第六章切口强度与切口冲击韧性
第三章 材料在冲击载荷下的力学性能-2
落锤样坯
落锤试验过程
落锤样坯断裂形貌
3.3.6 影响韧脆转变温度的因素
（1）晶格类型的影响
（2）ky-------位错被第二相等钉扎的常数。对于BCC金属， Fe、Mo的 ky 高；Ni、Ti的 ky 低。在-Fe中，含N低碳 钢ky比C高。 ky随温度增加不明显。
（3）d-----晶粒直径/位错滑移距离。细晶冷脆转变温度。
（4）-----与应力有关的常数。对于扭转， =1；拉伸时 =0.5；缺口拉伸， 1/3。
•氮、碳等原子被吸收到Ni、Mn所造成的局部畸变 区中去，减少了它们对位错运动的钉扎作用。
•在钢中形成化合物的合金元素，如铬、钼、钛等， 是通过细化晶粒和形成第二相质点来响韧脆转变 温度的，它和热处理后的组织密切相关。Biblioteka （3）晶粒大小对TK的影响
• 晶界前塞积的位错数目较 少，有利于减少应力集中；
晶界对裂纹扩展有阻碍 作用。晶粒越细，则晶 界越多，阻碍作用越大。
晶界总面积增加，使晶界上杂质浓 度减少，避免产生沿晶脆性断裂又 提高了它的塑性和韧性。
形变强化、固溶强化、弥散强化(沉淀强化)等方法，在 提高材料强度的同时，总要降低一些塑性和韧性。
• 面心立方晶格金属塑性、韧性好，体心立方和密排六 方金属的塑性、韧性较差。
• 面心立方晶格的金属，如铜、铝、奥氏体钢，一般不 出现解理断裂而处于韧性状态，也没有韧-脆转变，其 韧性可以维持到低温。
• 体心立方晶格的金属，如铁、铬、钨和普通钢材，韧 脆转变受温度及加载速率的影响很大，因为在低温和 高加载速率下，它们易发生孪晶，也容易激发解理断 裂。
冲击韧性试验报告
冲击韧性测定试验报告一、 实验目的1. 掌握冲击试验机的结构及工作原理2. 掌握测定试样冲击性能的方法二﹑实验内容测定低碳钢和铸铁两种材料的冲击韧度，观察破坏情况，并进行比较。
三﹑实验设备3. 冲击试验机4. 游标卡尺图1-1冲击试验机结构图四﹑试样的制备若冲击试样的类型和尺寸不同，则得出的实验结果不能直接比较和换算。
本次试验采用U 型缺口冲击试样。
其尺寸及偏差应根据GB/T229-1994规定，见图1-2。
加工缺口试样时，应严格控制其形状﹑尺寸精度以及表面粗糙度。
试样缺口底部应光滑﹑无与缺口轴线平行的明显划痕。
图1-2 冲击试样五﹑实验原理冲击试验利用的是能量守恒原理，即冲击试样消耗的能量是摆锤试验前后的势能差。
试验时，把试样放在图1－2的B 处，将摆锤举至高度为H 的A 处自由落下，冲断试样即可。
摆锤在A 处所具有的势能为：E=GH=GL(1-cos α) (1-1)冲断试样后，摆锤在C 处所具有的势能为：E 1=Gh=GL(1-cos β)。
(1-2)势能之差E-E 1,即为冲断试样所消耗的冲击功A K :A K =E-E 1=GL(cos β-cos α) (1-3)式中，G 为摆锤重力（N ）；L 为摆长（摆轴到摆锤重心的距离）（mm ）；α为冲断试样前摆锤扬起的最大角度；β为冲断试样后摆锤扬起的最大角度。
h L G H图1-3冲击试验原理图六﹑实验步骤1. 测量试样的几何尺寸及缺口处的横截面尺寸。
2. 根据估计材料冲击韧性来选择试验机的摆锤和表盘。
3. 安装试样。
如图1－4所示。
图1-4冲击试验示意图4. 进行试验。
将摆锤举起到高度为H 处并锁住，然后释放摆锤，冲断试样后，待摆锤扬起到最大高度，再回落时，立即刹车，使摆锤停住。
5. 记录表盘上所示的冲击功A KU 值.取下试样，观察断口。
试验完毕，将试验机复原。
6. 冲击试验要特别注意人身的安全。
七﹑实验结果处理1.计算冲击韧性值αKU . αKU =0S A KU(J/cm 2) (1-4)式中,A KU为U型缺口试样的冲击吸收功(J); S0为试样缺口处断面面积(cm2)。
切口冲击韧性
