高低温交变湿热试验箱因为和实际结构工况之

　　低温系列冲击试验 低温系列冲击试验 一、实验目的： 1、掌握冲击试验机的操作方法。 2、通过低温冲击试验可测定低碳钢的 脆性转变温度tk。 图3 冲击试验机 图4 冲击试验支座及试样的放置 3.韧脆转变温度: 常用标准试样的冲击吸收能量 K表示。单位为焦耳（J）。 夏比U形缺口---aKU 夏比V形缺口---aKV 4、冲击试验几点说明 1）冲击试样的尺寸及缺口形状对冲击试验 结果影响非常大，所以不同形式试样的 冲击吸收能量之间不能相互对比。 2）在冲击试验报告中必须注明试样缺口形状 及尺寸。 五、实验内容及步骤 1、熟悉冲击试验机的操作方法。进行软件的参数设置。 2、试样打钢号，每个试验温度制3个试样。 试验温度：20℃ 、0℃ 、-20℃ 、-40℃ 、 -60℃ 、-75℃ 3、冷却试样。冷却剂：干冰或液氮。 4、测定每一组经冷却后的试样的冲击吸收能量ak。 5、作出ak-T曲线，确定脆性转变温度Tk。 六、实验报告要求 1、实验目的。 2、实验原理。 3、试验过程及原始数据记录，作出ak-T曲线、分析试验结果，确定Tk。 * （一）低温脆性 系列冲击实验在材料研究与生产实际中应用较广，因为它比其他实验方法更能灵敏地反映出材料力学性能随内因和外因变化的差异。 对某些材料，当冲击实验分别在低温、室温下进行时可以得到一系列冲击值AK(或aK)，这种材料冲击韧性与温度的关系曲线，即AK-t或aK-t。这种不同温度下的冲击试验称为系列冲击试验。据此可以评定材料的低温脆性。 二、试验原理 （一）低温脆性 系列冲击实验证明：体心立方金属及合金或某些密排六方晶体金属及合金，尤其是工程上常用的中、低强度结构钢，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，冲击吸收功明显下降，高低温交变湿热试验箱断裂机理由微孔聚集变为穿晶解理，断口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。转变温度tk称为韧脆转变温度或冷脆转变温度。面心立方金属及合金一般没有低温脆性现象，但在20-42K极低温度下奥氏体钢及铝合金有冷脆性。高强度钢及超高强度钢在很宽温度范围内冲击吸收功均较低，故韧脆转变不明显。 （二）韧性转化温度及其评价方法 因为韧性是材料塑性变形和断裂全过程吸收能量的能力，它是强度和塑性的综合表现，所以，依照试样断裂消耗的功、断裂后塑性变形的大小及断口形貌均可以确定tk。 目前尚无简单的判据求韧脆转变温度tk。通常只是根据能量、塑性变形或断口形貌随温度的变化定义tK。 （二）韧性转化温度及其评价方法 根据能量判据和断口形貌判据定义tk ，各种韧脆性转变温度判据见图1。 图1 脆性转变温度判据 （二）韧性转化温度及其评价方法 冲击试样冲断后，其断口形貌如图2所示。 如同拉伸试验一样，冲击试样断口也有纤维区、放射区(结晶区)和剪切唇几部分，但在不同试验温度下，3个区之间的相对面积是不同的。温度下降，纤维区面积突然减少，结晶区面积突然增大，材料由韧变脆。 图2 断口形貌示意图 （二）韧性转化温度及其评价方法 通常取结晶区面积占整个断口面积50％时的温度为tK，并记为50％FATT(fracture appearance transition temperature)或FATT50、t50。 50％FATT反映了裂纹扩展变化特征，可以定性地评定材料在裂纹扩展过程中吸收能量的能力。实验发现，50％FATT与断裂韧度KIc开始急速降低的温度有较好的对应关系，故得到广泛应用．但此方法需要目测评定各区所占面积，受人为影响较大． （二）韧性转化温度及其评价方法 韧脆转变温度tk反映了温度对韧脆性的影响。对于在低温服役的机件，依据材料的tk值可以直接或间接地估计它们的使用温度．显然，机件的使用温度必须高于Tk，两者之差愈大愈安全．为此，选用的材料应该具有一定的韧性温度储Δ（Δ=t0-tk，t0为材料使用温度），Δ值常取20～60℃ 对于受冲击负荷的重要机件Δ值取上限；不受冲击载荷作用的非重要机件Δ值取下限。 二、韧性转化温度及其评价方法 上述表明，由于定义tk的方法不同，同一材料所得tk亦有差异；同一材料，使用同一定义方法。由于外界因素(如试样尺寸、缺口尖锐度和加载速率等)的改变，tk也要变化。所以，在一定条件下用试样侧得的tk，因为和实际结构工况之间无直接联系，不能说明该材料制成的机件一定在该温度下断裂。 （三）影响材料低温脆性的因素 1.晶体结构的影响 ： 体心立方金属及其合金存在低温脆性，面心立方金属及其合金一般不存在低温脆性。 2.化学成分的影响 间隙溶质元素含量增加，高阶能下降，高低温交变湿热试验箱韧脆转变温度提高。 杂质元素S、P、Pb、Sn、As等使钢的韧性下降。这是由于它们偏聚于晶界，降低晶界表面能，产生沿晶脆性断裂，同时降低脆断应力所致 （三）影响材料低温脆性的因素 3.显微组织的影响 晶粒大小 细化晶粒可使材料韧性增加。 韧脆转变温度与d1/2成线性关系。研究表明，不仅铁素体晶粒大小与韧脆转变温度呈线性关系，而且马氏体板条束宽度、上贝氏体铁素体条束宽度、高低温交变湿热试验箱原始奥氏体晶粒尺寸和韧脆转变温度之间也呈线性关系。减小亚晶粒和胞状结构尺寸也能提高材料的韧性。 （三）影响材料低温脆性的因素 3.显微组织的影响 金相组织 在较低强度水平，强度相同而组织不同的钢，其冲击吸收功和韧脆转变温度以回火索氏体，贝氏体回火组织次之，片状珠光体组织差。此外，球化处理能改善钢的韧性。 在较高强度水平时。中、高碳钢经等温淬火获得下贝氏体组织，其冲击吸收功和韧脆转变温度优于同强度的淬火马氏体并回火的组织。 （三）影响材料低温脆性的因素 3.显微组织的影响 在低碳合金钢中，经不完全等温处理获得贝氏体和马氏体的混合组织，其韧性比单一马氏体或单一贝氏体组织要好。 在马氏体钢中存在稳定残余奥氏体，可以抑制解理断裂，从而显著改善钢的韧性．马氏体钢中的残余奥氏体膜也有类似作用． 四、试验设： 1、试样冲断时所消耗的冲击功A k为: A k = m g H – m g h (J) g 2、冲击韧度ak 就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击吸收功。 AK a k = (J/cm2) S0 -60 -40 0 20 20 40 60 ak T(℃) T↓，ak↓ 韧性→脆性 -20 图5 韧脆转变示意图 *

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