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材料的韌性能衡量斷裂時所需能量大小
閱讀：5333 發布時間：2009-12-15
材料的韌性是斷裂時所需能量的度量。描述材料韌性的指標通常有兩種：
（1）沖擊韌性aK （單位為MJ/m2）
沖擊韌性是在沖擊載荷作用下，抵抗沖擊力的作用而不被破壞的能力。
通常用沖擊韌性指標aK來度量。aK是試件在一次沖擊實驗時，單位橫截面積（m2）上所消耗的沖擊功（MJ），其單位為MJ/m2。
aK值越大，表示材料的沖擊韌性越好。
標準沖擊試樣有兩種，一種是常用的梅氏試樣（試樣缺口為U型）；另一種是夏氏試樣（試樣缺口為V型）。
同一條件下同一材料制作的兩種試樣，其梅氏試樣的aK值顯著大于夏氏試樣的aK值，所以兩種試樣的aK值不能互相比較。
夏氏試樣必須注明aK（夏）。
實際工作中承受沖擊載荷的機械零件，很少因一次大能量沖擊而遭破壞，絕大多數是因小能量多次沖擊使損傷積累，導致裂紋產生和擴展的結果。所以需采用小能量多沖擊作為衡量這些零件承受沖擊抗力的指標。
實踐證明，在小能量多次沖擊下，沖擊抗力主要取決于材料的強度和塑性。
（1）沖擊韌性aK （單位為MJ/m2）
沖擊韌性是在沖擊載荷作用下，抵抗沖擊力的作用而不被破壞的能力。
通常用沖擊韌性指標aK來度量。aK是試件在一次沖擊實驗時，單位橫截面積（m2）上所消耗的沖擊功（MJ），其單位為MJ/m2。
aK值越大，表示材料的沖擊韌性越好。
標準沖擊試樣有兩種，一種是常用的梅氏試樣（試樣缺口為U型）；另一種是夏氏試樣（試樣缺口為V型）。
同一條件下同一材料制作的兩種試樣，其梅氏試樣的aK值顯著大于夏氏試樣的aK值，所以兩種試樣的aK值不能互相比較。
夏氏試樣必須注明aK（夏）。
實際工作中承受沖擊載荷的機械零件，很少因一次大能量沖擊而遭破壞，絕大多數是因小能量多次沖擊使損傷積累，導致裂紋產生和擴展的結果。所以需采用小能量多沖擊作為衡量這些零件承受沖擊抗力的指標。
實踐證明，在小能量多次沖擊下，沖擊抗力主要取決于材料的強度和塑性。
（2）斷裂韌性K1 （單位為J/m）
在實際生產中，有的大型傳動零件、高壓容器、船舶、橋梁等，常在其工作應力遠低于σS的情況下，突然發生低應力脆斷。
通過大量研究認為，這種破壞與制件本身存在裂紋和裂紋擴展有關。
實際使用的材料，不可避免地存在一定的冶金和加工缺陷，如氣孔、夾雜物、機械缺陷等，它們破壞了材料的連續性，實際上成為材料內部的微裂紋。
在服役過程中，裂紋擴展的結果，造成零件在較低應力狀態下，即低于材料的屈服強度，而材料本身的塑性和沖擊韌性又不低于傳統的經驗值的情況下，發生低應力脆斷。
材料中存在的微裂紋，在外加應力的作用下，裂紋處存在有較大的應力集中和應力場。 斷裂力學分析指出，這一應力場的強弱程度可用應力強度因子K1來描述。
隨應力的增大，K1也隨之增大，當K1增大到一定值時，就可使裂紋前端某一區域內的內應力大到足以使裂紋失去穩定而迅速擴展，發生脆斷。 這個K1的臨界值稱為臨界應力強度因子或斷裂韌性，用K1C表示，單位為J/m。它反映了材料抵抗裂紋擴展和抗脆斷的能力。 材料的斷裂韌性K1C與裂紋的形狀、大小無關，也和外加應力無關，只決定于材料本身的特性（成分、熱處理條件、加工工藝等），是一個反映材料性能的常數
J/M是單位寬度上吸收的能量;試條一般是直立的,做懸臂梁測試;KJ/M2是單位面積上吸收的能量;試條一般是平放的,做簡支梁測試.不同的測試是沒有互換方法的.如果同一個測試,要用2種單位表達的話,1000（J/m）/（0.01016m）,結果即為以KJ/M2為單位的數值.
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