多次冲击抗力的规律

为了研究材料在多冲载荷下的力学行为，人们已设计了多种形式的试验机，进行不同加载方式下的试验研究。其中包括多冲弯曲、多冲拉伸、多冲压缩和多冲扭转试验，但研究的还是多冲弯曲和多冲拉伸试验。这里着重介绍这两种试验中得到的若干基本规律。

1)强度与韧度不同的两种材料，在其冲击能量A和冲击破断周次N的A-N曲线上存在交点。在交点的上方，即在*的冲击能量下，多冲抗力决定于材料的韧度；而在交点的下方，即在较低的冲击能量下，多冲抗力则主要决定于材料的强度。这一结论由图5.5-17可清楚看到。三种不同强度、韧度的材料在A-N曲线上均存在交点，并且交点的位置都在破断周次相当低的102-103的范围内。当N>103次时，强度*高、韧度*低的淬火低温回火T8钢具有*高的多冲抗力。

2）淬火回火钢的多冲破断周次N随回火温度而变化，且在一定温度回火后会出现峰值，峰值的位置取决于冲击能量。当冲击能量降低，峰值向低温回火方向转移，如图5.5-18所示，它是从50钢得到的。峰值的转移说明在一定的冲击能量下对材料要求有一定的强度与塑性、韧度的配合。多冲抗力的峰值转移现象在不同碳含量的钢中普遍存在。而且在不到104次冲击破断的能量范围内，对于碳钢来说，多冲抗力*佳的回火温度随钢中碳含量的降低向低温回火方向移动，如T8钢为470℃、50钢为350℃、40钢为320℃、30钢为300℃、20钢为200℃甚至不回火。进一步的研究表明。

只有当钢中的碳含量小于0.45%C时，才存在明显的峰值转移，而在大于0.45%C时，没有发现明显的峰值转移现象，在所试冲击破断周次能量范围内，均以400℃回火多冲抗力*高。

图5.5-18   50钢回火温度与机械性能

3）冲击吸收功Ak对多冲抗力的影响与材料的强度水平有关。如图5.5-19所示，在低中强度范围内，在相同强度水平下，材料的冲击吸收功Ak对多冲抗力影响不大。在高强度范围（Rm>1275MPa)，加入某些合金元素改善马氏体的塑性，对材料的多冲抗力的提高产生有利影响。

  由于我国一般机械中的零部件普遍存在着塑性韧度有余而强度不足的问题，上述材料多冲抗力的研究结果，为提高这类零部件的使用强度水平，发挥材料的强度潜力提供了试验依据。已经在延长这类零部件的寿命，减轻重量等方面发挥了重要作用。如铆接风枪的铆钉窝，过去由于追求高的冲击韧度，将铆钉窝（高碳钢制造）整体调质，然后再两端局部淬火低温回火。结果，使用中腰部因冲击疲劳而折断，寿命很低。改用整体淬火整体低温回火后，寿命显著提高。又如1t、5t、10t模锻锤锤杆，在不改变原用钢材条件下，将原采用的淬火高温回火（调质）工艺改为淬火中温回火，使表面硬度由原250HB左右提高到40~45HRC，使用寿命提高3.4到20倍以上。凿岩机活塞、十字槽螺钉冲头等高碳钢淬火低温回火制造的零件，硬度很高，只要在稍许或基本不降低硬度、强度的情况下，适当提高塑性和韧度，就可以使使用寿命得到大幅度的改善。

需要指出的是，用A-N曲线表示的试验方法存在不少缺点：第yi，试验机冲头的动能（冲击能量A）除一部分为试样以应变能的形式吸收外，尚有部分被冲锤和支座所吸收，以及消耗于撞击点的塑性变形。故严格地说，冲击能量A并不代表试样吸收的冲击功。即使在相同的冲击能量下，由于试样的几何形状和刚度不同，其所产生的*大冲击载荷也是不同的，所以A-N曲线的力学意义并不清楚。第二，A-N曲线实验结果，无法和用应力或应变表示的疲劳试验结果（S-N曲线或e-N曲线）进行比较，也无法深入研究两者的差异。第三，A-N曲线无法确定可供设计计算使用的多冲抗力指标，只能在十分固定的条件下提供相对试验数据，作为材料、工艺变革的对比，这样就使多冲试验的使用受到限制。因此，应积极开展在多冲载荷下依靠应力或应变等测试手段进行的冲击疲劳研究工作。

图5.5-19 三种钢在不同强度水平下多冲抗力及不同能量与冲击吸收功的关系

1-40 钢；2-40MnB;3-40CrNiMoA