《金属加工与实训》金属材料的韧性（举一反三考点练）- 讲义

举一反三考点练 《金属加工与实训》金属材料的韧性-讲义 （1）掌握韧性工程意义与测试原理 （2）掌握夏比冲击试样类型 （3）掌握冲击试验流程 知识点一 夏比摆锤冲击试样 生产中的部分零件是在冲击载荷作用下工作的，如锻锤的锤杆、冲床的冲头、钢杆、手锤等。制造这些零件的材料除要求具备足够的强度、塑性、硬度外，还应有足够的韧性。韧性是指金属材料在断裂前吸收变形能量的能力。 冲击载荷比静载荷的破坏性要大得多，因此需要制订金属材料在冲击载荷作用下的性能指标。金属材料的韧性通常用吸收能量K(单位为J)来衡量，而金属材料的吸收能量通常采用夏比摆锤冲击试验来测定。 一、夏比摆锤冲击试样 夏比摆锤冲击试样有 U形缺口试样、V形缺口试样和无缺口试样三种，有缺口试样如图1-6所示。夏比摆锤冲击试样要根据国家标准GB/T 229——2020制作。 在试样上开缺口的目的是在缺口附近造成应力集中，使塑性变形局限在缺口附近，并保证在缺口处发生断裂，以便正确测定金属材料承受冲击载荷的能力。同一种金属材料的试样缺口越深、越尖锐，吸收能量越小，金属材料表现出的脆性越显著。V形缺口试样比U形缺口试样更容易冲断，因而其吸收能量也较少。因此，用不同类型的冲击试样测定出的吸收能量不能直接进行比较。 【单项选择题】下列哪种情况会导致不同冲击试样测定的吸收能量无法直接比较？（ ） A. 同一材料用相同类型缺口试样 B. 不同材料用相同类型缺口试样 C. 同一材料用不同类型缺口试样 D. 不同材料用不同类型缺口试样，但缺口深度相同 【答案】C 【解析】文中提到“用不同类型的冲击试样测定出的吸收能量不能直接进行比较”，同一材料用不同类型缺口试样（如U形与V形）时，吸收能量差异大，无法直接对比，A、B、D均不符合“无法比较”的条件，故答案为C。 1. （单项选择题）金属材料的韧性通常用哪个物理量来衡量？（ ） A. 应力（MPa） B. 吸收能量K（J） C. 硬度值（HV） D. 断后伸长率（%） 【答案】B 【解析】文中指出“金属材料的韧性通常用吸收能量K(单位为J)来衡量”，A是强度相关物理量，C是硬度指标，D是塑性指标，故答案为B。 2. （单项选择题）夏比摆锤冲击试验中，缺口试样的塑性变形主要集中在（ ） A. 试样两端的夹持部分 B. 缺口附近区域 C. 试样的中间无缺口区域 D. 摆锤与试样的接触点 【答案】B 【解析】文中明确“在试样上开缺口的目的是在缺口附近造成应力集中，使塑性变形局限在缺口附近”，A、C、D均不是塑性变形集中区域，故答案为B。 3. （填空题）金属材料在断裂前吸收变形能量的能力称为________，该性能对承受冲击载荷的零件至关重要。 【答案】韧性 【解析】文中开篇定义“韧性是指金属材料在断裂前吸收变形能量的能力”，且后续强调冲击载荷下零件需具备该性能，故填“韧性”。 1. （单项选择题）夏比摆锤冲击试样的制作需遵循的国家标准是（ ） A. GB/T 228.1—2021 B. GB/T 229—2020 C. GB/T 230.1—2018 D. GB/T 231.1—2018 【答案】B 【解析】文中提到“夏比摆锤冲击试样要根据国家标准GB/T 229——2020制作”，A是拉伸试验标准，C是洛氏硬度试验标准，D是布氏硬度试验标准，故答案为B。 2. （单项选择题）下列关于试样缺口与材料脆性的关系，正确的是（ ） A. 缺口越深、越尖锐，材料吸收能量越大，脆性越弱 B. 缺口越深、越尖锐，材料吸收能量越小，脆性越显著 C. 缺口深度与材料脆性无关，仅与缺口形状有关 D. 缺口越钝，材料吸收能量越小，脆性越显著 【答案】B 【解析】文中明确“同一种金属材料的试样缺口越深、越尖锐，吸收能量越小，金属材料表现出的脆性越显著”，A、C、D表述均错误，故答案为B。 3. （填空题）夏比摆锤冲击试样有U形缺口试样、V形缺口试样和________三种类型，需按国家标准制作。 