1、1 第三章第三章 材料在冲击载荷下的力学性能材料在冲击载荷下的力学性能 前面我们讲述的是材料在常温、静载下的力学前面我们讲述的是材料在常温、静载下的力学性能。工程中，还有许多机件是快速加载即冲击载性能。工程中，还有许多机件是快速加载即冲击载荷及低温条件下工作的，如：汽车在凸凹不平的道荷及低温条件下工作的，如：汽车在凸凹不平的道路上行驶；飞机的起飞和降落；材料的压力加工等；路上行驶；飞机的起飞和降落；材料的压力加工等；其性能将与常温、静载的不同。其性能将与常温、静载的不同。 冲击载荷与静载的主要差异冲击载荷与静载的主要差异：加载速率不同加载速率不同，是指载荷施加于试样或机件的速率，用单是指载荷施
2、加于试样或机件的速率，用单位时间内应力增加的数值表示位时间内应力增加的数值表示。 2 因加载速率提高，形变速率也随之增加，形变速因加载速率提高，形变速率也随之增加，形变速率是单位时间的变形量。因此，用率是单位时间的变形量。因此，用形变速率形变速率（又分绝（又分绝对变形速率和相对变形速率）对变形速率和相对变形速率）可以间接地反映加载速可以间接地反映加载速率的变化率的变化。相对变形速率又称应变率相对变形速率又称应变率。 不同机件的应变速率范围大约为不同机件的应变速率范围大约为10-6106s-1。静。静拉伸试验的应变速率为拉伸试验的应变速率为10-510-2s-1，冲击试验的应，冲击试验的应变速率
3、为变速率为102104s-1。试验表明，应变速率在。试验表明，应变速率在10-410-2s-1内，金属的力学性能没有明显变化，可按静载内，金属的力学性能没有明显变化，可按静载荷处理。荷处理。当应变速率大于当应变速率大于1010-2-2s s-1-1时，力学性能将发生时，力学性能将发生明显变化明显变化。 3 缺口缺口 冲击载荷冲击载荷 降低温度降低温度 钢的冷脆是一种低能量断裂，一般为解理断裂，钢的冷脆是一种低能量断裂，一般为解理断裂，有时为准解理断裂或沿晶断裂。有时为准解理断裂或沿晶断裂。冷脆的断裂功极低，冷脆的断裂功极低，后果是灾难性的后果是灾难性的。（原因是断裂面间距为原子间距，。（原因是
4、断裂面间距为原子间距，力的作用距离只有力的作用距离只有0.1nm数量级，即使力很大，断数量级，即使力很大，断裂所消耗的功裂所消耗的功W=F.S也相当低）。也相当低）。 使塑性变形得不到充分发展，更使塑性变形得不到充分发展，更灵敏地反映材料的灵敏地反映材料的变脆倾向变脆倾向。 （脆断趋势）（脆断趋势）43-1 3-1 冲击载荷下金属变形和断裂的特点冲击载荷下金属变形和断裂的特点 冲击载荷下，整个承载系统承受冲击能，所以冲击载荷下，整个承载系统承受冲击能，所以机件、与机件相连物体的机件、与机件相连物体的刚度刚度都直接影响冲击过程都直接影响冲击过程的时间，从而影响加速度和惯性力的大小的时间，从而影响
5、加速度和惯性力的大小。 由于由于冲击过程持续时间短，测量不准确，难于冲击过程持续时间短，测量不准确，难于按惯性力计算机件内的应力按惯性力计算机件内的应力，所以机件在冲击载荷，所以机件在冲击载荷下所受的应力，通常下所受的应力，通常假定冲击能全部转换为机件内假定冲击能全部转换为机件内的弹性能的弹性能，再按能量守恒法计算。，再按能量守恒法计算。5 1、应变率对金属材料的弹性行为及弹性模量应变率对金属材料的弹性行为及弹性模量没有影响没有影响。 因弹性变形是以声速在介质中传播的，声速因弹性变形是以声速在介质中传播的，声速在金属介质中相当大，钢中为在金属介质中相当大，钢中为4982 m/s，普通摆，普通摆
