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§3-1 冲击载荷下金属变形和断裂的特点
1、冲击载荷下，机件、与机件相连物体的刚度 都直接影响冲击过程的时间，从而影响加速度和惯
性力的大小。
2、由于冲击过程持续时间短，测量不准确，难 于按惯性力计算机件内的应力，所以机件在冲击载
荷下所受的应力，通常假定冲击能全部转换为机件
内的弹性能，再按能量守恒法计算。
钢、淬火钢等）
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2、冲击试样开缺口的目的
使缺口附近造成应力集中，保证在缺口处破 断。
缺口的深度和尖锐程度对冲击吸收功影响显 著。缺口越深、越尖锐，Ak值越小，材料表现的 脆性越大。
所以，不同类型和尺寸试样的Ak值不能相互 换算和直接比较。
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三、冲击弯曲试验
1、冲击试验： 国家标准GB/T229－2007《金属材料 冲击试验方法》。
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3、冲击吸收能量K（冲击吸收功AK）并非完 全用于试样变形和破断。
冲击试验时，摆锤所消耗的总功k一部分用
于试样的变形和破断。另一部分消耗于试样的掷
出、机身振动、克服空气阻力以及轴承和测量机
构中的摩擦消耗，在摆锤试验时这部分功是忽略
不计的。当摆锤轴线与缺口中心线不一致时，上
述功耗比较大，所以不同试验机和不同人员操作
冲击载荷下屈服强度抗拉强度提高
5、材料塑性和应变速率之间无单值依存关系。
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6、塑性、韧性随应变率增加而变化的特征与 断裂方式有关。
如果在一定加载条件及温度下：
材料产生正断，则断裂应力变化不大，随应 变率的增加塑性减小；
如果材料产生切断，则断裂应力随着应变率
提高显著增加，塑性的变化不一定，可能不变或提
⑴冲击载荷下位错运动速率大，滑移临界切应 力增大，产生附加强化；使许多位错源同时起作用， 抑制了单晶体中易滑移阶段的产生与发展。
⑵冲击载荷增加了位错密度和滑移系数目，出 现孪晶，减小了位错运动自由行程平均长度，增加 了点缺陷的浓度。
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静载荷作用时：塑性 变形比较均匀的分布在各 个晶粒中；冲击载荷作用 时：塑性变形则比较集中 于某一局部区域，反映了 塑性变形不均匀。
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。试验表明，应变速率在10-4～
10-2s-1内，金属的力学性能没有明显变化，可按静载
荷处理。当应变速率大于10-2s-1时，力学性能将发生
明显变化。
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飞机起落架
➢断裂原因：
材料缺陷 疲劳 冲击载荷
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面均匀分布，而是主要被缺口附近的体积吸收，缺
口附近与缺口远处吸收的能量在数值上相差极大。
其二：吸收能量是体积的而不是面积，所以用
单位面积吸收的能量ak来表示材料冲击条件下的韧 性，其物理意义不够明确。
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2、Ak或K值相同的材料，其韧性不一定相同 因为，试样所吸收的冲击能量包括了三部分， 即弹性变形功、塑性变形功和裂纹扩展功。对不 同的材料，冲击吸收功数值可能相同，但这三部 分各占的比例确不一定相同。而真正能显示材料 韧性好坏的是后两部分，尤其是裂纹扩展功的大 小。（图）
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3、应变率对金属材料的弹性行为及弹性模量 没有影响。
因弹性变形是以声速在介质中传播的，声速 在金属介质中相当大，钢中为4982 m/s，普通摆 锤冲击时绝对变形速率只有5～5.5m/s，冲击弹性 变形总能跟上冲击力的变化。
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4、金属材料在冲击载荷作用下塑性变形难于充 分进行，原因为：
的k值相差10％～30％。
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五、冲击试验的应用
尽管用ak、Ak或K作为一个力学性能指标来表 示冲击韧性存在着各种不足之处，但其值的大小 对材料的组织十分敏感，能敏感地反映出材料品 质、宏观缺陷和显微组织的微小变化。同时，在 生产上的长期应用，已经积累了大量有价值的资 料和数据。常用来检验冶金、热加工质量。现在 还广泛应用在以下几个方面：
高。
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§3-2 冲击弯曲和冲击韧性
一、冲击韧性
是指材料在冲击载荷作用下吸收（弹性变形功）
塑性变形功和断裂功的能力。常用标准试样的冲击
吸收功AK来表示。 二、冲击试样 如图所示
1、冲击弯曲试验试样的种类：
夏比v型缺口冲击试样 缺口试样 夏比u型缺口冲击试样
无缺口冲击试样：适用于脆性材料（球铁、工具
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1、评定原材料的冶金缺陷和热加工后的质量
（如图所示）
检验冶金缺陷：夹渣、气泡、严重分层、偏
析以及夹杂物超级。
检验锻造和热处理缺陷：过热、过烧、回火
脆性、淬火和锻造裂纹等。
夏比摆锤
K＝mg(H1-H2)
对采用u型缺口和v型缺
口的试样，其冲击吸收功分
别 用 Aku 和 Akv 来 表 示 。 试 验 前需对试验机进行校核。
旧 标 准 使 用 ak （ 冲 击 韧
性）作为性能指标。
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四、冲击值的意义和讨论
1、ak值没有明确的物理意义 其一：冲断试样时所消耗的能量并非沿试样截
冲击载荷与静载的主要差异：加载速率不同， 加载速率是指载荷施加于试样或机件的速率，用单 位时间内应力增加的数值表示。
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因加载速率提高，形变速率也随之增加，形变速
率是单位时间的变形量。因此，用形变速率（又分绝
对变形速率和相对变形速率）可以间接地反映加载速
率的变化。相对变形速率又称应变率。
不同机件的应变速率范围大约为10-6～106s-1。静
缺口 冲击载荷 降低温度
使塑性变形得不到充分发展，更 灵敏地反映材料的变脆倾向。 （ 脆断趋势）
钢的冷脆是一种低能量断裂，一般为解理断裂，
有时为准解理断裂或沿晶断裂。冷脆的断裂功极低，
后果是灾难性的。（原因是断裂面间距为原子间距，
力的作用距离只有0.1nm数量级，即使力很大，断
裂所消耗的功W=F.S也相当低）。
第三章 金属在冲击载荷下的 力学性能
江苏科技大学 材料科学与工程学院
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Titanic 号钢板和近代船用钢板的冲击试验结果
Titanic
近代船用钢板
Titanic ——含硫高的钢板，韧性很差，特别是在低温呈脆性。
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第三章 金属在冲击载荷下的力学性能
工程中，有许多机件是快速加载即冲击载荷 及低温条件下工作的，如：汽车在凸凹不平的道路 上行驶；飞机的起飞和降落；材料的压力加工等； 其性能将与常温、静载的不同。