金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法介紹

金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法介紹第一頁，共四十三頁，2022年，8月28日一、夏比擺錘沖擊試驗簡介二、GB/T229-2007解讀三、回火脆轉(zhuǎn)變溫度四、沖擊試驗標(biāo)準(zhǔn)對比

內(nèi)容概況第二頁，共四十三頁，2022年，8月28日

一、夏比擺錘沖擊試驗簡介缺口效應(yīng)

實際生產(chǎn)中的機(jī)件，絕大多數(shù)都不是截面均勻而無變化的光滑體，往往存在截面的急劇變化，如鍵槽、油孔、軸肩、螺紋、退刀槽及焊縫等，這種截面變化的部位可視為“缺口”。由于缺口的存在，在靜載荷作用下，缺口截面上的應(yīng)力狀態(tài)將發(fā)生變化，產(chǎn)生所謂“缺口效應(yīng)”，從而影響金屬材料的力學(xué)性能。

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一、夏比擺錘沖擊試驗簡介缺口效應(yīng)主要產(chǎn)生以下兩方面影響：

1.在缺口根部引起應(yīng)力集中，并改變?nèi)笨谇胺降膽?yīng)力狀態(tài)；2.使塑性材料強(qiáng)度提高，塑性降低，即所謂的“缺口強(qiáng)化”。需要指出的是，缺口強(qiáng)化并不是金屬內(nèi)在性能發(fā)生變化，純粹是由于三向拉伸應(yīng)力約束了塑性變形所致。無論是脆性材料還是塑性材料，其機(jī)件上的缺口都因造成兩向或三向應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力應(yīng)變集中而產(chǎn)生變脆傾向，降低了使用的安全性。第四頁，共四十三頁，2022年，8月28日

一、夏比擺錘沖擊試驗簡介沖擊試驗

一種動態(tài)力學(xué)性能試驗，主要用來測定沖斷一定形狀的試樣所消耗的功，又叫沖擊韌性試驗。(加載速度)

沖擊試驗機(jī)（擺錘式和落錘式）：手動沖擊試驗機(jī)、半自動沖擊試驗機(jī)、全自動沖擊試驗機(jī)。

根據(jù)試樣形狀和破斷方式，沖擊試驗分為彎曲沖擊試驗、扭轉(zhuǎn)沖擊試驗和拉伸沖擊試驗三種。橫梁式彎曲沖擊試驗法（charpy）操作簡單，應(yīng)用最廣。在工程上主要是用它評定冶金質(zhì)量和加工工藝質(zhì)量，以及測定韌脆性轉(zhuǎn)變溫度。

為表征加載速率和缺口效應(yīng)對金屬材料韌性的影響，需要進(jìn)行缺口試樣的沖擊彎曲試驗。第五頁，共四十三頁，2022年，8月28日

一、夏比擺錘沖擊試驗簡介夏比沖擊試驗(CharpyImpactTest)是用以測定金屬材料抗缺口敏感性(韌性)的試驗。制備有一定形狀和尺寸的金屬試樣(通常為10×10×55mm)，使其具有U形缺口或V形缺口，在夏比沖擊試驗機(jī)上處于簡支梁狀態(tài)，以試驗機(jī)舉起的擺錘作一次沖擊，使試樣沿缺口沖斷，用折斷時擺錘重新升起高度差計算試樣的吸收功，即為Aku(U型缺口)和Akv(V型缺口)。可在不同溫度下作沖擊試驗。吸收功值(焦耳)大，表示材料韌性好，對結(jié)構(gòu)中的缺口或其他的應(yīng)力集中情況不敏感。

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一、夏比擺錘沖擊試驗簡介第七頁，共四十三頁，2022年，8月28日

一、夏比擺錘沖擊試驗簡介夏比沖擊試驗常采用簡支梁沖擊，以擺錘沖擊試樣前后的能量差來計算出沖擊強(qiáng)度。第八頁，共四十三頁，2022年，8月28日

一、夏比擺錘沖擊試驗簡介夏比沖擊試驗應(yīng)用作為韌性指標(biāo)，為設(shè)計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)量評定材料在不同溫度下的脆性轉(zhuǎn)化趨勢確定應(yīng)變時效敏感性缺口敏感性指標(biāo)。第九頁，共四十三頁，2022年，8月28日

