2）高塑性材料：冲击加载可大幅地提高其σs及σb，而其塑性、韧性则变化不大，甚至有所增加；其断裂方式仍保持塑性方式。
由此看来，材料在冲击载荷下的断裂方式与在静载下的断裂形为的关联性很高。
二、缺口冲击试验：
试样：尺寸：10×10×55(mm)；开有2mm深的U形或V形缺口，分别称为梅氏试样或夏氏试样，特脆材料可不开缺口。
冲击试验：原理——能量原则——摆锤冲断试样前后所产生的能量损失AK； AK= G(H1-H2) αK = AK / F F = 8×10mm2
三、冲击韧性：
αK值——常规叫冲击韧性，为一个综合性的力学性能指标，任何能提高材料的强度而不降低塑性、或提高塑性而不降低强度的因素均可以提高材料的αK值。
一般将其作为衡量材料抵抗冲击载荷破坏的能力大小的力学性能指标。 常用于评定材料的韧、脆性程度，是钢材由冶炼厂出厂时必须达到的五个力学性能指标之一（σs、σb、δ、ψK、αK）；并且对结构钢来说其重要性要高于其它四个指标；在设计中是作为保证受冲击构件的安全性的主要指标之一。
它表征了材料在不断裂情况下能够承受的最大冲击能量，综合了强度与塑性两方面的影响，并且对材料的组织缺陷非常敏感，特别适于生产中的质量管理控制。
但现在理论界认为αK值对材料的韧性的描述和意义有很大的缺陷及不准确，但又提不出一个（测试）简便易行的以及理论意义明确的指标及其测试法代替之。故仍只得在生产实践中继续使用αK值，显示了其强大的生命力。
理论界认为：
1、αK值无明确物理意义：
AK有明确物理意义，为冲断试样所消耗的总功（试样断裂所吸收的总能量）。但该能量在试样横载面上的消耗分布是极不均匀的，绝大多数被吸收在缺口附近，故AK/F仅为数学值，无物理意义；
AK所包含也不仅为试样断裂分离时所吸收，还有相当一部分转变成了热能，可这部分热能在工程构件受实际的冲击并致断裂时也会产生，不能完全地想办法将其消除；
且AK值与F也有关系，且无法排除F对其影响，只得仍以AK / F来近似消除。
2、AK相同时材料，其韧性也不一定相同：
示波冲击：载荷—时间（或挠度）曲线：AK则分为三个部分，AⅠ、AⅡ、AⅢ； 其中AⅠ为弹性功，只有AⅡ与AⅢ（尤其是AⅢ）的大小才真正表示了材料的断裂的韧脆状态，故AK值高并不一定AⅡ、AⅢ也高；
后有人提出以AⅢ或AⅡ+AⅢ来表达材料的冲击韧性(记为：Ap)，然而却给不
出其简便的测试方法；且完全地排除弹性变形功AⅠ对材料抗冲击破坏的贡献，也有不合理的地方，且在工程上的应用也不现实。
而αK值的生命力体现在其应用上：
1、长期广泛应用，积累了大量经验数据资料，这些数据资料非常实用且有效； 2、检测简便易行，检测设备价格低廉；
3、对材料内部的组织缺陷，对材料的品质、宏观缺陷、材料显微组织的变化非常敏感；
4、生产实践证明：作为控制和检验冶炼、热加工(锻、轧、焊、热处理)质量的力学性能指标非常有效
四、冲击韧性αK值应用：
（一）评定材料的冶金质量及热加工质量及组织缺陷，冲击韧性αK对其非常敏
感
1、夹杂（渣）、气泡、带状偏析；
2、过热、过烧、氧化、脱碳、网状组织、粗大碳化物、白点、回火脆性、淬火
裂纹、锻造裂纹、压力加工后组织的各向异性；
对组织缺陷：αK最为敏感；塑性指标δ、ψK敏感，强度指标σb、σs较为敏感；而弹性模量E对组织不敏感。
要求：试样尺寸与缺口型式，应使材料处于半脆性状态温度范围内进行，而对一般钢材，梅氏试样可满足该要求（该要求使试验的敏感性提高）。 （二）评定材料在不同温度下的脆性转化趋势：——系列冲击试验 1、低温系列温度冲击试验：——测定和评价材料的冷脆转变
成份、热处理及压力加工工艺完全相同的试样分组分别在不同的温度T℃下进行冲击韧性αK值的测试：测试温度范围由-60℃(或-80℃)—+40℃，测出每组的αK值(平均)，作出其αK—T℃变化关系曲线，称为系列冲击曲线。
