金属力学性能的体会（一）

zerowing

先说一点，写这个回复没有什么叫板的意思。我既不是什么高端，也不是什么大侠。只是人直一点，看到有些东西会直接说出来而已。
说那个韧性的问题吧。断裂韧性K1和冲击韧性Ak.
首先，这两个韧性表述是有区别的，一个是微观描述，一个是宏观描述。AK与宏观塑性对应。
其次，二者并不具有统一性，一致性。K1增的时候，AK可能是减小的。二者有一个优化交叉点。
然后，对于Ak来说，对于相同的组织结构下，AK依赖于晶粒尺寸的缩小。或者说，AK更依赖于板条束直径。对于K1来说，却主要研究裂尖的前沿的有效塑边区的尺寸。而这个尺寸往往随晶粒尺寸增大而增大。
最后，AK主要衡量宏观上材料缺口对冲击能量的抵抗。对于常周期疲劳循环有指导意义。K1主要衡量低应力下的连续小能量吸收能力，对于长周期疲劳循环很重要。
以上。个人理解。还请指点。

Spindoal

zerowing 发表于 2018-5-24 00:00
先说一点，写这个回复没有什么叫板的意思。我既不是什么高端，也不是什么大侠。只是人直一点，看到有些东西 ...

我和你个性类似，看技术贴时候，只要看见不对的事情，也进去“叫板”，我理解你的出发点，就是想多讨论技术而已。只不过，你针对我这些不能算错的小细节，我也有些“气”罢了。另外，我感觉你做的挺高端的，包括之前的那个不锈钢管。称呼你为大侠也没错，因为你发了不少技术贴，我学了很多。


对于冲击韧性和断裂韧性，我感觉你没有说到点子上，

我认为不论是AK和KI从根源上讲，都是反映了材料的韧性能力。两者具有统一性，而且在工业应用上，两者的数学关系有大量的经验公式。

两者的不同点在于：冲击韧性更具有随机性，对夹杂非金属第二相和不均匀组织等缺陷更加敏感。断裂韧性更反映了材料裂纹的形成和扩展过程。。



对于两者具有统一性的观点可以参考下面两篇论文：

Correlation between Charpy impact energy and J fracture toughness for thermally embrittled reactor pressure vessel steel--by  JR Tarpani

冲击韧性与断裂韧性间关系的探讨--by 许昌淦

zerowing

Spindoal 发表于 2018-5-24 08:30
我和你个性类似，看技术贴时候，只要看见不对的事情，也进去“叫板”，我理解你的出发点，就是想多讨论技 ...

哈哈，首先，从你的回复里我能读到的信息是你认定别人进来是“叫板"的。哈哈。其次，大概能锁定您是哪位了。
最后，你感觉我有没有说到点子上不重要。因为这Ak和K1早有定论。
1. 相对K1来说，CVN也好，Ak也罢，试样缺口根部都是相当钝的。应力集中数不是一个量级的。这就是所谓的宏观和微观。
2. Ak中包括裂纹形成和扩散，而不是断裂反应裂纹的形成和扩散。K1试样是预制裂纹，换句话说，K1是描述材料内已存在裂纹的扩展的情况。这就是我之前提到的长周期问题。
3.K1描述裂纹前端应力场的强弱，儿Ak明显不是。
4. Ak是在应变速率高的冲击载荷下得到的，而K1是静载 。

另外，K1和Ak之间包括K1c和Ak之间是否有数学关系。至少我知道的，当对板条马低碳钢进行重复淬火试验中，在去掉所谓的杂质、第二相影响的情况下，二者明显处于非正比关系。而结合晶格尺寸等相关因素后，很明显能得出影响K1的的裂尖区域的尺寸，而影响Ak的是板条马本身的束直径。所谓的数学关系，只在一些粗略的实验中得到部分证实。

最后，大侠，没必要搬两个论文砸我。关于K1，有本书叫 材料断口分析，从格里芬到J能量里面很详细的阐述了。远比拿两篇论文靠谱。

Spindoal

zerowing 发表于 2018-5-24 09:36
哈哈，首先，从你的回复里我能读到的信息是你认定别人进来是“叫板"的。哈哈。其次，大概能锁定您是哪位 ...