一、夏比擺錘沖擊試驗簡介夏比沖擊試驗結(jié)果分散性相對大的原因來自兩方面：試驗因素；材料結(jié)構(gòu)。從試驗角度看，由于沖擊試驗是在動態(tài)力作用下進(jìn)行的，因此影響試驗結(jié)果正確性和分散性的因素很多，試驗方法標(biāo)準(zhǔn)化的目的就是對各種影響沖擊試驗結(jié)果的因素進(jìn)行限定，以得到準(zhǔn)確的和可比較的試驗結(jié)果。第十頁，共四十三頁，2022年，8月28日

二、GB/T229-2007解讀一、范圍規(guī)定了測定金屬材料在夏比沖擊試驗中吸收能量的方法，適用于V型和U型缺口試樣。不包括儀器化沖擊試驗方法，因為已有GB/T19748－2005《鋼材夏比V型缺口擺錘沖擊試驗儀器化試驗方法》。第十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日

二、GB/T229-2007解讀二、規(guī)范性引用文件下列文件中的條款通過本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。

GB/T3808擺錘式?jīng)_擊試驗機(jī)的檢驗GB/T2975鋼及鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗取樣位置及試樣制備

GB/T8170數(shù)值修約規(guī)則

JJG145擺錘式?jīng)_擊試驗機(jī)檢定規(guī)程第十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日

二、GB/T229-2007解讀三、術(shù)語實際初始勢能KP—對試驗機(jī)直接檢驗測定的值。吸收能量K—由指針或其他指示裝置示出的能力值KV2、KU2－2mm錘刃的沖擊值。KV8、KU8－8mm錘刃的沖擊值。試樣的幾何尺寸第十三頁，共四十三頁，2022年，8月28日

二、GB/T229-2007解讀沖擊吸收功：規(guī)定形狀和尺寸的試樣在沖擊試驗力一次作用下折斷時所吸收的功脆性斷面率：脆性斷口面積占試樣斷口總面積的百分率沖擊吸收功-溫度曲線：在一系列不同溫度的沖擊試驗中，沖擊吸收功與試驗溫度的關(guān)系曲線韌脆轉(zhuǎn)變溫度：在一系列不同溫度的沖擊試驗中，沖擊吸收功急劇變化或斷口韌性急劇轉(zhuǎn)變的溫度區(qū)域第十四頁，共四十三頁，2022年，8月28日

二、GB/T229-2007解讀四、符號第十五頁，共四十三頁，2022年，8月28日

二、GB/T229-2007解讀五、原理將規(guī)定幾何形狀的缺口試樣置于試驗機(jī)兩支座之間，缺口背向打擊面放置，用擺錘一次打擊試樣，測定試樣的吸收能量。由于大多數(shù)材料的沖擊值隨溫度變化，因此試驗應(yīng)在規(guī)定溫度下進(jìn)行。高溫沖擊試驗低溫沖擊試驗室溫沖擊試驗第十六頁，共四十三頁，2022年，8月28日

二、GB/T229-2007解讀六、試樣

標(biāo)準(zhǔn)尺寸沖擊試樣長度為55mm，橫截面為10mm×10mm，在試樣長度中間有V型和U型缺口。備用尺寸試樣可使用寬度分別為7.5mm，5mm，2.5mm的小尺寸試樣。V型缺口夾角為45°，深度為2mm，底部曲率半徑為0.25mm，U型缺口深度為2mm或5mm，底部曲率半徑為1mm。應(yīng)注意以下幾點：對于低能量沖擊試驗需要使用墊片；除端面外其余表面粗糙度優(yōu)于5m；缺口根部沒有影響吸收能的加工痕跡；缺口對稱面垂直于試樣縱向軸線；試樣標(biāo)記應(yīng)遠(yuǎn)離缺口，不應(yīng)標(biāo)在與支座，砧座或擺錘刀刃接觸的面上。第十七頁，共四十三頁，2022年，8月28日

二、GB/T229-2007解讀焊接沖擊試樣焊接接頭取樣方法：焊接接頭沖擊試驗時，試樣缺口位置應(yīng)按要求開在焊縫、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)定焊縫金屬沖擊試樣熱影響區(qū)沖擊試樣第十八頁，共四十三頁，2022年，8月28日