并可由曲线得到冷脆转变温度FATT（50%脆断区、结晶区）或 TK 具体有关冷脆转变温度FATT或TK的内容，将在下节中单独讨论。 TK对应着αK值=15英尺.磅(=20.3 N.M)时的温度值。 2、系列回火温度冲击试验：——测定和评价材料的回火脆性
同一材料及压力加工状态的所有试样，在淬火处理后分组分别在一系列的温度T℃下回火，再在常温进行冲击韧性αK值的测试：测出每组的αK值(平均)，作出其αK~回火T℃变化关系曲线，称为回火系列温度冲击曲线；其回火温度范围视具体材料及测评内容要求而定，可争对回火脆性温度范围具体制定。
回火脆性：分低温回火脆、高温回火脆、再结晶回火脆（回火加热温度：A1~A3， 有两相混合组织，各占50%时αK最低）。 （三）确定应变时效的时间敏感性； （四）作为受大能量冲击的构件的材料的设计指标：一般地要求：T℃ = 4.4℃时，
AK?15英尺.磅(20.3 N.m)，如αK（AK）<10时，材料易于脆断。
§3-4低温脆性
一、冷脆转变：
现象：bcc或hcp的金属及其合金，当温度T℃低于某一温度TK时，材料将由韧性状态转变为脆性状态：其αK值明显下降；断口形貌特征由纤维状(微孔聚集撕裂状)转变为结晶状(或解理断口)。该现象称为冷脆转变或低温脆性，TK为冷(韧)脆转变温度。
对一些在可能低温下使用的机件，其用材必须考虑冷脆转变的影响，如船舶、桥梁、压力容器、汽车、航空航天、坦克、工程机械等。
物理本质：——σs和σb与温度T℃的关系曲线：
σs和σb均是T℃的减函数，随着T℃的增加而降低，但σs受T℃ 影响变化更大一些，故二者将会有一个交叉点K：其温度T℃= TK， 当T℃ 而T℃对σs的影响： ①T℃的降低，使位错受“柯氏气团”的影响而更不易开动，导致σs的增加，不能松驰应力而增加的应力的集中，最终促进了材料的脆性断裂倾向； ②T℃的降低，将导致派纳力（位错运动的晶格阻力）的上升，使位错更不易于克服派纳阻力而开动。而fcc金属不出现冷脆是因为其派纳力很低。 二、冷脆转变温度TK： （其评定法） 1、能量准则： V15TT： 对夏氏V型缺口试样：在αK=15英尺.磅＝20.3J(N.M)或2kgf.M时的温度为TK 记为： V15TT 或： αK = 0.4αKMAX 时的温度为TK 2、低、高阶能准则：以低、高阶能所对应的温度定义为TK，分别记为：NDT和FTP；以低、高阶能的平均值所对应的温度定义为TK，记为：FTE； 3、断口形貌准则：对夏氏V型缺口试样，以纤维区与结晶区（或放射区）的相对面积各为50%时所对应的温度定义为TK，记为：50úTT或FATT50 注：50úTT与KIC开始大幅上升所对应的温度T℃有较好的对应关系； 4、落锤试验法：所得到的TK记为：NDT，成为低强钢构件设计标准之一。 Note：1、TK(NDT、50úTT等)也是金属材料的韧性指标之一，并且也是设计的 安全指标之一： 一般设计安全指标为：σ?[σ] = σs / n； 而构件的工作温度T℃? [ T] = TK+ΔT ΔT=40～60℃ 也成为构件的材料设计的安全指标； 2、TK与AC1、AC3、MS等相变温度不同，TK的高低仅表示材料的变脆倾向 的大小，并不表示当T℃ 且由试样测出的TK与实际构件的TK也因截面、尺寸等因素而有所不 同。 §3-5冲击韧性及冷脆转变温度的影响因素 一、材料本质： 1．金属的晶体结构： 金属的晶体结构越复杂，对称性越差，其位错运动的派纳阻力(τP-N)就越高，运动就越困难；而τP-N随T℃的降低而大幅上升，故这类材料的冷脆倾向明显； fcc金属及其合金(Cu、Al、奥氏体不锈钢等)的τP-N很小，即使在很低的温度T℃下也无冷脆现象发生； bcc、hcp金属及其合金，工程中常用的中、低强度的结构钢，均有明显的冷脆现象。 2．强度： 中、低强度钢冷脆转变现象明显； 高强度钢由于其本身强度很高，塑性差，σs与σb已很接近，其位错移动极为困难，常规工作温度T℃下温度对其塑、韧性影响已经不大，或可以认为其本身就是在冷脆状态下使用；即使工作温度T℃上升，其位错运动也仍会较困难，此时因温度T℃下降而引起的位错运动阻力增加的作用已经很不明显了，故高强度钢的冷脆转变现象反而不明显。 