首先，我没有认定你是来叫板的。我是认为，你和我一样，是为了多讨论技术而已。
另外，我毕业还不到三年，你猜我是哪位啊？

另外，我想你说的那本书名字是叫金属断口分析吧，，，
我之前看这书也了解了这两种实验的步骤，和具体要表征的失效过程。

但是对于这两种指标，尽管实验过程不同，本质上反映的是材料的韧性，也就是材料对裂纹形成和扩展的限制。
大量的工业数据表明，两者的性质是有很大关系的，这种关系也在工业上也得到了广泛的应用，。

比如，很多时候由于断裂韧性的实验做起来麻烦、费用高，而冲击韧性实验简单，人们总是倾向于用冲击实验的结果来分析材料的断裂韧性。这种替代常见于对钢轨的研究、对高速车轮的研究。

而且正是由于这两种韧性的千丝万缕的联系，有很多硕博士的毕业论文就是研究这两种韧性的关系。另外，其实这两种指标，都不能准确的反映材料的韧性，都还有待发展。


另外，我发一下论文，就是分享一下的资料而已，第一篇论文来自Metal Science Journal，怎么就不如那本书靠谱了？那本书有没有写这两个指标没有统一性？

zerowing

Spindoal 发表于 2018-5-24 10:06
首先，我没有认定你是来叫板的。我是认为，你和我一样，是为了多讨论技术而已。
另外，我毕业还不到三年 ...

哈，大侠，这样说吧。假设，这两者之间的关系真的密切，真的可以相互衡量换算，那低应力的长周期疲劳是怎么发生的呢？远不足Ak的限定阿。 再比如我那根裂管，我不做夏比V吗？那不可能的。但是为什么裂了呢？
另外，我已经说过了，对于板条马来说，这二者的统一性很弱，二者受不同的因素影响使得趋势都相反，我实在无法理解所谓的工业数据支持是说什么。
至于论文和书，大侠。发表的论文目的是公开研究成果，引起探讨和纠正。而书，一般都沿用成熟的理论和数据。至于那本书有没有提统一性，大侠不是看过吗？
最后呢，就这样吧。感觉大侠的攻击性过强。俺岁数过了那个阶段了。没兴趣在坛子干架。哈哈。

Spindoal

zerowing 发表于 2018-5-24 11:51
哈，大侠，这样说吧。假设，这两者之间的关系真的密切，真的可以相互衡量换算，那低应力的长周期疲劳是怎 ...

抱歉抱歉，抱歉自己的攻击性。
虽然我有些攻击性，但是我没有喷人，一直引用论文，在表达自己的道理。

看了几篇论文，
北科和鞍钢合作分析的车轮钢研究中，用冲击韧性来预测断裂韧性。
清华土木系对钢轨钢研究中，分析冲击韧性和断裂韧性的吻合关系。
还有国外对压力容器的冲击和断裂韧性研究中，发现了HP关系对两者线性的影响。
还有一些航空结构件中，两者的各种关系。
然后，我就感觉这两个韧性一定是各种关联。
针对这两个指标的确切值来说，我说的统一性不对，准确的说法是两个值有联系。。



另外，我想表达的统一性，并不是两个值的大小成正比，不是这种确切的数据关系。而是能从材料的组织分析中，得出这两个指标的值。也就是组织对力学性能的统一性，不管材料的任何力学性能，它们的值的大小都能从对组织的统一分析中，得出答案。


