第六章沖擊試驗(yàn)

力學(xué)性能試驗(yàn)培訓(xùn)第六章金屬夏比沖擊試驗(yàn)12/22/20241zzf第六章金屬夏比沖擊試驗(yàn)前言第一節(jié)沖擊試驗(yàn)原理第二節(jié)夏比沖擊試樣與試驗(yàn)設(shè)備第三節(jié)常溫沖擊試驗(yàn)第四節(jié)沖擊試驗(yàn)影響因素12/22/20242zzf韌性概念金屬在斷裂前吸收變形能量的能力。分類：靜力韌性、沖擊韌性、斷裂韌性。金屬韌性通常隨加載速度提高、溫度降低、應(yīng)力集中程度加劇而減少。材料的沖擊韌度不光取決于材料本身的內(nèi)在因素。

12/22/20243zzf沖擊試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T229-2007金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法ISO148-1:2006,MOD代替GB/T229-19942008年6月1日實(shí)施其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)GB/T18658-2002擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)檢驗(yàn)用夏比V型缺口標(biāo)準(zhǔn)試樣GB/T3808-2002擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)的檢驗(yàn)GB/T19748-2005鋼材夏比V型缺口擺錘沖擊試驗(yàn)儀器化試驗(yàn)方法12/22/20244zzf第一節(jié)沖擊試驗(yàn)原理12/22/20245zzf試驗(yàn)原理和適用范圍試驗(yàn)原理：將規(guī)定幾何形狀的缺口試樣置于試驗(yàn)機(jī)兩支座之間，缺口背向打擊面放置，用擺錘一次打斷試樣，測(cè)定試樣的吸收能量。適用范圍：測(cè)定金屬材料在夏比沖擊試驗(yàn)中吸收能量的方法（V型和U型缺口試樣）。12/22/20246zzf沖擊試驗(yàn)的應(yīng)用作為韌性指標(biāo)，為設(shè)計(jì)選材和研制新型材料提供依據(jù)檢查和控制冶金產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督熱加工工藝質(zhì)量評(píng)定材料在不同溫度下的脆性轉(zhuǎn)化趨勢(shì)確定應(yīng)變時(shí)效敏感性缺口敏感性指標(biāo)。12/22/20247zzf術(shù)語(yǔ)及定義