切口冲击韧性主要内容：•切口冲击韧性冲击载荷的特点切口冲击韧性的测定切口冲击韧性的意义及应用•低温脆性韧脆-转化温度影响因素一、切口冲击韧性冲击载荷的特点●高速作用于物体上的载荷称为冲击载荷1.冲击载荷与静载荷主要在于加载速率不同；前者加载速率佷高，而后者加载速率低。
加载速率应力增长率：σ=dσ/dt，单位为MPa／s。
2.变形速率有两种表示方法：即绝对变形速率和相对速率。
绝对变形速率：单位时间内试件长度的增长率V=dl/dt，单位为m／s。
相对变形速率即应变速率：ε=dε/dt，单位为s-1。
●当应变率大于10-2s-1时，材料的力学性能将发生显著变化。
应变率ε =de/dτ e为真应变静拉伸试验应变率ε =10-5～10-2s-1冲击试验应变率ε =102～104s-13.在冲击载荷作用下，零件的变形与破坏过程与静载荷一样，仍分为弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。
●弹性变形以介质中的声速传播。
而普通机械冲击时的绝对变形速率在103m／s以下。
在弹性变形速率高于加载变形速率时，则加载速率对金属的弹性性能没有影响。
●塑性变形发展缓慢，若加载速率较大，则塑性变形不能充分进行。
4.冲击应力不仅与零件的断面积有关，而且与其形状和体积有关。
●不含切口零件的冲击：冲击能被零件的整个体积均匀地吸收，从而应力和应变也是均匀分布的；零件体积愈大，单位体积吸收的能量愈小，零件所受的应力和应变也愈小。
●含切口零件的冲击：切口根部单位体积将吸收更多的能量，使局部应变和应变速率大为升高。
因此，在力学性能试验中，直接用能量定性地表示材料的力学性能特征；冲击韧性即属于这一类的力学性能。
冲击韧性：材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力。
试验过程：1.将样品水平放在试验机的支座上，缺口位于冲击相背的方向。
2.将具有一定质量m 的摆锤举至一定高度H 1，使其获得一定位能mgH 1。
3.释放摆锤冲断试样，摆锤的剩余能量为mgH 2，则摆锤冲断试样失去的位能为mgH 1-mgH 2，这就是试样所消耗的功，称为冲击功，以A k 表示。
材料强度与韧性的评估方法
材料强度与韧性的评估方法材料的强度和韧性是衡量其性能优劣的重要指标。
在工程设计和材料选择中，准确评估材料的强度和韧性对确保结构的安全性和可靠性至关重要。
本文将介绍几种常用的评估方法，以帮助我们更好地了解材料的强度和韧性。
一、拉伸试验法拉伸试验是一种常用的评估材料强度和韧性的方法。
通过施加拉力并测量材料引伸前后的变形和破坏情况，可以得到材料的应力和应变曲线，从而分析材料的力学性能。
一般拉伸试验包含以下步骤：1. 准备试样：根据标准规定，制备适当尺寸的试样。
2. 安装试样：将试样放置在拉伸试验机的夹具中，确保试样的正确定位。
3. 施加力：逐渐增加拉力施加到试样上，同时记录施加的力和试样伸长的长度。
4. 测量应变：通过测量试样长度的变化，计算得到应变值。
5. 绘制应力-应变曲线：根据施加的拉力和试样的断面积，计算得到应力值，绘制应力-应变曲线。
通过分析应力-应变曲线，可以得到材料的屈服强度、抗拉强度、断裂延展性等重要参数，从而评估其强度和韧性。
二、冲击试验法冲击试验是一种常用的评估材料韧性的方法，主要用于评估材料在受到突然冲击或冲击载荷时的抗冲击能力。
冲击试验的常用方法包括冲击强度试验和缺口冲击试验。
1. 冲击强度试验：该试验主要通过冲击试验机施加冲击力并记录材料破坏的能量来评估材料的冲击韧性。
通常使用“夏比尔”或“查理”冲击试验机进行试验。
2. 缺口冲击试验：在冲击试验中，通过在试样上制造缺口，评估材料在缺口处发生破坏的能力。
缺口冲击试验常用的方法有缺口冲击试验和切口冲击试验。