6、锤冲击时绝对变形速率只有锤冲击时绝对变形速率只有55.5m/s，冲击弹性，冲击弹性变形总能跟上冲击力的变化。变形总能跟上冲击力的变化。6 2、金属材料在冲击载荷作用下塑性变形难于充金属材料在冲击载荷作用下塑性变形难于充分进行分进行，原因为，原因为： 冲击载荷下冲击载荷下应力水平比较高应力水平比较高，滑移临界切应，滑移临界切应力增大，力增大，产生附加强化产生附加强化；使许多位错源同时起作用，；使许多位错源同时起作用，抑制了单晶体中易滑移阶段的产生与发展抑制了单晶体中易滑移阶段的产生与发展。 冲击载荷冲击载荷增加了位错密度和滑移系数目增加了位错密度和滑移系数目，出，出现孪晶，减小了位错运动自由行程
7、平均长度，增加现孪晶，减小了位错运动自由行程平均长度，增加了点缺陷的浓度。了点缺陷的浓度。7 静载荷作用时静载荷作用时：塑性变形比较均匀的分布在各个：塑性变形比较均匀的分布在各个晶粒中；晶粒中； 冲击载荷作用时冲击载荷作用时：塑性变形则比较集中于某一局：塑性变形则比较集中于某一局部区域，反映了塑性变形不均匀。部区域，反映了塑性变形不均匀。 这种不均匀限制了塑性变形的发展，导致了这种不均匀限制了塑性变形的发展，导致了屈服屈服强度、抗拉强度的提高，强度、抗拉强度的提高，且屈服强度提高的较为明显，且屈服强度提高的较为明显，抗拉强度提高的较少。抗拉强度提高的较少。如图所示如图所示。 3、材料塑性和应变
8、速率之间无单值依存关系材料塑性和应变速率之间无单值依存关系。8 4 4、随应变率增加，塑性、韧性与断裂方式有、随应变率增加，塑性、韧性与断裂方式有关。关。 如果在一定加载条件及温度下：如果在一定加载条件及温度下： 材料产生正断材料产生正断，则断裂应力变化不大，随应，则断裂应力变化不大，随应变率的增加塑性减小；变率的增加塑性减小； 如果如果材料产生切断材料产生切断，则断裂应力随着应变率，则断裂应力随着应变率提高显著增加，塑性的变化不一定，可能不变或提提高显著增加，塑性的变化不一定，可能不变或提高。高。93-2 3-2 冲击弯曲和冲击韧性冲击弯曲和冲击韧性 一、冲击韧性一、冲击韧性 是指材料在冲击
9、载荷作用下吸收（弹性变形功）是指材料在冲击载荷作用下吸收（弹性变形功）塑性变形功和断裂功的能力塑性变形功和断裂功的能力。常用标准试样的。常用标准试样的冲击冲击吸收功吸收功A AK K来表示。来表示。 二、冲击试样二、冲击试样 如图所示如图所示 1、冲击弯曲试验试样的种类：、冲击弯曲试验试样的种类： 夏比夏比v型缺口冲击试样（我国以前称夏氏试样）型缺口冲击试样（我国以前称夏氏试样） 夏比夏比u型缺口冲击试样（我国以前称梅氏试样）型缺口冲击试样（我国以前称梅氏试样） 无缺口冲击试样无缺口冲击试样：适用于脆性材料（球铁、工具：适用于脆性材料（球铁、工具钢、淬火钢等）钢、淬火钢等） 缺口试样缺口试样1
10、0 2、冲击试样、冲击试样开缺口的目的开缺口的目的 使缺口附近造成应力集中，保证在缺口处破使缺口附近造成应力集中，保证在缺口处破断。断。 缺口的深度和尖锐程度对冲击吸收功影响显缺口的深度和尖锐程度对冲击吸收功影响显著。缺口越深、越尖锐，著。缺口越深、越尖锐，Ak值越小，材料表现的值越小，材料表现的脆性越大。脆性越大。 所以，不同类型和尺寸试样的所以，不同类型和尺寸试样的Ak值不能相互值不能相互换算和直接比较。换算和直接比较。 11 三、冲击弯曲试验原理三、冲击弯曲试验原理 1、冲击试验的分类：按其服役工况有：、冲击试验的分类：按其服役工况有：图图 简支梁下的冲击弯曲试验（夏比冲击试验）简支梁下
