金屬?zèng)_擊試樣在沖擊過程中發(fā)生扭轉(zhuǎn)的原因及對(duì)沖擊吸收功的影響.ppt

1、金屬?zèng)_擊試樣在沖擊過程中發(fā)生扭轉(zhuǎn)的原因及對(duì)沖擊吸收功的影響,張莊，洪剛，任立志, 張敬敏 （國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心，北京100081）,問題的產(chǎn)生,人們?cè)谧鼋饘俨牧蠜_擊試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)試樣產(chǎn)生塑性變形時(shí)（尤其在獲得相對(duì)高的沖擊吸收功時(shí)）試樣可能發(fā)生扭轉(zhuǎn)。原因何在、對(duì)結(jié)果有什麼影響、怎樣克服，這是本文討論的重點(diǎn)。,現(xiàn)象,圖1：100% 脆性斷口,圖2：鉗口壓痕,圖3：沖斷后彎折示意圖,圖4：試樣沒有發(fā)生扭轉(zhuǎn),圖1、圖5試樣為同一臺(tái)300J沖擊試驗(yàn)機(jī)對(duì)美國(guó)不同能量標(biāo)樣（低能量、高能量、超高能量）的試驗(yàn)結(jié)果。圖1圖4為低能量試樣，試驗(yàn)機(jī)檢定結(jié)果完全符合ASTM E23-05直接檢定的要求，沖擊結(jié)果符

2、合間接檢定的結(jié)果。從圖1可知為全脆性斷裂，圖2中鉗口壓痕DC垂直于AB。圖3、圖4為斷后示意圖，從圖4中可以看出試驗(yàn)斷裂后沒有發(fā)生扭轉(zhuǎn)。,現(xiàn)象,圖5：非全脆性斷口,圖6：鉗口壓痕,圖7：沖擊中發(fā)生扭轉(zhuǎn)的斷后彎折示意圖,圖8：試樣發(fā)生扭轉(zhuǎn),圖5圖8位高能量試樣斷后的情形。試驗(yàn)機(jī)在符合ASTM E23-05直接檢定的條件下，其間接檢定（高能量段）結(jié)果不合格，其試驗(yàn)結(jié)果及沖擊吸收功高于美標(biāo)樣的標(biāo)準(zhǔn)值，且相對(duì)偏差超出其5%極限規(guī)定，而高達(dá)8.9%；對(duì)于超高能量美標(biāo)試樣其偏差高達(dá)10.64%。從圖中可見試樣斷前斷后以沖擊試樣缺口為中心發(fā)生了一定的偏轉(zhuǎn)，見圖8。,原因,首先我們認(rèn)為試驗(yàn)機(jī)擺桿在沖擊試驗(yàn)過程

3、中受一定的橫向力作用（用見圖9），該力為試樣彎曲變形產(chǎn)生的，當(dāng)力大于某規(guī)定值時(shí)，擺錘在其作用下可能發(fā)生沿橫向力方向的位移。這是由于擺錘設(shè)計(jì)及其整體結(jié)構(gòu)的剛性所決定。,圖9試樣對(duì)擺錘勢(shì)力的示意圖,在進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí)，試樣在斷裂過程中將對(duì)擺錘施加一對(duì)橫向力。當(dāng)其大小相等，方向相反，則合力為零。這種狀態(tài)主要取決于裂紋起裂時(shí)的位置，為理想狀態(tài)。當(dāng)裂紋起裂點(diǎn)偏于垂直打擊中心線時(shí)，該對(duì)橫向力矢量之和不為零時(shí)，則產(chǎn)生一使擺錘側(cè)移的力。該力隨裂紋路徑而變，當(dāng)其在沖擊過程中方向發(fā)生改變時(shí)，這使擺錘產(chǎn)生震動(dòng)，這就是人們時(shí)有看到的在沖擊過程中擺錘的抖動(dòng)；當(dāng)在沖擊過程中，擺錘所受的測(cè)向力只有大小的變動(dòng)，沒有方向的改變，

4、則出現(xiàn)如圖5圖8式的試樣扭轉(zhuǎn)。,然而，無論是發(fā)生擺錘的震動(dòng)還是試樣的扭轉(zhuǎn)都需要擺錘做功。而這時(shí)試驗(yàn)機(jī)所顯示的沖擊吸收功為：,試驗(yàn)機(jī)所顯示的沖擊吸收功，,試樣真正的沖擊吸收功，,擺錘震動(dòng)所做的功（或試樣扭轉(zhuǎn)所做的功）。,結(jié)果,從上述公式中的附加項(xiàng)可知，擺錘在沖擊過程中很易引起額外的能量消耗，從而不能真實(shí)地反映試樣的真正沖擊吸收功。 實(shí)際上，由于設(shè)計(jì)的原因?qū)е碌脑囼?yàn)機(jī)整體剛性不足、試驗(yàn)機(jī)安裝的錯(cuò)誤產(chǎn)生振動(dòng)的傳播都是使試驗(yàn)機(jī)顯示的沖擊吸收功偏高。本篇文章僅討論擺錘設(shè)計(jì)及擺錘整體結(jié)構(gòu)的剛性所所造成的影響。,解決方法,根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)試驗(yàn)機(jī)剛性的要求所訴試驗(yàn)機(jī)應(yīng)有足夠的剛性。這一重要的條件在試

5、驗(yàn)機(jī)直接檢定中是無從確定的，但是通過間接檢定（在排除其他影響因素的條件下）是可以確定的。對(duì)于試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)者來說，如果在其能量適用范圍內(nèi)（滿量程的70%），沖斷的試樣仍發(fā)生圖5圖8的結(jié)果，則可認(rèn)為試驗(yàn)機(jī)擺錘結(jié)構(gòu)剛性不足，更改設(shè)計(jì)，盡可能降低試驗(yàn)機(jī)擺錘剛性不住的影響。對(duì)于試驗(yàn)機(jī)使用者來說，最好在不產(chǎn)生擺錘震動(dòng)和試樣扭轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)使用。,正如相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中所述，試驗(yàn)機(jī)應(yīng)和大地成為一個(gè)整體，這就強(qiáng)調(diào)試驗(yàn)機(jī)安裝的重要性。如果地基做得不夠好，進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí)人們會(huì)感到地面的震動(dòng)，這樣的震動(dòng)無疑是試驗(yàn)機(jī)做功的結(jié)果，從而試驗(yàn)機(jī)所顯示的能量是由試樣的真正沖擊吸收功與這部分震動(dòng)功之和。同理試驗(yàn)機(jī)剛性不足同樣造成試驗(yàn)機(jī)所測(cè)得的試樣沖擊吸收功偏高。以上引起沖擊吸收