冲击试验可以得到材料的冲击强度、韧性等指标，从而评估其在实际工况下的耐冲击性能。
三、硬度测试法硬度测试是一种简单有效的评估材料强度和韧性的方法。
它通过在材料表面施加压力，然后测量压入深度或压头印痕的大小，来评估材料的硬度。
硬度值可以间接反映材料的强度和韧性。
常用的硬度测试方法包括布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。
这些方法在实际应用中可以根据需要选择。
第6章 切口强度与切口冲击韧性
缺口强度：缺口试件拉伸 断裂最大载荷，除以缺口 处的净断面积。
缺口断面收缩率，称为缺 口塑性(Notch Ductility)。
缺口几何的三个 主要参数为： 缺口深度t； 缺口根部的曲率 半径ρ； 缺口张角ω；
图6-5 缺口试件与缺口几何
缺口强度：
用带缺口的拉伸试件测定其断裂时的 名义应力(净断面平均应力)，
在孔的边缘，拉应力最大，离孔边越远，应力 越小。最后趋近于净断面平均应力，即名义应力
σn。
应力集中系数 Kt 的定义：
Kt=σmax/σn。
6.2.1 应力集中与局部应力
受拉伸的中心圆孔扳
受拉伸的中心圆孔扳与拉应 力垂直截面上应力分布
薄板缺口拉伸时弹 性状态下应力分布
厚板缺口拉伸时弹性状态 下应力分布
弹性变形以介质中的声速传播。而普通机械冲击时的绝 对变形速率在103m／s以下。在弹性变形速率高于加载变 形速率时，则加载速率对金属的弹性性能没有影响。
塑性变形发展缓慢，若加载速率较大，则塑性变形不能 充分进行。
静载: 受的应力取决于载荷和零件的最小断面积。
冲击载荷具有能量特性，与零件的断面积、形状和体积 有关。
6.4.1 冲击载荷的特点
冲击载荷与静载荷的主要区别在于加载速率不同； 加载速率很高，而后者加载速率低。 加载速率用应力增长率σ=dσ/dt表示，单位为MPa/s。 变形速率有两种表示方法：即绝对变形速率和相对变形
速率。 绝对变形速率为单位时间内试件长度的增长率V=dl/dt， 单位为m／s。 相对变形速率即应变速率，ε=dε/dt，单位为s-1。 静拉伸试验的应变速率为10-5～10-2S-1； 冲击试验的应变速率为102～104S-1。
记为σbN，
材料力学性能
第一章用一句话对下列的概念进行解释：1）刚度 2 ）强度 3 ）塑性 4 ）屈服 5）韧性 6）形变强化。
对拉伸试件有什么基本要求？为什么？为什么拉伸试验又称为静拉伸试验？拉伸试验可以测定哪些力学性能？试件的尺寸对测定材料的断面收缩率是否有影响？为什么？如何测定板材的断面收缩率?下列的情况与图1-3 中的哪个图对应？1 ）装有开水的玻璃杯浸入冷水中破裂。
2 ）用钢丝捆绑物件时拧的过紧造成钢丝断裂。
3 ）在大风中电线被拉断。
4 ）自行车闸被拉断。
5）金项链被拉断。
6 ）锯木头时锯条突然断裂。
试画出示意图说明：脆性材料与塑性材料的应力—应变曲线有何区别？高塑性材料与低塑性材料的应力—应变曲线又有何区别？能否由材料的延伸率和断面收缩率的数值来判断材料的属性：脆性材料、低塑性材料、高塑性材料？工程应力--应变曲线上b点的物理意义？试说明b点前后式样变形和强化的特点？脆性材料的力学性能用哪两个指标表征? 脆性材料在工程中的使用原则是什么？何谓材料的弹性、强度、塑性和韧性？试画出连续塑性变形强化和非连续塑性变形强化材料的应力—应变曲线?两种情况下如何根据应力—应变曲线确定材料的屈服强度？条件屈服强度与屈服强度存在本质区别吗？条件屈服强度与条件弹性极限存在本质区别吗？何谓工程应力和工程应变?何谓真应力和真应变?两者之间有什么定量关系?拉伸图、工程应力—应变曲线和真应力—真应变曲线有什么区别？试画出低碳钢在压缩试验条件下的工程应力—应变曲线和真应力—真应变曲线？颈缩发生后如何计算真应力和真应变? 如何根据材料的拉伸性能估算材料的断裂强度和断裂延性？现有do=10mm的圆棒长试样和短试样各一根，测得其延伸率d10与d5均为25%，问长试件和短试件的塑性是否一样？第二章为什么说金属的弹性模量是一个对组织较不敏感的力学性能指标?哪些因素对弹性模量会有较明显的影响?由图2-1，试分析当拉应力增大，弹性模量的精确值会发生怎样的变化？当压缩应力增大时，又会如何变化？试写出在单轴应力（sx10，其它应力分量为0）平面应力（sz=tyz=t zx=0）和平面应变（ez=gyz=gzx =0）条件下的虎克定律。