二、GB/T229-2007解讀缺口在焊縫、熔合線或HAZ的位置第十九頁，共四十三頁，2022年，8月28日

二、GB/T229-2007解讀試樣的尺寸及偏差應(yīng)滿足下表：第二十頁，共四十三頁，2022年，8月28日

二、GB/T229-2007解讀七、試驗設(shè)備1.所有測量儀器應(yīng)符合國家或國際標(biāo)準(zhǔn)；2.所有儀器應(yīng)在合適的周期內(nèi)進(jìn)行校準(zhǔn)；3.試驗機(jī)應(yīng)按照GB/T3808或JJG145進(jìn)行安裝及檢驗；4.擺錘刀刃半徑應(yīng)參考相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。我公司沖擊試驗機(jī)：JBW-500GD屏顯式?jīng)_擊試驗機(jī)

ZBC系列微機(jī)式金屬擺錘沖擊試驗機(jī)

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二、GB/T229-2007解讀我公司沖擊試驗機(jī)：ZBC系列微機(jī)式金屬擺錘沖擊試驗機(jī)

第二十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日

二、GB/T229-2007解讀八、試驗程序一般要求:試驗前檢查砧座跨距，保持在40+0.2mm以內(nèi)；試驗前檢查擺錘空打時的回零差或空載能耗(±0.1%)；試樣緊貼試驗機(jī)砧座，錘刃沿缺口對稱面打擊缺口背向，試樣缺口對稱面偏離兩砧座間的中點不應(yīng)大于0.5mm。試驗溫度：應(yīng)在規(guī)定溫度±2℃內(nèi)試驗，如對溫度沒有規(guī)定，應(yīng)在23±5℃范圍進(jìn)行。嚴(yán)格了室溫沖擊溫度適用范圍。第二十三頁，共四十三頁，2022年，8月28日

二、GB/T229-2007解讀冷卻介質(zhì)溫度在規(guī)定溫度±1℃內(nèi)，液體介質(zhì)保溫時間至少為5min，氣體介質(zhì)至少為20min。液體介質(zhì)中利用網(wǎng)柵存放試樣，網(wǎng)柵至少高于容器底部25mm，液體浸過試樣的高度至少為25mm，試樣據(jù)容器側(cè)壁至少10mm，連續(xù)均勻攪拌介質(zhì)使溫度均勻。氣體介質(zhì)應(yīng)注意試樣據(jù)低溫裝置內(nèi)表面及試樣間保持足夠的距離。高溫沖擊試驗：低于200℃時在規(guī)定溫度±2℃內(nèi)保溫至少10min；低于200℃時在規(guī)定溫度±5℃內(nèi)保溫至少20min；第二十四頁，共四十三頁，2022年，8月28日

二、GB/T229-2007解讀試驗保溫介質(zhì)試驗溫度,℃介質(zhì)>200空氣加熱200～>35高溫油<10～0水+冰0～-70乙醇+干冰-70～-105無水乙醇+液氮-105～-192液氮第二十五頁，共四十三頁，2022年，8月28日

二、GB/T229-2007解讀試樣轉(zhuǎn)移對高低溫沖擊試驗規(guī)定試樣從裝置中移出至打斷時間應(yīng)不大于5秒。使用V型缺口自動對中夾鉗轉(zhuǎn)移試樣，與試樣一起保溫。為保證試樣在打擊瞬間溫度處于規(guī)定范圍，建議采用過冷或過熱法補(bǔ)償溫度損失值。試驗機(jī)能量范圍試樣吸收能量不應(yīng)超過實際初始勢能的80%，如果試樣吸收能量超過此值，在試驗報告中應(yīng)報告為近似值并注明超過試驗機(jī)能力的80%。第二十六頁，共四十三頁，2022年，8月28日

二、GB/T229-2007解讀試樣未完全斷裂對于試樣試驗后沒有完全斷裂，可以報出沖擊吸收能量，或與完全斷裂試樣結(jié)果平均后報出。由于試驗機(jī)打擊能量不足，試樣未完全斷開，吸收能量不能確定，試驗報告應(yīng)注明用×J的試驗機(jī)試驗，試樣未斷開。試樣卡錘如果試樣卡在試驗機(jī)上，試驗結(jié)果無效，應(yīng)徹底檢查試驗機(jī)，否則試驗機(jī)的損傷會影響測量的準(zhǔn)確性。第二十七頁，共四十三頁，2022年，8月28日