實(shí)際初始勢(shì)能（勢(shì)能）Kp

：對(duì)試驗(yàn)機(jī)直接檢驗(yàn)測(cè)定的值。吸收能量K：由指針或其他指示裝置示出的能量值。KV和KU表示缺口幾何形狀，用下標(biāo)數(shù)字2或8表示擺錘刀刃半徑，例如KV2。12/22/20248zzf第二節(jié)夏比沖擊試樣與試驗(yàn)設(shè)備12/22/20249zzf標(biāo)準(zhǔn)尺寸沖擊試樣(55×10×10)mm，中間有V型或U型缺口。V型缺口應(yīng)有45o夾角，其深度為2mm，底部曲率半徑為0.25mm。U型缺口深度一般應(yīng)為2mm或5mm，底部曲率半徑為1mm。12/22/202410zzf試樣類型和小尺寸試樣選擇試樣類型的原則應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)材料的產(chǎn)品技術(shù)條件、材料的服役狀態(tài)和力學(xué)特性一般情況下，尖銳缺口和深缺口試樣適用于韌性較好的材料。當(dāng)試驗(yàn)材料厚度<10mm：寬度7.5mm、5mm或2.5mm的小尺寸試樣其他尺寸與標(biāo)準(zhǔn)試樣相同缺口開(kāi)在試樣的窄面上。試樣的加工12/22/202411zzf名稱V型缺口試樣公稱尺寸機(jī)加工公差長(zhǎng)度55mm±0.60mm高度10mm±0.075mm-標(biāo)準(zhǔn)試樣寬度10mm±0.11mm-小試樣寬度7.5mm±0.11mm5mm±0.06mm2.5mm±0.04mm缺口角度45°±2°缺口底部高度8mm±0.075mm缺口根部半徑0.25mm±0.025mm缺口對(duì)稱面-端部距離27.5mm±0.42mm缺口對(duì)稱面-試樣縱軸角度90°±2°試樣縱向面間夾角90°±2°12/22/202412zzf名稱U型缺口試樣公稱尺寸機(jī)加工公差長(zhǎng)度55mm±0.60mm高度10mm±0.11mm-標(biāo)準(zhǔn)試樣寬度10mm±0.11mm-小試樣寬度7.5mm±0.11mm5mm±0.06mm缺口底部高度8mm±0.09mm5mm±0.09mm缺口根部半徑1mm±0.07mm缺口對(duì)稱面-端部距離27.5mm±0.42mm缺口對(duì)稱面-試樣縱軸角度90°±2°試樣縱向面間夾角90°±2°12/22/202413zzf試樣制備樣坯切取應(yīng)按相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或GB/T2975執(zhí)行，避免過(guò)熱或冷加工硬化試樣開(kāi)切口的目的是為了在切口附近造成應(yīng)力集中，使塑性變形局限在切口附近不大的體積范圍內(nèi)，并保證試樣一次就被沖斷，使斷裂就發(fā)生在切口處。缺口深度、根部曲率半徑及角度決定缺口附近應(yīng)力集中程度，從而影響該試樣的吸收能量，制備應(yīng)特別仔細(xì)需熱處理的樣品，應(yīng)在最后精加工前進(jìn)行熱處理試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)試樣進(jìn)行適當(dāng)標(biāo)記，標(biāo)記位置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離缺口，且不得標(biāo)在與支座、砧座或擺錘刀刃接觸的面上，試樣標(biāo)記應(yīng)避免對(duì)沖擊吸收能量的影響。12/22/202414zzf焊接沖擊試樣焊接接頭取樣方法：焊接接頭沖擊試驗(yàn)時(shí)，試樣缺口位置應(yīng)按要求開(kāi)在焊縫、熔合線或熱影響區(qū)，缺口軸線應(yīng)垂直焊縫表面。焊接接頭沖擊試樣的熱影響區(qū)缺口位置：其缺口軸線與熔合線的距離t應(yīng)由產(chǎn)品技術(shù)條件規(guī)定為清楚地顯示出焊縫，開(kāi)缺口前，可用硝酸酒精等試劑對(duì)試樣進(jìn)行侵蝕，然后按要求進(jìn)行劃線。