材料力学性能复习资料前(简单32课时)
名词解释1.弹性：指材料在外力作用下保持和恢复固有形状和尺寸的能力2.塑性：指材料在外力作用下发生不可逆的永久变形的能力3.强度：指材料在外力作用下抵抗塑性形变和破坏的能力4.比例极限ζp：应力与应变保持正比关系的最大应力5.弹性极限ζe：在拉伸试验过程中，材料不产生塑性变形时的最大应力6.屈服极限：①对拉伸曲线上有明显屈服平台的材料，塑性变形硬化不连续，屈服平台所对应的应力即为屈服强度ζs②对拉伸曲线上没有屈服平台的材料，塑性变形硬化是连续的，此时将屈服强度定义为产生0.2%残余伸长时的应力ζ0.27.抗拉强度ζb：材料断裂前所能承受的最大应力8.应变强化：材料在应力作用下进入塑性变形阶段后，随着变形量的增大，性变应力不断提高的现象9.断裂延性：拉伸断裂时的真应变10.弹性比功We（弹性应变能密度）：材料开始塑性变形前单位体积所能吸收的弹性变形功。
We = ζeEe/2 = ζe^2/(2E)[需弹性较大材料时，增大We的措施是增加ζe，降低E]11.弹性后效：在弹性范围内加速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象12.弹性滞后：在非瞬间加载条件下的弹性后效13.内耗Q-1=1/2π*△W/W：加载时消耗的变形功大于卸载时释放的变形功，或弹性滞后回线面积为一个循环所消耗的不可逆功，这部分被金属吸收的功，称为内耗14.循环韧性（消振性）：金属材料在单向循环载荷或交变循环载荷作用下吸收不可逆功的能力15.包申格效应：产生了少量塑性变形的材料，再同向加载，则弹性极限与屈服强度升高，反向加载则弹性极限与屈服强度降低的现象16.孪生：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶向发生均匀切变并形成晶体取向的镜面对称关系17.硬度：指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力18.应力状态柔度因数：表示应力状态对材料塑性变形的影响。
α=ηmax/ζmax=（ζ1 –ζ3）/2[ζ1 –ν（ζ2 + ζ3）]19.解理断裂：材料在拉应力作用下，由于原子间结合键遭到破坏，严格地沿一定的结晶学平面（即所谓“解理面”）劈开而造成的断裂。
材料力学性能_moni试题 (1)
材料力学性能1一、填空：（每空1分,总分25分）1. 高塑性材料延伸率的测量中，δ5和δ10中的大者为________。
2. 材料硬度的测定方法有、和。
3.弹性不完善性主要包括和。
4.工程应用中，常根据断裂前是否发生宏观的塑性变形，把断裂分成和两大类。
5.研究裂纹体的低应力脆断，主要采用的分析方法有_______和____ ____。
6.脆性材料切口根部裂纹形成准则遵循断裂准则；塑性材料切口根部裂纹形成准则遵循断裂准则；7.典型的疲劳断口具有三个形貌不同的区域，即、及。
8．蠕变断裂全过程大致由、和三个阶段组成。
9．应力腐蚀断裂的断裂力学测试方法主要有和。
10．磨损目前比较常用的分类方法是按磨损的失效机制分11．在材料力学行为的研究中，经常采用三种典型的试样进行研究，即、、。