11、的冲击弯曲试验（夏比冲击试验） 悬臂梁下的冲击弯曲试验（艾氏冲击试验）悬臂梁下的冲击弯曲试验（艾氏冲击试验） GB/T41581984 冲击拉伸试验冲击拉伸试验 冲击扭转试验冲击扭转试验 按试验温度可分为高温、低温和常温冲击试验，按试验温度可分为高温、低温和常温冲击试验，按试样的缺口类型可分为按试样的缺口类型可分为V型和型和U型两种冲击试验。现型两种冲击试验。现行国家标准行国家标准GB/T2292007金属材料金属材料 夏比摆锤冲夏比摆锤冲击试验方法击试验方法将以上所涉及的试验方法统一合并在一将以上所涉及的试验方法统一合并在一个标准内，更加便于执行。个标准内，更加便于执行。 2 2、冲击弯曲试
12、验、冲击弯曲试验： GB/T229-2007金属材料金属材料 夏比摆锤冲击试验方夏比摆锤冲击试验方法法规定，规定，如图所示如图所示。冲击吸收能量。冲击吸收能量K（1994年标准年标准为冲击吸收功为冲击吸收功Ak）：）：KGH1-GH2=G(H1-H2)mg(H1-H2) 对采用对采用u型缺口和型缺口和v型缺口的试样，其冲击吸收功型缺口的试样，其冲击吸收功分别用分别用Aku和和Akv来表示。试验前需对来表示。试验前需对试验机试验机进行校核。进行校核。 旧标准使用旧标准使用ak（冲击韧性）作为性能指标。（冲击韧性）作为性能指标。 (J/cm2)NkkFAa 13 新标准新标准冲击吸收能量冲击吸收能
13、量K K的表示方法的表示方法： 为了表示不同类型冲击试样的试验结果，两为了表示不同类型冲击试样的试验结果，两种类型试样在两种摆锤刀刃下的吸收能量用如下种类型试样在两种摆锤刀刃下的吸收能量用如下符号表示，以示区别：符号表示，以示区别： V型缺口试样在型缺口试样在2mm摆锤刀刃下的冲击吸收摆锤刀刃下的冲击吸收能量，表示为能量，表示为KV2； V型缺口试样在型缺口试样在8mm摆锤刀刃下的冲击吸收摆锤刀刃下的冲击吸收能量，表示为能量，表示为KV8； U型缺口试样在型缺口试样在2mm摆锤刀刃下的冲击吸收摆锤刀刃下的冲击吸收能量，表示为能量，表示为K U2； U型缺口试样在型缺口试样在8mm摆锤刀刃下的冲
14、击吸收摆锤刀刃下的冲击吸收能量，表示为能量，表示为K U8。14 四、冲击值的意义和讨论四、冲击值的意义和讨论 1、a ak k值没有明确的物理意义值没有明确的物理意义 其一：冲断试样时其一：冲断试样时所消耗的能量并非沿试样截所消耗的能量并非沿试样截面均匀分布面均匀分布，而是主要被缺口附近的体积吸收，缺，而是主要被缺口附近的体积吸收，缺口附近与缺口远处吸收的能量在数值上相差极大。口附近与缺口远处吸收的能量在数值上相差极大。 其二：其二：吸收能量是体积的而不是面积吸收能量是体积的而不是面积，所以用，所以用单位面积吸收的能量单位面积吸收的能量ak来表示材料冲击条件下的韧来表示材料冲击条件下的韧性，
15、其物理意义不够明确。性，其物理意义不够明确。 15 2、A Ak k或或K K值相同的材料，其韧性不一定相同值相同的材料，其韧性不一定相同 因为，试样所吸收的冲击能量包括了三部分，因为，试样所吸收的冲击能量包括了三部分，即弹性变形功、塑性变形功和裂纹扩展功。对不即弹性变形功、塑性变形功和裂纹扩展功。对不同的材料，冲击吸收功数值可能相同，但这三部同的材料，冲击吸收功数值可能相同，但这三部分各占的比例确不一定相同。而真正能显示材料分各占的比例确不一定相同。而真正能显示材料韧性好坏的是后两部分，尤其是裂纹扩展功的大韧性好坏的是后两部分，尤其是裂纹扩展功的大小。小。16 3 3、冲击吸收能量冲击吸收能