【答案】无缺口试样 【解析】文中明确“夏比摆锤冲击试样有 U形缺口试样、V形缺口试样和无缺口试样三种”，直接对应填空内容，故填“无缺口试样”。 · 韧性是材料在冲击载荷下断裂前吸收能量的能力。 · 缺口越尖锐（V型比U型更甚），测得的吸收能量K值越小，材料表现出的脆性倾向就越大。 知识点二 夏比摆锤冲击试验方法 夏比摆锤冲击试验是在摆锤式冲击试验机(图1-7a)上进行的。试验时，将带有规定几何形状的缺口试样安放在试验机两支座之间，使试样的缺口位于两支座中间，并背向摆锤的冲击方向，如图1-7b所示。将一定质量的摆锤升高到规定高度( ，则摆锤具有势能Epv₁(V形缺口试样)或Ep₀₁(U形缺口试样)。当摆锤落下将试样冲断后，摆锤继续向前升高到 此时摆锤的剩余势能为 或 则摆锤冲断试样过程中所失去的势能就等于冲击试样吸收能量K，计算公式为 V形缺口试样 KV₂(或 U形缺口试样 KU₂(或 或 表示用2mm摆锤锤刃测得的冲击吸收能量， 或 表示用8mm 摆锤锤刃测得的冲击吸收能量。 金属材料的冲击吸收能量 或 或 可以从试验机的刻度盘上直接读出，它 是表征金属材料韧性的重要指标。显然，冲击吸收能量越大，表示金属材料抵抗冲击试验力而不被破坏的能力越强。 冲击吸收能量对组织缺陷非常敏感，它可灵敏地反映出金属材料的质量、宏观缺口和显微组织的差异，能有效地检验金属材料在冶炼、成形加工、热处理工艺等方面的质量。 【单项选择题】下列哪种情况会导致冲击吸收能量测量值偏大？（ ） A. 摆锤初始高度降低 B. 摆锤质量减小 C. 摆锤冲断试样后剩余高度降低 D. 试样缺口更尖锐 【答案】C 【解析】冲击吸收能量=初始势能-剩余势能，剩余高度降低意味着剩余势能减小，吸收能量增大，A、B会使初始势能减小，D会使吸收能量减小，故答案为C。 1. （单项选择题）试验时，夏比摆锤冲击试样应安放在试验机的（ ） A. 摆锤下方 B. 两支座之间 C. 刻度盘附近 D. 能量显示器上 【答案】B 【解析】文中明确“将带有规定几何形状的缺口试样安放在试验机两支座之间”，A、C、D均不符合试样安装位置要求，故答案为B。 2. （单项选择题）冲击吸收能量可以从试验机的哪个部件直接读出？（ ） A. 支座 B. 摆锤 C. 刻度盘 D. 试样夹具 【答案】C 【解析】文中指出“金属材料的冲击吸收能量KV₂或KV₈(KU₂或KU₈)可以从试验机的刻度盘上直接读出”，A、B、D均不能直接显示能量值，故答案为C。 3. （填空题）夏比摆锤冲击试验在________式冲击试验机上进行，试验时需将缺口试样正确安装在两支座之间。 【答案】摆锤 【解析】文中开篇即说明“夏比摆锤冲击试验是在摆锤式冲击试验机(图1-7a)上进行的”，故填“摆锤”。 1. （单项选择题）冲击吸收能量对金属材料的哪种特性非常敏感？（ ） A. 弹性模量 B. 组织缺陷 C. 密度 D. 热膨胀系数 【答案】B 【解析】文中明确“冲击吸收能量对组织缺陷非常敏感，它可灵敏地反映出金属材料的质量、宏观缺口和显微组织的差异”，A、C、D均不是其敏感特性，故答案为B。 2. （单项选择题）夏比摆锤冲击试验不能用于检验金属材料的哪个方面质量？（ ） A. 冶炼工艺 B. 成形加工工艺 C. 密度均匀性 D. 热处理工艺 【答案】C 【解析】文中提到冲击吸收能量“能有效地检验金属材料在冶炼、成形加工、热处理工艺等方面的质量”，C“密度均匀性”不在检验范围内，故答案为C。 3. （填空题）V形缺口试样的冲击吸收能量计算公式为KV₂=________，其中EpV1为摆锤初始势能，EpV2为摆锤剩余势能。 【答案】EpV1-EpV2 【解析】文中明确给出“V形缺口试样 KV₂(或 KV₈)=EₚV1-EₚN2”，直接对应公式内容，故填“EpV1-EpV2”。 · 夏比冲击试验：摆锤砸缺口，损失势能是K值。K值越大越抗撞，是检验材料内部质量的“照妖镜”。 