二、选择：（每题1分，总分15分）（）1. 下列哪项不是陶瓷材料的优点a）耐高温 b) 耐腐蚀 c) 耐磨损 d)塑性好（）2. 对于脆性材料，其抗压强度一般比抗拉强度a) 高b) 低c) 相等d) 不确定（）3.今欲用冲床从某薄钢板上冲剪出一定直径的孔，在确定需多大冲剪力时应采用材料的力学性能指标为a) 抗压性能 b) 弯曲性能c) 抗剪切性能 d) 疲劳性能（）4.工程中测定材料的硬度最常用a) 刻划法 b) 压入法 c) 回跳法 d) 不确定（）5. 细晶强化是非常好的强化方法，但不适用于a) 高温 b) 中温 c) 常温 d) 低温（）6.机床底座常用铸铁制造的主要原因是a) 价格低，内耗小，模量小b) 价格低，内耗小，模量高c) 价格低，内耗大，模量大d) 价格高，内耗大，模量高a) 韧性断裂 b) 脆性断裂c) 塑性变形 d) 最大正应力增大（）8. 下列哪副图是金属材料沿晶断裂的典型断口形貌a) b) c) d) （）9. 裂纹体变形的最危险形式是a)张开型 b) 滑开型 c) 撕开型 d) 混合型（）10. 韧性材料在什么样的条件下可能变成脆性材料a) 增大缺口半径 b) 增大加载速度c) 升高温度 d) 减小晶粒尺寸（）11．腐蚀疲劳正确的简称为a) SCC b) CF c) AE d) HE（）12．高强度材料的切口敏感度比低强度材料的切口敏感度a) 高b) 低c) 相等d) 无法确定（）13．为提高材料的疲劳寿命可采取如下措施a)引入表面拉应力 b) 引入表面压应力c) 引入内部压应力 d) 引入内部拉应力屈服强度a) 高 b) 低 c) 一样 d) 不一定（ ）15．下列摩擦实验的示意图中，销盘式磨损实验示意图为a) b) c) d)三、判断：（每题1 分，总分15分）（ ）1.材料的力学行为与材料的力学性能是同一概念。
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σ
图6-1 受拉伸的中心圆孔扳
6.3 切口强度的实验测定
切口强度通常用切口圆柱试件(见图6-5(a))或双切口 平板试件(见图6-5(b))，进行拉伸试验予以测定。 切口几何的三个主要参数为： 切口深度t、切口根部的曲率半径、切口张角 切口强度：切口试件拉伸断裂最大载荷，除以切口处 的净断面积。
第六章 切口强度与 切口冲击韧性
第二次世界大战期间，美国在很短时间 内赶造了4000艘船，其中250艘在1940～ 1951年间断裂，另1200艘发现裂缝。1952年 “Fort Macar”油轮断裂，2年后，英国20000t 油轮“World Conrad”也遭同样厄运。裂纹大 多起始于结构上处理不当的接头，再加上焊 接缺陷，进一步深入分析，诸多问题均与 “钢材的脆性断裂”有关，由此“抗冲击韧 性”便成了评定钢材材质的一项基本指标。
Байду номын сангаас
具体用途有： ①评定原材料的冶金质量和热加工后的半成品质量， 通过测定冲击韧性和断口分析，可揭示原材料中夹渣 、气泡、偏析、严重分层等冶金缺陷和过热、过烧、 回火脆性等锻造以及热处理缺陷等；
②确定结构钢的冷脆倾向及韧脆转变温度； ③冲击韧性反映着材料对一次和少数次大能量冲 击断裂的抗力，因而对某些在特殊条件下服役的 零件，如弹壳、防弹甲板等，具有参考价值： ④评定低合金高强钢及其焊缝金属的应变时效敏 感性。
d.增加钢中镍、铜含量，有利于提高低阶能．
本章完
6.6.2 切口冲击韧性的测定
冲击韧 性试验机
试验：质量m的摆锤，举至高度H ，势能mgH1；锤释 放，将试件冲断。摆锤失去一部分能量，这部分能量 就是冲断试件所作的功，称为冲击功，以Ak表示。 剩余的能量使摆锤扬起高度H2，故剩余的能量即为 mgH2。 Ak=mgH1-mgH2=mg(H1-H2) Ak的单位为J。 (6-22)
图6-11 金属的强度和塑性随温度的变化[12]