16、量K K（冲击吸收功（冲击吸收功A AK K）并非完）并非完全用于试样变形和破断。全用于试样变形和破断。 冲击试验时，摆锤所消耗的总功冲击试验时，摆锤所消耗的总功k一部分一部分用用于试样的变形和破断。于试样的变形和破断。另一部分另一部分消耗于试样的掷消耗于试样的掷出、机身振动、克服空气阻力以及轴承和测量机出、机身振动、克服空气阻力以及轴承和测量机构中的摩擦消耗，在摆锤试验时这部分功是忽略构中的摩擦消耗，在摆锤试验时这部分功是忽略不计的。不计的。当摆锤轴线与缺口中心线不一致时当摆锤轴线与缺口中心线不一致时，上，上述功耗比较大，所以不同试验机和不同人员操作述功耗比较大，所以不同试验机和不同人员操作
17、的的k值相差值相差1030。 17 五、冲击试验的应用五、冲击试验的应用 尽管用尽管用ak、Ak或或K作为一个力学性能指标来表作为一个力学性能指标来表示冲击韧性存在着各种不足之处，但其值的大小示冲击韧性存在着各种不足之处，但其值的大小对材料的组织十分敏感，能敏感地反映出材料品对材料的组织十分敏感，能敏感地反映出材料品质、宏观缺陷和显微组织的微小变化。同时，在质、宏观缺陷和显微组织的微小变化。同时，在生产上的长期应用，已经积累了大量有价值的资生产上的长期应用，已经积累了大量有价值的资料和数据。常用来检验冶金、热加工质量。现在料和数据。常用来检验冶金、热加工质量。现在还广泛应用在以下几个方面：还广
18、泛应用在以下几个方面： 18 1、评定原材料的冶金缺陷和热加工后的质量评定原材料的冶金缺陷和热加工后的质量（如图所示如图所示） 检验冶金缺陷检验冶金缺陷：夹渣、气泡、严重分层、偏：夹渣、气泡、严重分层、偏析以及夹杂物超级。析以及夹杂物超级。 检验锻造和热处理缺陷检验锻造和热处理缺陷：过热、过烧、回火：过热、过烧、回火脆性、淬火和锻造裂纹等。脆性、淬火和锻造裂纹等。 2、根据系列冲击试验，可、根据系列冲击试验，可测得测得k与温度的关与温度的关系曲线系曲线，测定材料的韧脆转变温度、蓝脆、重结，测定材料的韧脆转变温度、蓝脆、重结晶脆性。晶脆性。 19 3、作为材料承受大能量冲击破坏时的抗力作为材料承
19、受大能量冲击破坏时的抗力指标指标。 如对装甲板之类的结构件，冲击功就是一个如对装甲板之类的结构件，冲击功就是一个重要抗力指标。但对承受小能量多次冲击（成千重要抗力指标。但对承受小能量多次冲击（成千上万次）的结构件，用冲击功作为抗力指标并不上万次）的结构件，用冲击功作为抗力指标并不合适。合适。203-3 3-3 低温脆性低温脆性 一、低温脆性现象一、低温脆性现象 1、定义定义：体心立方金属及合金或某些密排六方：体心立方金属及合金或某些密排六方金属及其合金，随试验温度的下降而降低，金属及其合金，随试验温度的下降而降低，在试验在试验温度低于某一温度时，会由韧性状态变为脆性状态，温度低于某一温度时，会
20、由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型断裂冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型断裂变为穿晶断裂，断口特征由纤维状转变为结晶状。变为穿晶断裂，断口特征由纤维状转变为结晶状。这种现象称为低温脆性这种现象称为低温脆性，又称为，又称为冷脆冷脆。这种转变称。这种转变称为为韧脆转变韧脆转变。 转变温度称为转变温度称为韧脆转变温度韧脆转变温度，又称为冷脆转变，又称为冷脆转变温度。温度。 面心立方金属及其合金一般没有低温脆性现象。面心立方金属及其合金一般没有低温脆性现象。21 2 2、原因、原因 低于某一温度（韧脆转变温度低于某一温度（韧脆转变温度tk）时，塑）时，塑性断裂强度高