12/22/202415zzf缺口在焊縫、熔合線或熱影響區(qū)的位置12/22/202416zzf12/22/202417zzf沖擊試驗(yàn)機(jī)由機(jī)架、擺錘、砧座、指示裝置及擺錘釋放、制動(dòng)和提升機(jī)構(gòu)等組成。分類：擺錘刀刃半徑：2mm，8mm送樣方式：手動(dòng)送樣，自動(dòng)送樣指示裝置：表盤式，數(shù)顯式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)應(yīng)穩(wěn)定牢固地安裝在基礎(chǔ)上。所有測(cè)量?jī)x器均應(yīng)溯源至國(guó)家或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)并在合適的周期內(nèi)進(jìn)行校準(zhǔn)12/22/202418zzf2mm擺錘刀刃8mm擺錘刀刃12/22/202419zzf試驗(yàn)設(shè)備12/22/202420zzf第三節(jié)常溫沖擊試驗(yàn)12/22/202421zzf試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作注意試驗(yàn)溫度無(wú)規(guī)定時(shí)，室溫沖擊試驗(yàn)在23℃±5℃范圍進(jìn)行（注意與其他力學(xué)性能試驗(yàn)的室溫10℃~35℃不同）規(guī)定時(shí)，在規(guī)定溫度±2℃范圍內(nèi)進(jìn)行。檢查試樣尺寸用游標(biāo)卡尺測(cè)量寬度、厚度、缺口處厚度；用光學(xué)投影儀檢查缺口尺寸。12/22/202422zzf試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作選擇沖擊試驗(yàn)機(jī)根據(jù)所試驗(yàn)材料，估計(jì)試樣吸收能量大小，選擇合適的沖擊試驗(yàn)機(jī)能力范圍，使試樣吸收能量K不超過(guò)實(shí)際初始勢(shì)能Kp的80﹪，試樣吸收能量K的下限建議不低于試驗(yàn)機(jī)最小分辨力的25倍。根據(jù)相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定選擇擺錘刀刃半徑(2mm或8mm)低能量的沖擊試驗(yàn)，一些材料用2mm和8mm擺錘刀刃試驗(yàn)測(cè)定的結(jié)果有明顯不同，2mm擺錘刀刃的結(jié)果可能高于8mm擺錘刀刃的結(jié)果試驗(yàn)前應(yīng)檢查并保證砧座跨距應(yīng)為40+0.2mm。12/22/202423zzf試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作進(jìn)行空打試驗(yàn)試驗(yàn)前應(yīng)檢查擺錘空打時(shí)的回零差或空載能耗：將擺錘揚(yáng)起至預(yù)揚(yáng)角位置，把從動(dòng)指針撥到最大沖擊能量位置（如果使用的是數(shù)字顯示裝置，則應(yīng)清零），釋放擺錘，讀取零點(diǎn)附近的被動(dòng)指針的示值△E1（即回零差），擺錘回?cái)[時(shí)，將被動(dòng)指針撥至最大沖擊能量處，擺錘繼續(xù)空擊，被動(dòng)指針被帶到某一位置，其讀數(shù)值為△E2，差值之半為該擺錘的能量損失值相對(duì)回零差不應(yīng)大于0.1%（以最大量程300J為例，其回零差應(yīng)不超過(guò)0.3J）。相對(duì)能量損失不應(yīng)大于0.5%。12/22/202424zzf試驗(yàn)操作要點(diǎn)試樣定位V型缺口自動(dòng)對(duì)中夾鉗試樣缺口對(duì)稱面偏離兩砧座間的中點(diǎn)小于0.5mm小尺寸試樣進(jìn)行低能量沖擊試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)在支座上放置適當(dāng)厚度的墊片，使試樣打擊中心高度為5mm（相當(dāng)于寬度10mm標(biāo)準(zhǔn)試樣打擊中心的高度）小尺寸試樣進(jìn)行高能量沖擊試驗(yàn)其影響很小可不加墊片。12/22/202425zzfV型缺口夏比沖擊試樣對(duì)中夾鉗12/22/202426zzf試樣與擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)支座及砧座相對(duì)位置12/22/202427zzf試驗(yàn)操作要點(diǎn)操作過(guò)程將擺錘揚(yáng)起并鎖住，從動(dòng)指針撥到最大沖擊能量位置（數(shù)字顯示裝置清零），放好試樣，釋放擺錘使其下落打斷試樣，任其向前繼續(xù)擺動(dòng)直到達(dá)到最高點(diǎn)后回?cái)[動(dòng)至最低點(diǎn)，使用制動(dòng)閘將擺錘剎住使其停止在垂直穩(wěn)定位置，讀取吸收能量數(shù)值試樣數(shù)量試樣數(shù)量按相應(yīng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定由于沖擊試驗(yàn)結(jié)果比較離散，試樣數(shù)量一般都不少于3個(gè)。12/22/202428zzf12/22/202429zzf實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)擺桿擺動(dòng)平面的兩側(cè)設(shè)置安全網(wǎng)，以防止試樣斷裂飛出傷人。沖擊時(shí)在場(chǎng)人員須站在擺桿擺動(dòng)平面的兩側(cè)，嚴(yán)防迎著擺錘站立。擺桿揚(yáng)起，安放試樣時(shí)，任何人不準(zhǔn)按動(dòng)擺桿下落按鈕，以防擺桿下擺沖擊傷人。操作設(shè)備和安放試樣為一人。12/22/202430zzf沖擊試驗(yàn)結(jié)果吸收能量有效位數(shù)吸收能量應(yīng)至少保留兩位有效數(shù)字（至少估讀到0.5J）吸收能量的表示方法V型缺口試樣在2mm擺錘刀刃下沖擊吸收能量：KV2