研究低温脆性的主要问题是确定韧脆-转化温度。 实验方法介绍：将试件冷却到不同的温度测定冲击功 AK，得到断口形貌特征与温度的关系曲线。然后按一定 的方法确定韧脆转化温度。
能量法：有下列几种： (1)以V型切口冲击试件测定的冲击功AK=20.35J对应的 温度作为韧脆转化温度，并记为V15TT，这是实践经验 总结而提出的方法. (2)图6-12中的曲线有两个平台。上平台所对应的能量称 为高阶能，下平台所对应的能量称为低阶能。将低阶能 开始上升的温度定义为韧-脆转化温度，记为NDT（Nill Ductility Temperature)称为零塑性温度。在NDT以 下，试件的断口为100％的结晶状断口。
Ktσni=（Eσfεf）1/2
(6-14)
公式(6-14）是塑性材料的切口根部裂纹起始准则 。
(Eσfεf）1/2可以认为是工业金属结构材料理论强度
值的一种量度。
公式(6-14)的力学意义是：当切口根部虚拟的弹性应 力Ktσn达到理论断裂强度时，则裂纹在切口根部形 成。
在平面应变状态下，切口根部裂纹形成准则 为
●弹性变形以介质中的声速传播。而普通机械冲击 时的绝对变形速率在103m／s以下。在弹性变形速
率高于加载变形速率时，则加载速率对金属的弹性 性能没有影响。 ●塑性变形发展缓慢，若加载速率较大，则塑性变 形不能充分进行。 ●静载: 受的应力取决于载荷和零件的最小断面积 。 ●冲击载荷具有能量特性，与零件的断面积、形状 和体积有关。
Ktσni=0.64（Eσfεf）1/2
(6-15)
比较公式(6-14)和(6-15)，可以看出，平面应 变状态下切口根部裂纹形成应力，仅为平面 应力状态下的64％。
切口敏感度系数：
切口强度比：
NSR n / b E f f / K t b
切口敏感度系数：
K bN NSR K t E f f / b
不含切口零件的冲击：冲击能为零件的整个体积均匀地吸收， 从而应力和应变也是均匀分布的； 零件体积愈大，单位体积吸收的能量愈小，零件所受的 应力和应变也愈小。 含切口零件的冲击：切口根部单位体积将吸收更多的能量， 使局部应变和应变速率大为升高。 另一个特点是：承载系统中各零件的刚度都会影响 到冲击过程的持续时间、冲击瞬间的速度和冲击力 大小。这些量均难以精确测定和计算。且有弹性和 塑性。 因此，在力学性能试验中，直接用能量定性地表 示材料的力学性能特征；冲击韧性即属于这一类的 力学性能。
用带切口的拉伸试件测定其断裂时的 名义应力(净断面平均应力)， 记为σ ，
bN
bN
Pmax AN
3、切口敏感性
切口强度对抗拉强度的比值定义为切口强度比NSR ：
NSR=σbN／σb
若NSR＞1.0，表示材料对切口不敏感，或者说材 料是切口韧性的； 若NSR＜1.0，则材料对切口敏感，材料是切口 脆性的[60]。
6.7 低温脆性 金属材料的强度一般均随温度的降低而升 高，而塑性则相反。 一些具有体心立方晶格的金属，如Fe、 Mo 和W，当温度降低到某一温度时，由于塑 性降低到零而变为脆性状态。这种现象称 为低温脆性。
低温脆性从现象上看，是屈服强度和断裂强度随 温度降低而变化的速率问题。
倘若屈服强度随温度的下降而升高较快，而断 裂强度升高较慢，则在某一温度Tc以下，σs>σf， 金属在没有塑性变形的情况下发生断裂，即表现 为脆性的； 而在Tc以上，σs<σf，金属在断裂前发生塑性变 形，故表现为塑性的。
6.2 局部应力与局部应变 一受拉伸裁荷的薄板，其中的应力分布是均 匀 的。若在板的中心钻一圆孔，则在孔的周围应力 分布发生了很大的变化如图6-1所示； 在孔的边缘，拉应力最大，离孔边越远，应力 越小。最后趋近于净断面平均应力，即名义应力
σn。
将最大应力 max与名义应力σn之比定义 为应力集中系数 Kt 的定义：
6.6.2 切口冲击韧性的测定
