航空材料冲击韧度检测的重要性

1.冲击韧度是反映材料缺口敏感性的指标

众所周知，缺口的存在会引起缺口根部的应力集中和应变集中，使缺口处于三向应力状态而使材料的塑性变形受到约束并提高其屈服强度。如果材料的屈服强度等于或接近于断裂抗力，则在缺口根部尚未开始塑性变形时，最大轴向应力就已经达到了断裂抗力，发生早期脆性断裂。通常用缺口拉伸和偏斜拉伸试验来评定材料的缺口敏感性，是为了使材料处于脆性断裂状态。同样，提高加载速率，也会进一步提高材料的屈服强度。在冲击载荷作用下，可使缺口周围区域产生塑性变形，从而使应力集中松弛的时间较短，这样会使材料处于脆性断裂状态。所以从本质上讲，对缺口试样进行偏斜拉伸或者采用冲击加载具有相同的效果。

2.a_K值与断裂韧度K_ⅠC之间无必然联系

尽管许多工作在试图建立a_K值与K_ⅠC之间的关系，但从大量的试验结果看，两者之间并无一致关系。典型的例子是一些高强度钢经过高温淬火处理后，其K_ⅠC值升高但a_K值却降低了，这说明，把冲击韧度作为材料的韧性指标考虑是不正确的。这是因为，试样尺寸不同或缺口半径不同，其冲击韧度也不会相同，因而无法反映材料的固有韧性特点。另一方面，冲击吸收能量K（在HB 5144—1996中称冲击吸收功A_K）实际上包含了裂纹形成能K_i和裂纹扩展能K_p两部分，即使材料的冲击吸收能量K值相同，其K_i和K_p的分量却可能不同，而只有K_p才可能与材料的韧性有关。但是K_p值总是随试样缺口半径的减少而降低的，虽然这是因为冲击试验断口存在着明显的剪切唇区，且剪切唇区的大小随缺口半径不同而变化所致。更重要的是，对于不同强度级别的材料，K_p所占K的比例是截然不同的，如超高强度钢40CrMnSiMoVA钢U型或V型缺口试样，其K_p/K仅为20%～30%，而调质的42CrMo钢其K_p/K高达60%～70%，即超高强度钢的冲击吸收能量中主要部分是裂纹形成能，而中低强度钢中主要部分是裂纹扩展能。对于超高强度钢，其冲击韧度与断裂韧度之间绝不具有必然的联系，两者也不能互相代替。

3.a_K值与疲劳裂纹形成寿命之间的关系(www.xing528.com)

对于低强度材料，过分强调a_K值高意义不大；中低强度材料的冲击吸收能量中主要部分是裂纹扩展能，提高a_K值未必会有效延长其疲劳裂纹形成寿命；但对于高强度和超高强度材料，其缺口敏感性高已上升为限制其强度水平进一步发挥的重要因素。既然超高强度材料的冲击吸收能量主要反映的是裂纹形成能的大小，它与裂纹形成的难易也应该有一定关系。40CrMnSiMoVA钢缺口试样拉-拉疲劳试验结果（见表7-1）表明：a_K值较高的贝氏体组织比a_K值较低的马氏体组织在等应力条件下疲劳寿命长，并且应力水平降低疲劳寿命的延长，由于疲劳裂纹形成寿命占总寿命的比例进一步提高，则a_K值高的贝氏体组织更加显示出其疲劳性能的优越性，这也说明a_K值对缺口试样疲劳裂纹形成寿命的影响更大一些。

表7-1 40CrMnSiMoVA钢缺口试样拉-拉疲劳试验结果