V型缺口試樣在8mm擺錘刀刃下沖擊吸收能量：KV8

U型缺口試樣在2mm擺錘刀刃下沖擊吸收能量：KU2U型缺口試樣在8mm擺錘刀刃下沖擊吸收能量：KU8

12/22/202431zzf試驗(yàn)中幾種情況的處理試樣吸收能超過(guò)試驗(yàn)機(jī)能力的80﹪，在試驗(yàn)報(bào)告中應(yīng)報(bào)告為近似值并注明超過(guò)試驗(yàn)機(jī)能力的80﹪。試樣試驗(yàn)后沒(méi)有完全斷裂，可以報(bào)出沖擊吸收能量，或與完全斷裂試樣結(jié)果平均后報(bào)出。試驗(yàn)機(jī)打擊能量不足使試樣未完全斷開(kāi)，吸收能量不能確定，試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)注明用×J的試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)，試樣未斷開(kāi)。如果試樣卡在試驗(yàn)機(jī)上，則試驗(yàn)結(jié)果無(wú)效，應(yīng)重新補(bǔ)做試驗(yàn)此時(shí)應(yīng)徹底檢查試驗(yàn)機(jī)，以免試驗(yàn)機(jī)受到損傷以影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。如斷裂后檢查顯示出試樣標(biāo)記是在明顯的變形部位，試驗(yàn)結(jié)果可能不代表材料的性能，應(yīng)在試驗(yàn)報(bào)告中注明。12/22/202432zzf沖擊吸收功結(jié)果判定第一次測(cè)試合格判據(jù)3個(gè)試樣沖擊功平均值

標(biāo)準(zhǔn)值小于標(biāo)準(zhǔn)值的試樣最多一個(gè)每個(gè)單個(gè)試驗(yàn)值不小于標(biāo)準(zhǔn)值的70%。復(fù)試合格判據(jù)6個(gè)試樣沖擊功平均值

標(biāo)準(zhǔn)值沖擊功低于標(biāo)準(zhǔn)值的試樣不超過(guò)2個(gè)沖擊功低于標(biāo)準(zhǔn)值70%的試樣不超過(guò)1個(gè)12/22/202433zzf第四節(jié)影響沖擊性能測(cè)定的主要因素12/22/202434zzf與材料有關(guān)的因素化學(xué)成分、金相組織、晶粒度、以及是否含有夾渣、偏析、白點(diǎn)、裂紋以及非金屬夾雜物超標(biāo)等冶金缺陷或過(guò)熱、過(guò)燒、回火脆性等熱加工缺陷都對(duì)樣品的沖擊性能產(chǎn)生影響沖擊試驗(yàn)得到廣泛應(yīng)用的原因所在導(dǎo)致沖擊試驗(yàn)結(jié)果的離散性較大。12/22/202435zzf與樣品取樣和制備有關(guān)的因素取樣方向沿軋制方向取樣，垂直于軋制方向開(kāi)缺口，沖擊值較高；缺口加工質(zhì)量試樣缺口深度、缺口根部曲率半徑及缺口角度缺口根部的表面質(zhì)量，加工硬化、加工痕跡試樣尺寸試樣寬度增加會(huì)使金屬在沖擊中塑性變形體積的增加，從而導(dǎo)致試樣吸收能量的增加。尺寸增大，特別是寬度的增加，會(huì)使約束程度增加，導(dǎo)致脆性斷裂，降低吸收能量。12/22/202436zzf缺口深度對(duì)沖擊性能的影響

深度/mm高能量樣/J中能量樣/J低能量樣/J2.0±0.025103±5.260.3±3.016.9±1.42.1397.95615.52.04101.857.216.81.97104.161.417.212/22/202437zzf缺口根部半徑對(duì)沖擊性能影響半徑/mm高能量樣/J中能量樣/J低能量樣/J0.25±0.025103±5.260.3±3.016.9±1.40.139856.514.60.38108.564.321.412/22/202438zzf與試驗(yàn)機(jī)有關(guān)的因素試驗(yàn)機(jī)的精度沖擊試驗(yàn)機(jī)能量指示裝置的相對(duì)誤差尤其是能量指示裝置的回零差對(duì)沖擊試驗(yàn)結(jié)果有直接影響。擺錘與機(jī)架的配合擺錘與機(jī)架的相對(duì)位置的正確性及穩(wěn)定性，尤其是沖擊刀刃與支座跨距中心的重合性及擺錘刀刃與試樣縱向軸線的垂直度對(duì)于獲得準(zhǔn)確試驗(yàn)結(jié)果有很大的影響。12/22/202439zzf與試驗(yàn)過(guò)程有關(guān)的因素試驗(yàn)溫度對(duì)于大多數(shù)材料，吸收能量隨溫度而變化，因此，溫度控制的精度、保溫時(shí)間以及高溫、低溫沖擊試驗(yàn)時(shí)試樣從保溫介質(zhì)中移出至打斷的時(shí)間間隔都可能影響試驗(yàn)結(jié)果。沖擊試樣的