材料的韧性是指材料 在塑性变形和断裂的全 过程中吸收能量的能力， 它是材料塑性和强度的 综合表现。 材料在冲击载荷作用 下抵抗破坏的能力称为 冲击韧度。 1.摆锤冲击实验 冲击韧度值用公式表 示： A k k (J/cm2)
S0
冲击试样
国家标准现已规定用 Ak作为韧性判据。
当 Kt<KbN，NSR>1.0；当Kt>KbN，NSR<1.0
6.6 切口冲击韧性 6.6.1 冲击载荷的特点
冲击载荷与静载荷的主要在于加载速率不同； 加载速率佷高，而后者加载速率低。 加载速率用应力增长率σ=dσ/dt表示，单位为MPa／s。 变形速率有两种表示方法：即绝对变形速率和相对变形速率。 绝对变形速率为单位时间内试件长度的增长率V=dl/dt， 单位为m／s。 相对变形速率即应变速率，ε=dε/dt，单位为s-1。
6.1
前言
1、广义的“切口” 切口的存在造成：应力应变集中和多向性。
二战事故分析的结论：
①脆断钢板，其夏比V型切口试件冲击值AKV在10℃ 时低于20.35J（15ft1bf)(1 英尺· 磅力＝1.35582 牛· 米) ②韧性钢板，其AKV值在10℃时高于20.35J 。
2、切口强度：
图6-13 冲击断口形貌示意图
影响因素：
钢的成分、组织和冶金质量。 a.降低钢中的碳、磷含量；细化晶粒，热处理成低碳马 氏体和回火素氏体，可提高高阶能；
b.增加钢中碳、磷、氧含量，Si、Al含量超过一定值以 及应变时效等，降低高阶能；形成上贝氏体以及应变 时效，均提高韧脆转化温度； c.增加镍含量，细化晶粒，形成低碳马氏体和回火索氏 体，消除回火脆性等，将降低韧脆转化温度；
切口断面收缩率，称为切口塑性(Notch Ductility) 。
图6-5 切口试件与切口几何
6.4切口强度的估算
6.4.1 切口根部裂纹形成准则 切口零构件或试件的断裂可能包含三个阶段：在切口 根部形成裂纹，形成于切口根裂纹的亚临界扩展，当裂 纹达到临界尺寸时发生断裂。裂纹在切口根部形成，可 以假定是由切口根部材料元的断裂引起的，如图6-7所示 。
图6-7 零件中的切口根部塑性区（1）和材料元（2）
图6-7 零件中的切口根部塑性区（1）和材料元（2）
(1) 脆性材料----脆性材料遵循正应力断裂
准则。
Ktσni=σf (6-13)
式中σni为裂纹形成时切口试件所受的名义应力，或称 切口根部裂纹形成应力。
(2) 塑性材料 塑性材料遵循正应变断裂 准则。
图6-9 摆锤冲击试 验原理示意图
切口为U型：冲击韧性值：
Ak 冲击功， S0 净断面积。
kU AK / S0
kV AK / S0
V型切口：冲击韧性值：
6.6.3 切口冲击韧性的意义及应用
切口试什的断裂可能经历三个阶段：裂纹在切口根部形成， 裂纹的亚临界扩展和最终断裂。 切口试件的冲击断裂可能要吸收三部分能量： 裂纹形成能、亚临界扩展能、断裂能。
(3)将高阶能开始降低的温度定义为韧-脆转化温度。 记为FTP ( Fracture Transition Plastic)．当温度高于 FTP，试件的断口为100％的纤维状断口。
图6-12 各种确定韧脆转化温度的方法及所确定的韧-脆转化温度
(4)高阶能与低阶能的平均值所对应的温度定义为韧-脆转化 温度，记为FTT(Fracture Transition Temperature)．
断口形貌法 断口上有纤维区、放射区(结晶区)和剪切唇。 在不同的温度下,上述三个区的相对面积是不同的； 结晶区的面积随温度的变化，结晶区面积百分比的增 大,表示材料变脆。通常取结晶状断口面积占50％时的 温度为韧脆转化温度，记为50％FATT(Fracture Appearance Transition Temperature)。 在低温下服役的零件，其最低工作温度应高于韧-脆 转化温度。这是韧性的温度储备。韧性温度储备的大 小取决于机件的重要程度。