21、于正断强度（性断裂强度高于正断强度（如图所示如图所示）。塑性）。塑性断裂强度在塑性变形过程中随形变强化和应力断裂强度在塑性变形过程中随形变强化和应力状态的变化而变化。状态的变化而变化。 体心立方金属的低温脆性还可能与迟屈服体心立方金属的低温脆性还可能与迟屈服有关有关。 22 二、韧脆转变温度二、韧脆转变温度 目前，常用根据能量、塑性变形或断口形貌目前，常用根据能量、塑性变形或断口形貌随温度的变化来定义韧脆转变温度随温度的变化来定义韧脆转变温度tk。 1、能量准则法能量准则法： 冲击功随温度的变化而变化，变化趋势冲击功随温度的变化而变化，变化趋势如图如图所示所示。能量法定义。能量法定义tk的方法
22、有以下三种：的方法有以下三种： 以低阶能以低阶能开始上升的温度开始上升的温度定义为定义为tk，记为，记为NDT（Nil Ductility Temperature）称为）称为无塑性或无塑性或零塑性转变温度零塑性转变温度。23 以以高阶能对应的温度高阶能对应的温度定义为定义为tk，记为，记为FTP(Fracture Transition Plastic)，较为保守的，较为保守的方法。方法。 以低阶能和高阶能以低阶能和高阶能平均值平均值对应的温度定义对应的温度定义为为tk，记为，记为FTE(Fracture Transition Elastic)。 新标准规定新标准规定：冲击吸收能量达到某一特定值
23、冲击吸收能量达到某一特定值时，例如时，例如KV827J；冲击吸收能量达到上平台某冲击吸收能量达到上平台某一百分数，例如一百分数，例如50；剪切断面率达到某一百分剪切断面率达到某一百分数，例如数，例如50；侧膨胀值达到某一个量。例如侧膨胀值达到某一个量。例如0.9mm。24 2 2、断口形貌法断口形貌法 冲击断口形态冲击断口形态如图所示如图所示。分成为纤维区、放射。分成为纤维区、放射区、剪切唇三个区。形成过程区、剪切唇三个区。形成过程 通常取结晶区面积占总面积的通常取结晶区面积占总面积的50的温度作为的温度作为tk，并记作，并记作FATT50 ，如图所示如图所示，通用，通用v型试样。型试样。 需
24、要说明的是需要说明的是：tk属于韧性指标，也是安全性指属于韧性指标，也是安全性指标。但不能直接用于机件的设计计算；因定义标。但不能直接用于机件的设计计算；因定义tk的方的方法不同，同一种材料的也不同，同一种材料使用同法不同，同一种材料的也不同，同一种材料使用同一种方法时，可能因为外界因素（试样尺寸、缺口一种方法时，可能因为外界因素（试样尺寸、缺口尖锐程度和加载速率等）的改变也要发生变化。尖锐程度和加载速率等）的改变也要发生变化。25 三、落锤试验和断裂分析图三、落锤试验和断裂分析图 是一种动态试验法，见是一种动态试验法，见GB/T6803-1986铁素体钢的无塑性转变温度落锤试验方法铁素体钢的
25、无塑性转变温度落锤试验方法。（如图所示如图所示） 测定的无塑性转变温度用测定的无塑性转变温度用NDT表示。表示。263-3 3-3 影响冲击韧性和韧脆转变温度的因素影响冲击韧性和韧脆转变温度的因素 一、材料方面的因素（内因）一、材料方面的因素（内因） 1 1、晶体结构和强度等级晶体结构和强度等级 体心立方、密排六方金属及其合金脆断倾向体心立方、密排六方金属及其合金脆断倾向明显，密排六方金属不明显（原因在于派纳力的明显，密排六方金属不明显（原因在于派纳力的高低）。中低强度钢一般属于体心立方金属，脆高低）。中低强度钢一般属于体心立方金属，脆断倾向明显。高强度钢断倾向明显。高强度钢tk不明显。不明显
