多次衝擊抗力的規律

為(wei) 了研究材料在多衝(chong) 載荷下的力學行為(wei) ，人們(men) 已設計了多種形式的試驗機，進行不同加載方式下的試驗研究。其中包括多衝(chong) 彎曲、多衝(chong) 拉伸、多衝(chong) 壓縮和多衝(chong) 扭轉試驗，但研究的還是多衝(chong) 彎曲和多衝(chong) 拉伸試驗。這裏著重介紹這兩(liang) 種試驗中得到的若幹基本規律。

1)強度與(yu) 韌度不同的兩(liang) 種材料，在其衝(chong) 擊能量A和衝(chong) 擊破斷周次N的A-N曲線上存在交點。在交點的上方，即在*的衝(chong) 擊能量下，多衝(chong) 抗力決(jue) 定於(yu) 材料的韌度；而在交點的下方，即在較低的衝(chong) 擊能量下，多衝(chong) 抗力則主要決(jue) 定於(yu) 材料的強度。這一結論由圖5.5-17可清楚看到。三種不同強度、韌度的材料在A-N曲線上均存在交點，並且交點的位置都在破斷周次相當低的10²-10³的範圍內(nei) 。當N>10³次時，強度*高、韌度*低的淬火低溫回火T8鋼具有*高的多衝(chong) 抗力。

2）淬火回火鋼的多衝(chong) 破斷周次N隨回火溫度而變化，且在一定溫度回火後會(hui) 出現峰值，峰值的位置取決(jue) 於(yu) 衝(chong) 擊能量。當衝(chong) 擊能量降低，峰值向低溫回火方向轉移，如圖5.5-18所示，它是從(cong) 50鋼得到的。峰值的轉移說明在一定的衝(chong) 擊能量下對材料要求有一定的強度與(yu) 塑性、韌度的配合。多衝(chong) 抗力的峰值轉移現象在不同碳含量的鋼中普遍存在。而且在不到104次衝(chong) 擊破斷的能量範圍內(nei) ，對於(yu) 碳鋼來說，多衝(chong) 抗力*佳的回火溫度隨鋼中碳含量的降低向低溫回火方向移動，如T8鋼為(wei) 470℃、50鋼為(wei) 350℃、40鋼為(wei) 320℃、30鋼為(wei) 300℃、20鋼為(wei) 200℃甚至不回火。進一步的研究表明。

隻有當鋼中的碳含量小於(yu) 0.45%C時，才存在明顯的峰值轉移，而在大於(yu) 0.45%C時，沒有發現明顯的峰值轉移現象，在所試衝(chong) 擊破斷周次能量範圍內(nei) ，均以400℃回火多衝(chong) 抗力*高。

圖5.5-18   50鋼回火溫度與(yu) 機械

3）衝(chong) 擊吸收功A_k對多衝(chong) 抗力的影響與(yu) 材料的強度水平有關(guan) 。如圖5.5-19所示，在低中強度範圍內(nei) ，在相同強度水平下，材料的衝(chong) 擊吸收功A_k對多衝(chong) 抗力影響不大。在高強度範圍（R_m>1275MPa)，加入某些合金元素改善馬氏體(ti) 的塑性，對材料的多衝(chong) 抗力的提高產(chan) 生有利影響。

  由於(yu) 我國一般機械中的零部件普遍存在著塑性韌度有餘(yu) 而強度不足的問題，上述材料多衝(chong) 抗力的研究結果，為(wei) 提高這類零部件的使用強度水平，發揮材料的強度潛力提供了試驗依據。已經在延長這類零部件的壽命，減輕重量等方麵發揮了重要作用。如鉚接風槍的鉚釘窩，過去由於(yu) 追求高的衝(chong) 擊韌度，將鉚釘窩（高碳鋼製造）整體(ti) 調質，然後再兩(liang) 端局部淬火低溫回火。結果，使用中腰部因衝(chong) 擊疲勞而折斷，壽命很低。改用整體(ti) 淬火整體(ti) 低溫回火後，壽命顯著提高。又如1t、5t、10t模鍛錘錘杆，在不改變原用鋼材條件下，將原采用的淬火高溫回火（調質）工藝改為(wei) 淬火中溫回火，使表麵硬度由原250HB左右提高到40~45HRC，使用壽命提高3.4到20倍以上。鑿岩機活塞、十字槽螺釘衝(chong) 頭等高碳鋼淬火低溫回火製造的零件，硬度很高，隻要在稍許或基本不降低硬度、強度的情況下，適當提高塑性和韌度，就可以使使用壽命得到大幅度的改善。

需要指出的是，用A-N曲線表示的試驗方法存在不少缺點：第yi，試驗機衝(chong) 頭的動能（衝(chong) 擊能量A）除一部分為(wei) 試樣以應變能的形式吸收外，尚有部分被衝(chong) 錘和支座所吸收，以及消耗於(yu) 撞擊點的塑性變形。故嚴(yan) 格地說，衝(chong) 擊能量A並不代表試樣吸收的衝(chong) 擊功。即使在相同的衝(chong) 擊能量下，由於(yu) 試樣的幾何形狀和剛度不同，其所產(chan) 生的*大衝(chong) 擊載荷也是不同的，所以A-N曲線的力學意義(yi) 並不清楚。第二，A-N曲線實驗結果，無法和用應力或應變表示的疲勞試驗結果（S-N曲線或e-N曲線）進行比較，也無法深入研究兩(liang) 者的差異。第三，A-N曲線無法確定可供設計計算使用的多衝(chong) 抗力指標，隻能在十分固定的條件下提供相對試驗數據，作為(wei) 材料、工藝變革的對比，這樣就使多衝(chong) 試驗的使用受到限製。因此，應積極開展在多衝(chong) 載荷下依靠應力或應變等測試手段進行的衝(chong) 擊疲勞研究工作。

圖5.5-19 三種鋼在不同強度水平下多衝(chong) 抗力及不同能量與(yu) 衝(chong) 擊吸收功的關(guan) 係

1-40 鋼；2-40MnB;3-40CrNiMoA