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承受冲击与振动荷载作用的结构需选择韧性材料 2013-10-17

表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。韧性越好，则发生脆性断裂的可能性越小。韧性可在材料科学及冶金学上，韧性是指当承受应力时对折断的抵抗，其定义为材料在破裂前所能吸收的能量与体积的比值。

（1）冲击韧性aK (单位为MJ/m2)

　　冲击韧性是在冲击载荷作用下，抵抗冲击力的作用而不被破坏的能力。

　　通常用冲击韧性指标aK来度量。aK是试件在一次冲击实验时，单位横截面积（m2）上所消耗的冲击功（MJ），其单位为MJ/m2。

　　aK值越大，表示材料的冲击韧性越好。

　　标准冲击试样有两种，一种是常用的梅氏试样（试样缺口为U型）；另一种是夏氏试样（试样缺口为V型）。

　　同一条件下同一材料制作的两种试样，其梅氏试样的aK值显著大于夏氏试样的aK值，所以两种试样的aK值不能互相比较。

　　夏氏试样必须注明aK（夏）。

　　实际工作中承受冲击载荷的机械零件，很少因一次大能量冲击而遭破坏，绝大多数是因小能量多次冲击使损伤积累，导致裂纹产生和扩展的结果。所以需采用小能量多冲击作为衡量这些零件承受冲击抗力的指标。

　　实践证明，在小能量多次冲击下，冲击抗力主要取决于材料的强度和塑性。

　　（2）断裂韧性K1 (单位为J/m)

　　在实际生产中，有的大型传动零件、高压容器、船舶、桥梁等，常在其工作应力远低于 S的情况下，突然发生低应力脆断。

　　通过大量研究认为，这种破坏与制件本身存在裂纹和裂纹扩展有关。

　　实际使用的材料，不可避免地存在一定的冶金和加工缺陷，如气孔、夹杂物、机械缺陷等，它们破坏了材料的连续性，实际上成为材料内部的微裂纹。

　　在服役过程中，裂纹扩展的结果，造成零件在较低应力状态下，即低于材料的屈服强度，而材料本身的塑性和冲击韧性又不低于传统的经验值的情况下，发生低应力脆断。

　　材料中存在的微裂纹，在外加应力的作用下，裂纹尖端处存在有较大的应力集中和应力场。

　　断裂力学分析指出，这一应力场的强弱程度可用应力强度因子K1来描述。

　　随应力的增大，K1也随之增大，当K1增大到一定值时，就可使裂纹前端某一区域内的内应力大到足以使裂纹失去稳定而迅速扩展，发生脆断。

　　这个K1的临界值称为临界应力强度因子或断裂韧性，用K1C表示，单位为J/m。它反映了材料抵抗裂纹扩展和抗脆断的能力。

　　材料的断裂韧性K1C与裂纹的形状、大小无关，也和外加应力无关，只决定于材料本身的特性（成分、热处理条件、加工工艺等），是一个反映材料性能的常数

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