26、。27 2 2、化学成分的影响化学成分的影响 间隙溶质元素含量增加，高阶能下降，韧脆间隙溶质元素含量增加，高阶能下降，韧脆转变温度转变温度tk提高。提高。 置换型溶质元素对韧性影响不明显。置换型溶质元素对韧性影响不明显。 杂质元素杂质元素S、P、As、Sn、Sb等，使钢的韧等，使钢的韧性下降。性下降。 3 3、晶粒尺寸的影响晶粒尺寸的影响 细化晶粒可提高韧性，降低细化晶粒可提高韧性，降低tk 。28 4 4、金相组织的影响金相组织的影响 在较低强度水平时在较低强度水平时，强度相等而组织不同的，强度相等而组织不同的钢，以钢，以S回回最好，最好，B回回火组织次之，片状珠光体组织火组织次之，片状珠光
27、体组织最差。最差。 较高强度水平时较高强度水平时，以，以B下下优于同等强度的淬优于同等强度的淬火回火组织。火回火组织。 在相同强度水平下在相同强度水平下，B上上的韧脆转变温度高的韧脆转变温度高于于B下下。低碳钢低温。低碳钢低温B上上的韧性高于的韧性高于M回回。这是由于。这是由于低温形成的低温形成的B上上中渗碳体沿奥氏体晶界析出受到抑中渗碳体沿奥氏体晶界析出受到抑制，减少了晶界裂纹所致。制，减少了晶界裂纹所致。29 在低合金钢中，经不完全等温处理获得在低合金钢中，经不完全等温处理获得B和和M混合组织，其韧性比单一混合组织，其韧性比单一M或或B要好要好。这是由。这是由于于B先于先于M形成，事先将奥
28、氏体分成几部分，随形成，事先将奥氏体分成几部分，随后形成的后形成的M限制在较小范围内，获得组织单元极限制在较小范围内，获得组织单元极为细小的混合组织。裂纹在此种组织内扩展要多为细小的混合组织。裂纹在此种组织内扩展要多次改变方向，消耗的能量大，故钢的韧性较高。次改变方向，消耗的能量大，故钢的韧性较高。 在某些马氏体钢中存在奥氏体在某些马氏体钢中存在奥氏体，可改善钢，可改善钢的韧性，抑制解理断裂。的韧性，抑制解理断裂。30 二、外部因素的影响二、外部因素的影响 促使材料脆化的因素为温度、形变速度、试促使材料脆化的因素为温度、形变速度、试样尺寸、应力状态等。样尺寸、应力状态等。 1 1、形变速度的影
29、响形变速度的影响 提高变形速度有类似降温的作用。但是在常提高变形速度有类似降温的作用。但是在常用的冲击速度范围内（用的冲击速度范围内（46m/s），改变变形速），改变变形速度对韧脆转变温度影响不大。度对韧脆转变温度影响不大。31 2 2、试样尺寸及取样部位的影响试样尺寸及取样部位的影响 试样尺寸增加，韧性下降，断口中纤维区比试样尺寸增加，韧性下降，断口中纤维区比例减少，韧脆转变温度提高。原因是：尺寸越大，例减少，韧脆转变温度提高。原因是：尺寸越大，出现缺陷的几率增加、缺口前沿三向拉应力状态出现缺陷的几率增加、缺口前沿三向拉应力状态加剧、平面应变断口比例增加，使脆断抗力下降。加剧、平面应变断口比
30、例增加，使脆断抗力下降。 取样部位不同，其韧性值也不同。取样部位不同，其韧性值也不同。 3 3、应力状态及缺口形式的影响应力状态及缺口形式的影响 应力状态越硬，缺口越尖锐，韧性越低，韧应力状态越硬，缺口越尖锐，韧性越低，韧脆转变温度越高。脆转变温度越高。32知识扩充知识扩充 泰坦尼克号（泰坦尼克号（TitanicTitanic）中的力学知识）中的力学知识 1912年当年最为豪华、号称永不沉没的泰坦尼克号年当年最为豪华、号称永不沉没的泰坦尼克号（Titanic）首航沉没于冰海，成了）首航沉没于冰海，成了20世纪令人难以忘怀的悲世纪令人难以忘怀的悲惨海难。多年来，出版了不少回忆录、小说，演出了不少
