应力循环次数N 的关系，如果将R 和N 的对应关系绘制成图，就得到R-N 曲线，或称为疲劳曲线，如图1-13所示。 任务四　金属的冲击韧性与疲劳强度 任务四　金属的冲击韧性与疲劳强度 1．什么是冲击韧性？金属材料大能量一次冲击和小能量多次重复冲击的冲击抗力各取决于什么？ 2．什么是金属的疲劳？金属的疲劳破坏有哪三个基本过程？ 3．什么是疲劳强度？当应力为对称循环应力时，疲劳强度用什么符号表示？ $