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，進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度。這一結(jié)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，并且交點的位置都在破斷周次相當?shù)偷?/font>102-103的范圍內(nèi)。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。進一步的研究表明。

只有當鋼中的碳含量小于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鋼回火溫度與機械性能

3）沖擊吸收功Ak對多沖抗力的影響與材料的強度水平有關(guān)。如圖5.5-19所示，在低中強度范圍內(nèi)，在相同強度水平下，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。

  由于我國一般機械中的零部件普遍存在著塑性韌度有余而強度不足的問題，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度水平，發(fā)揮材料的強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，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)變等測試手段進行的沖擊疲勞研究工作。

圖5.5-19 三種鋼在不同強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