31、戏剧、惨海难。多年来，出版了不少回忆录、小说，演出了不少戏剧、电影。电影。1985年以后，探险家们数次深潜到年以后，探险家们数次深潜到12,612英尺深的海底英尺深的海底研究沉船，起出遗物。研究沉船，起出遗物。1995年年2月美国月美国科学大众科学大众（Popular Science）杂志发表了）杂志发表了R Gannon 的文章，标题是的文章，标题是What Really Sank The Titanic,付标题是付标题是“为什么为什么不会不会沉没的沉没的船在撞上一个冰山后船在撞上一个冰山后3 3小时就沉没了？小时就沉没了？一项新的科学一项新的科学研究回答了研究回答了80年未解之谜年未解之谜
32、“。作者出示了下图两个冲击试验结。作者出示了下图两个冲击试验结果。左面的试样取自海底的果。左面的试样取自海底的Titanic号，右面的是近代船用钢板号，右面的是近代船用钢板的冲击试样。由于的冲击试样。由于早年的早年的Titanic Titanic 号采用了含硫高的钢板，韧号采用了含硫高的钢板，韧性很差，特别是在低温呈脆性。性很差，特别是在低温呈脆性。所以，冲击试样是典型的脆性所以，冲击试样是典型的脆性断口。近代船用钢板的冲击试样则具有相当好的韧性。断口。近代船用钢板的冲击试样则具有相当好的韧性。 33 图图 Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果号钢板（左图）和近代
33、船用钢板（右图）的冲击试验结果 34 下图是建造中的下图是建造中的Titanic 号。号。Gannon 的文章的文章指出，在指出，在水线上下都由水线上下都由10 10 张张30 30 英尺长的英尺长的高含硫高含硫量脆性钢板量脆性钢板焊接成焊接成300英尺的船体。船体上可见英尺的船体。船体上可见长长的焊缝。长长的焊缝。船在冰水中撞击冰山而裂开时，脆船在冰水中撞击冰山而裂开时，脆性的焊缝无异于一条性的焊缝无异于一条300300英尺长的大拉链英尺长的大拉链，使船体，使船体产生很长的裂纹，海水大量涌入使船迅速沉没。产生很长的裂纹，海水大量涌入使船迅速沉没。这是钢材韧性与人身安全的一个突出例证。这是钢材
34、韧性与人身安全的一个突出例证。35图图 建造中的建造中的Titanic 号，可以看到船身上长长的焊缝。号，可以看到船身上长长的焊缝。 3637383940414243JB-S300数显冲击试验机数显冲击试验机v主要技术参数及指标：主要技术参数及指标：v1 摆锤预扬角：摆锤预扬角：150v2 摆轴中心至打击中心的距离：摆轴中心至打击中心的距离：750mm、800mmv3 冲击速度：冲击速度：5.2m/s、5.4m/sv4 最大冲击能量：最大冲击能量：300J/500J、500J/250Jv5 试样支座跨距：试样支座跨距：40mmv6 试样支座端圆弧半径：试样支座端圆弧半径：R1-1.5mmv7
35、冲击刀圆弧半径：冲击刀圆弧半径：R2-2.5mmv8 冲击刀两斜面夹角：冲击刀两斜面夹角：30v9 冲击刀厚度：冲击刀厚度：16mmv10 主机外形尺寸：主机外形尺寸：2124mm600mm1340mm、2300mm600mm1400mmv11 重量：重量：480kg、580kg 44JB-300/500W微机控制冲击试验机微机控制冲击试验机v技术参数：技术参数：v1 冲击能量：冲击能量：300J、150J/500J、250Jv2 摆锤预扬角：摆锤预扬角：150v3 冲击速度：冲击速度：5.2m/s/5.4m/sv4 试样支座跨距：试样支座跨距：40mmv5 钳口圆角：钳口圆角：R1-1.5mmv6 冲击刀刃圆角：冲击刀刃圆角：R2-2.5mmv7 试样规格：试样规格：551010mm454647484950515253545556TLC-300落锤冲击试验机落锤冲击试验机57