也就是说材料的任何的力学性能都统一到材料组织中。


对于你说的那本书，感觉薄薄的，货也不多就弃了，但是我没有记得它否认有联系。

zerowing

Spindoal 发表于 2018-5-24 12:30
抱歉抱歉，抱歉自己的攻击性。
虽然我有些攻击性，但是我没有喷人，一直引用论文，在表达自己的道理。

这么说吧。大侠。
单就说组织。板条马组织很明确了吧。
你对一种低碳钢材料做重复淬火处理，确保没有干扰相的存在。然后通过热处理控制晶粒尺寸。
得到样品后，你分别去做缺口和断裂。可以说，在这种对比中，唯一的组织区别就是晶粒度的大小。
假设，韧性可以从这种区别中确定的话，那么从实验结果上看，断裂和缺口对晶粒度的响应是恰好相反的。
当然，这种实验对材料的针对性很大，我没有大数据去验证每一种材料是否都存在这种对比。但很显然，这也同样说明，所谓的统一数据也没有确实的说服力。这种缺乏说服力并非是说有一个错，整个理论有问题。而是大多讨论联系的文献中，试验件本身中涉及的可变参数不唯一甚至过多。这对验证理论是很头疼的。
至于，每一中韧性指标究竟该如何用。至少来说，鬼子习惯性的会将断裂韧性和缺口冲击韧性分别单独列出来说明材料。从这个意义上讲，这二者也很难说是统一的。

Spindoal

zerowing 发表于 2018-5-24 13:35
这么说吧。大侠。
单就说组织。板条马组织很明确了吧。
你对一种低碳钢材料做重复淬火处理，确保没有干扰 ...

大侠，你说的很对，，我确实沉迷于文献了，看了有名的大学有名的杂志，我就相信其中的东西。
回头一想，这个指标的值确实没有呈现普遍的正或负的相关，，，

但是从你说对材料的检验上来说，，我认为，在对材料组织的详细分析后，能够得到材料的力学性能。
虽然现在对着两个变量没有定论，但是材料科学还在一直发展，我认为不久的将来，科学能探究清楚这两个指标有什么关系。

我下载搜集了很多这方面的文献，也一直想看看有什么联系。

总之，谢谢大侠有益的讨论。

zerowing

Spindoal 发表于 2018-5-24 13:47
大侠，你说的很对，，我确实沉迷于文献了，看了有名的大学有名的杂志，我就相信其中的东西。
回头一想，这 ...

大侠，我无法判断未来能否出现可以关联这两者的理论或者公式。
但是就目前我所认知的部分来说，至少我不认为组织是研究材料性能的基点。就像研究物质的组成不能停留在分子水平上一样。目前，我知道的，能比较好的把力学性能和断裂性能联系在一起的理论是能量理论。无论是自由能理论，还是最低能量理论，相对来说，这些能量理论对问题的阐述比较有指导性。
单就组织来说，有时比较头疼。比如针对磨损的表面结构来说，单从组织判断性能问题会比较大。

Spindoal

zerowing 发表于 2018-5-24 13:53
大侠，我无法判断未来能否出现可以关联这两者的理论或者公式。
但是就目前我所认知的部分来说，至少我不 ...

我认为组织是分析材料力学性质的重点，，
因为看着北京科技大学很多针对钢铁材料的成分工艺研发的博士论文，类似于

700 MPa级高强度汽车大梁钢成分设计与组织控制研究
700MPa级海洋平台用钢成分、组织与性能的研究
NM600级超高强耐磨钢组织调控技术研究

看着大体步骤都是，
分析一般材料的组织，然后分析合金元素的影响，分析热力学，然后确定实验方案，做实验，然后分析组织的变化。对组织做力学实验。最后得结论，确定控轧控冷等工艺参数。可见，对合金钢的设计，几乎是围绕组织的设计来开始的。

正如材料科学一直强调的，成分-组织-性能，三个关系一样。组织是连接成分与力学性能的关键转折点，而且对于材料科学很大一部分，包括位错、晶界、形变等都是为了针对组织来说，，


谈材料力学性能，不谈其基本组织是根本不可行的。