3．合金元素及杂质： 置换型固溶元素的加入一般均降低αK值，并使TK上升，且使冷脆转变区温度范围扩大(坡度变缓)，但Ni及少量的Mn例外； 间隙固溶元素均显著降低钢的韧性并强烈地提高其TK； 杂质原子在位错、晶界处偏聚，阻碍位错运动，或形成第二相质点成为裂纹源，且偏聚程度随T℃降低而增加(T℃上升，原子运动能力增加，混乱熵增加)，表现为冷脆；或T℃降低使晶界结合力下降，界面能、表面能降低，易于分离而成为弱面； 磷(P)是影响最大的元素之一：P、S、As、Sn、Sb 4．晶粒尺寸： 细化晶粒使韧性上升，并使TK下降； 细化晶粒：①增加晶界对裂纹扩展的阻碍作用；②使晶界面积大量增加，单位界面积所聚集杂质元素浓度降低；③使位错可运动距离降低，位错塞积数目下降且在各晶粒内开动数量分布均匀，变形量的分布也较均匀；④使软、硬取向的晶粒的分布较均匀，使开动位错均匀分布，变形均匀分布，减少了应力集中； 5．显微组织：影响较杂乱，一般M+B+F+A复相组织具有较好的抗低温脆性性能。 二、外界因素： 1．温度T℃： . ①冷脆现象：T℃↘==>αK↘↘ ②兰脆、再结晶脆性； 2．加载速度V加： 一般地：V加↗，使材料脆性倾向↗，但对TK影响不大； 3．试样尺寸： 试样尺寸↗==>αK↘，且TK↗ 工件缺口半径↘==>αK↘↘和TK↗ αKU >αKV TKV>TKU 尺寸效应：——尺寸的增加，将会使得构件的力学性能下降。 尺寸的增加：①将使得缺陷出现的机率增加；②使应力集中程度增加；③使构件易于出现平面应变状态，使其应力状态变硬(约束作用加大)。 4．取样部位：工程材料大多轧制生产， 垂向取材，αK值最低； 纵向取材，缺口垂直于轧面，αK值其次； 纵向取材，缺口位于轧面上（即缺口平行于轧面），αK值最高。 第四章：金属的断裂韧性 §4-1线弹性条件下断裂韧性KIC 一、传统设计思路与断裂力学： 1．传统设计： 一般传统设计要求：σ工 ? [σ] = σ0.2/n，然而该条件只能保证材料不发生塑性变形及其以后产生的塑性断裂，不能防止脆性断裂尤其是低应力脆断；对构件的脆性断裂及材料的脆性断裂倾向的检测，依传统的设计方法，比较难以解决。 为此，还须对材料的塑性指标δ、ψK、冲击韧性αK、冷脆转变温度TK指标等作一定的要求（根据经验及积累的大量数据资料）。实验证明，该法行之有效。然而据经验，由于对各种服役条件不能完全地定性确认，对于一些构件（尤其是中、小截面的构件）的设计，常提出过高要求，形成浪费（原材料、机械加工均以吨来计算产量，以及能耗、人力运输等）；而一些高强度材料（σb>1000kgl/mm2）及重型、大型截面构件，该法又不完全安全可靠。曾发生①火箭发动机壳体（高强钢），其αK值合格，而水压试验时脆断；②120T氧气项吹转炉主轴(40Cr)发生突然断裂（在使用61次后）的重大事故。 一般地，工作应力远低于σ0.2发生的脆性断裂，叫低应力脆断，常导致重大安全事故。 2．低应力脆断原因：构件或材料内部存在有一定尺寸的宏观裂纹，而该裂纹发生失稳扩展的力学条件则成为该构件或材料的强度设计基础。 即： 断裂力学————断裂强度设计理论：分析和讨论材料对裂纹扩展的抗力与裂纹尺寸、工作应力之间的关系以及裂纹失稳扩展的条件，并在该基础上建立的表征材料抵抗裂纹扩展的能力的力学性能指标，称之为材料的断裂韧性或断裂韧度，这是一个综合的力学性能指标：反应了塑性与强度的综合。 3．裂纹扩展的三种基本方式 裂纹沿裂纹面扩展方式： 张开型(Ⅰ型) 滑(移)推开型(Ⅱ型) 撕开型(Ⅲ型) 引起裂纹扩展的应力： 拉应力 切应力 剪切应力 其中：Ⅰ型扩展方式最为危险，最易引起低应力脆断，材料对该型裂纹扩展的抗力最低，故其它型式或混合型式的裂纹扩展也常按Ⅰ型裂纹处理，会更安全。