多次沖擊抗力的規(guī)律

為了研究材料在多沖載荷下的力學(xué)行為，人們已設(shè)計了多種形式的試驗機(jī)，進(jìn)行不同加載方式下的試驗研究。其中包括多沖彎曲、多沖拉伸、多沖壓縮和多沖扭轉(zhuǎn)試驗，但研究的還是多沖彎曲和多沖拉伸試驗。這里著重介紹這兩種試驗中得到的若干基本規(guī)律。

1)強(qiáng)度與韌度不同的兩種材料，在其沖擊能量A和沖擊破斷周次N的A-N曲線上存在交點。在交點的上方，即在*的沖擊能量下，多沖抗力決定于材料的韌度；而在交點的下方，即在較低的沖擊能量下，多沖抗力則主要決定于材料的強(qiáng)度。這一結(jié)論由圖5.5-17可清楚看到。三種不同強(qiáng)度、韌度的材料在A-N曲線上均存在交點，并且交點的位置都在破斷周次相當(dāng)?shù)偷?/font>102-103的范圍內(nèi)。當(dāng)N>103次時，強(qiáng)度*高、韌度*低的淬火低溫回火T8鋼具有*高的多沖抗力。

2）淬火回火鋼的多沖破斷周次N隨回火溫度而變化，且在一定溫度回火后會出現(xiàn)峰值，峰值的位置取決于沖擊能量。當(dāng)沖擊能量降低，峰值向低溫回火方向轉(zhuǎn)移，如圖5.5-18所示，它是從50鋼得到的。峰值的轉(zhuǎn)移說明在一定的沖擊能量下對材料要求有一定的強(qiáng)度與塑性、韌度的配合。多沖抗力的峰值轉(zhuǎn)移現(xiàn)象在不同碳含量的鋼中普遍存在。而且在不到104次沖擊破斷的能量范圍內(nèi)，對于碳鋼來說，多沖抗力*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470℃、50鋼為350℃、40鋼為320℃、30鋼為300℃、20鋼為200℃甚至不回火。進(jìn)一步的研究表明。

只有當(dāng)鋼中的碳含量小于0.45%C時，才存在明顯的峰值轉(zhuǎn)移，而在大于0.45%C時，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的峰值轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，在所試沖擊破斷周次能量范圍內(nèi)，均以400℃回火多沖抗力*高。

圖5.5-18   50鋼回火溫度與機(jī)械性能

3）沖擊吸收功Ak對多沖抗力的影響與材料的強(qiáng)度水平有關(guān)。如圖5.5-19所示，在低中強(qiáng)度范圍內(nèi)，在相同強(qiáng)度水平下，材料的沖擊吸收功Ak對多沖抗力影響不大。在高強(qiáng)度范圍（Rm>1275MPa)，加入某些合金元素改善馬氏體的塑性，對材料的多沖抗力的提高產(chǎn)生有利影響。

  由于我國一般機(jī)械中的零部件普遍存在著塑性韌度有余而強(qiáng)度不足的問題，上述材料多沖抗力的研究結(jié)果，為提高這類零部件的使用強(qiáng)度水平，發(fā)揮材料的強(qiáng)度潛力提供了試驗依據(jù)。已經(jīng)在延長這類零部件的壽命，減輕重量等方面發(fā)揮了重要作用。如鉚接風(fēng)槍的鉚釘窩，過去由于追求高的沖擊韌度，將鉚釘窩（高碳鋼制造）整體調(diào)質(zhì)，然后再兩端局部淬火低溫回火。結(jié)果，使用中腰部因沖擊疲勞而折斷，壽命很低。改用整體淬火整體低溫回火后，壽命顯著提高。又如1t、5t、10t模鍛錘錘桿，在不改變原用鋼材條件下，將原采用的淬火高溫回火（調(diào)質(zhì)）工藝改為淬火中溫回火，使表面硬度由原250HB左右提高到40~45HRC，使用壽命提高3.4到20倍以上。鑿巖機(jī)活塞、十字槽螺釘沖頭等高碳鋼淬火低溫回火制造的零件，硬度很高，只要在稍許或基本不降低硬度、強(qiáng)度的情況下，適當(dāng)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(jī)沖頭的動能（沖擊能量A）除一部分為試樣以應(yīng)變能的形式吸收外，尚有部分被沖錘和支座所吸收，以及消耗于撞擊點的塑性變形。故嚴(yán)格地說，沖擊能量A并不代表試樣吸收的沖擊功。即使在相同的沖擊能量下，由于試樣的幾何形狀和剛度不同，其所產(chǎn)生的*大沖擊載荷也是不同的，所以A-N曲線的力學(xué)意義并不清楚。第二，A-N曲線實驗結(jié)果，無法和用應(yīng)力或應(yīng)變表示的疲勞試驗結(jié)果（S-N曲線或e-N曲線）進(jìn)行比較，也無法深入研究兩者的差異。第三，A-N曲線無法確定可供設(shè)計計算使用的多沖抗力指標(biāo)，只能在十分固定的條件下提供相對試驗數(shù)據(jù)，作為材料、工藝變革的對比，這樣就使多沖試驗的使用受到限制。因此，應(yīng)積極開展在多沖載荷下依靠應(yīng)力或應(yīng)變等測試手段進(jìn)行的沖擊疲勞研究工作。

圖5.5-19 三種鋼在不同強(qiáng)度水平下多沖抗力及不同能量與沖擊吸收功的關(guān)系

1-40 鋼；2-40MnB;3-40CrNiMoA