知识点三 温度对冲击吸收能量的影响 冲击吸收能量对温度非常敏感，其总的变化趋势是随着温度的降低而降低，如图1-8所示。当温度降至某一数值时，冲击吸收能量急剧下降，金属材料由韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为冷脆转变。金属材料在一系列不同温度的冲击试验中，冲击吸收能量急剧变化或断口韧性急剧转变的温度区域称为韧脆转变温度。韧脆转变温度是衡量金属材料冷脆倾向的指标。金属材料的韧脆转变温度越低，说明金属材料的低温抗冲击性越好。例如，因为非合金钢的韧脆转变温度约为 所以在较寒冷(低于 地区使用的非合金钢构件、设备易发生脆断现象。因此，在选择金属材料时，应考虑其使用条件的最低温度必须高于金属材料的韧脂转变温度。 【单项选择题】下列关于冲击吸收能量与温度的关系，错误的是（ ） A. 温度是影响冲击吸收能量的重要因素 B. 温度降低时，冲击吸收能量总体下降 C. 所有金属材料的冲击吸收能量随温度变化趋势完全相同 D. 冷脆转变是温度降低导致的特殊现象 【答案】C 【解析】文中仅提及冲击吸收能量随温度降低而降低的总体趋势，但不同材料的韧脆转变温度、能量变化幅度不同，“完全相同”表述错误；A、B、D均符合原文，故答案为C。 1. （单项选择题）下列哪种情况会导致金属材料冲击吸收能量急剧下降？（ ） A. 温度升高至韧脆转变温度以上 B. 温度降低至韧脆转变温度以下 C. 温度保持在韧脆转变温度 D. 温度反复变化但不涉及韧脆转变温度 【答案】B 【解析】文中提到“当温度降至某一数值时，冲击吸收能量急剧下降”，该数值即韧脆转变温度，温度低于此值时能量急剧下降，A、C、D不符合，故答案为B。 2. （单项选择题）韧脆转变温度的测定依据是金属材料在（ ） A. 一系列不同温度下的拉伸试验 B. 一系列不同温度下的冲击试验 C. 常温下的硬度试验 D. 高温下的疲劳试验 【答案】B 【解析】文中指出“金属材料在一系列不同温度的冲击试验中……称为韧脆转变温度”，A、C、D均不是测定该温度的试验方式，故答案为B。 3. （填空题）当温度降至某一数值时，金属材料冲击吸收能量急剧下降，由韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为________。 【答案】冷脆转变 【解析】根据文中定义，“当温度降至某一数值时，冲击吸收能量急剧下降，金属材料由韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为冷脆转变”，故填“冷脆转变”。 1. （单项选择题）在寒冷地区（低于-20℃）使用非合金钢构件，易发生的问题是（ ） A. 弹性变形过大 B. 塑性变形过大 C. 脆断现象 D. 硬度降低 【答案】C 【解析】文中说明“在较寒冷(低于-20℃)地区使用的非合金钢构件、设备易发生脆断现象”，A、B、D无对应依据，故答案为C。 2. （单项选择题）选择金属材料时，需确保使用环境的最低温度（ ） A. 等于材料的韧脆转变温度 B. 低于材料的韧脆转变温度 C. 高于材料的韧脆转变温度 D. 与材料的韧脆转变温度无关 【答案】C 【解析】文中明确“在选择金属材料时，应考虑其使用条件的最低温度必须高于金属材料的韧脆转变温度”，A、B、D不符合选材要求，故答案为C。 3. （填空题）________是衡量金属材料冷脆倾向的指标，该温度越低，材料低温抗冲击性越好。 【答案】韧脆转变温度 【解析】文中明确“韧脆转变温度是衡量金属材料冷脆倾向的指标。金属材料的韧脆转变温度越低，说明金属材料的低温抗冲击性越好”，故填“韧脆转变温度”。 · 温度降，K值降；遇转变温度，韧性变脆性。选材看环境，低温须高于转变温。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$