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采用液氮为冷却剂, 以无水乙醇为冷却介质。液氮和无水乙醇的适当调和达到所要求的试验。温度。测温使用低温酒精温度计。试样在冷却介质中保温15min。本试验分7 个试验温度。室温和零度不取过冷度, - 16 ℃和- 32 ℃取过冷度为2 ℃; - 48 ℃、- 64 ℃、- 80 ℃取过冷度为3 ℃。在JB-30A 型冲击试验机上进行系列冲击试验。每个试验温度用3 个冲击试样, 每次冲击,从低温槽中取出试样到冲断用时均不超过3s。 1.3 试验结果及分析 : Y5 O/ o6 Q) K# H# p. W
从室温开始, 选了7 个试验温度。所测试样的冲击功、冲击韧性值以及与之对应的试验温度、缺口处的截面积值见表。 各试验温度下的冲击功、冲击韧性值对照表 试样编号
K4 j3 O2 C2 j. u# W& R试验温度/ ℃ 7 _9 j% S- I# `- ~7 l
缺口处截面积/ cm2 冲击功/ J
9 i# Z7 b; a( X3 q冲击韧性/ ( J·cm - 2)
- d$ W) j& j4 y4 g: J7 L( r) }17 18 0. 85 72. 81 85. 66 1 0 0. 866 63. 70 73. 56
6 m. H" o4 y3 r/ u3 L- d8 - 16 0. 85 51. 25 60. 29
& w5 q, b0 V" A! |( j21 - 32 0. 85 40. 18 47. 27 # V, m1 ?' d4 E: P, ~) D/ t% t
13 - 48 0. 85 31. 16 36. 66
; P- ~$ q/ m6 P) M! {& Q0 I2 - 64 0. 85 20. 09 23. 52 ' n5 n6 l; s5 ]" R5 i1 m8 P4 \+ o
20
6 M4 E2 R) W, ?( X) M' `6 _, i- 80 4 f+ X9 a7 D, { L" e& @8 Z4 D7 M
0. 84 ; ?1 Z: K9 k( S5 c/ D
16. 66
/ [) J4 j4 E B6 Y19. 83
, O4 v" d" M; |" ~7 [2 l. F! ?从室温开始,随着试验温度的下降, 断口形貌发生变化,表面无金属光泽的纤维状断口面积不断减少, 而位于中心, 齐平的、有金属光泽的结晶状断口面积不断增大。由实验数据可得,钢的冲击韧性随温度降低显著减小。所以钢的脆性增加。用能量法测其韧脆转变温度为 -48 ℃。 3 }8 U: Z9 d* N3 G
在处于韧性状态的材料中,裂纹的扩展必须有外力做功,如果外力停止做功,裂纹也就停止扩展。在处于脆性状态的材料中,裂纹的扩展几乎不需要外力做功,仅在裂纹起裂时,从拉应力场中释放出的弹性能可驱动裂纹极为迅速的扩展。
$ ^/ |' r8 @- U. j6 S4 b
, J/ Y& j0 l2 U, {4 l n# }6 g1 v
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4 c! Q4 {; n: v: a) }7 N
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20钢冲击韧性与实验温度的关系曲线 2.力学性能测试 3 K9 j6 R9 S! ]6 p3 l; K- J+ k3 _8 v
试件用20钢做成标准的拉伸试样,分别在0℃,-20℃,-40,-60℃等温度下分别测其各种力学性能 2.1 屈服强度和极限强度 ' o2 m* J) L7 M( |6 @
钢材的屈服强度 和极限强度随温度的降低而提高,而且屈服强度的增大速度比极限强度 要快, 理论上, 钢材的断裂强度不随温度的变化而变化。 2.2 弹性模量E ' D! V$ J8 E! f |! B3 g o' Q
在一定范围内, 钢材的弹性模量按指数规律单调变化,随着温度的降低, 钢材的弹性模量增大。但是对于常用的结构钢材, 从常温至- 50 ℃的范围内,弹性模量的变化很小, 只有20N/ mm2 左右, 对于实际结构的受力影响很小。 2.3 伸长率和截面收缩率
6 R, R1 S1 ^: E钢材的塑性通过伸长率 和断裂截面收缩率 两个指标反映出来, 这两个指标都可以在单轴拉伸试验中获得。随着温度的降低, 钢材的塑性下降。 除温度外,其他影响低温脆性的因素 1.材料性质
% x9 t; Q* R" q: Z! e p- J2 g为提供钢结构构件较高的工作可靠度,除钢的强度保证外, 还应有较好的其他工作和工艺技术指标, 如焊接性能、抗脆性能和疲劳性能极限塑性和抗裂纹扩展性能等。材质对脆性破坏的影响, 主要体现在钢材本身的塑性和韧性, 而它们又取决于钢的化学组成晶体结构以及冶炼方法。研究表明, 低合金钢的抗冷脆性能比低碳钢高。 |
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