二、GB/T229-2007解讀斷口檢查和結(jié)果讀取試樣標(biāo)記不能在明顯變形部位；沖擊吸收能量結(jié)果至少估讀到0.5J，至少保留兩位有效數(shù)據(jù)。不同類型和尺寸試樣的試驗結(jié)果不能直接對比和換算。第二十八頁，共四十三頁，2022年，8月28日

二、GB/T229-2007解讀試驗報告必要內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)編號；試樣相關(guān)資料；缺口類型；試樣尺寸；試驗溫度；吸收能量類型KV2，KU8等；影響試驗的異常情況?？蛇x內(nèi)容試樣取向試驗機(jī)標(biāo)稱能量纖維面積側(cè)膨脹值轉(zhuǎn)變溫度未完全斷裂試樣數(shù)第二十九頁，共四十三頁，2022年，8月28日

二、GB/T229-2007解讀側(cè)膨脹值測量用缺口根部的變形量來分析材料抵抗三軸應(yīng)力斷裂的能力。斷面相對側(cè)的膨脹量代表壓縮量（由于壓縮變形測量困難）。側(cè)膨脹值=斷面兩側(cè)最大膨脹值之和。測量儀器：游標(biāo)卡尺和圖像分析儀。第三十頁，共四十三頁，2022年，8月28日

二、GB/T229-2007解讀斷口形貌測量沖擊試樣斷口上有纖維區(qū)、放射區(qū)（結(jié)晶區(qū)）和剪切唇。不同溫度下，上述三個區(qū)的相對面積不同；結(jié)晶區(qū)的面積隨溫度變化而變化，一般結(jié)晶區(qū)面積百分比增大表示材料變脆。第三十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日

二、GB/T229-2007解讀斷口形貌測量宏觀：纖維區(qū)灰大小微觀：韌窩大小與深淺

穿晶斷裂解理面（晶面）斷裂第三十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日

二、GB/T229-2007解讀斷口形貌測量

剪切斷面率用來評定沖擊試樣的斷口表面。其值越高，材料的韌性越好。大多數(shù)夏比沖擊試樣的斷口形貌為剪切和解理斷裂的混合狀態(tài)。通常使用以下方法測定纖維斷面率：a)測量斷口晶狀斷裂部分（即“閃亮”部分）的長度和寬度，查表計算纖維斷面率；第三十三頁，共四十三頁，2022年，8月28日

二、GB/T229-2007解讀b)使用圖示的斷口形貌卡與試樣斷口進(jìn)行比較；第三十四頁，共四十三頁，2022年，8月28日

二、GB/T229-2007解讀c)將斷口放大，并與預(yù)先制好的對比圖進(jìn)行比較，用求積儀測量的纖維斷面率（100%）減去晶狀斷面率計算；d)斷口拍成放大照片，用求積儀測量纖維斷面率（100%）減去晶狀斷面率計算；e)用圖像分析技術(shù)測量纖維斷面率。第三十五頁，共四十三頁，2022年，8月28日

二、GB/T229-2007解讀低溫脆性體心立方晶體金屬及合金或某些密排六方晶體金屬及其合金，特別是工程上常用的中、低強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼（鐵素體－珠光體鋼），在試驗溫度低于某一溫度tk時，會由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂機(jī)理由微孔聚集型變?yōu)榇┚Ы饫恚瑪嗫谔卣饔衫w維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是所謂的低溫脆性現(xiàn)象。金屬的低溫脆性是由于金屬的屈服強(qiáng)度隨溫度降低而升高造成的。第三十六頁，共四十三頁，2022年，8月28日

二、GB/T229-2007解讀韌脆轉(zhuǎn)變曲線研究低溫脆性的主要問題是確定韌脆轉(zhuǎn)變溫度。試驗方法：將試件冷卻到不同溫度測定沖擊功AK，得到斷口形貌特征與溫度的關(guān)系曲線，然后按照一定的方法確定韌脆轉(zhuǎn)變溫度。轉(zhuǎn)變溫度tk稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度，也稱為冷脆轉(zhuǎn)變溫度，面心立方金屬及其合金一般沒有低溫脆性現(xiàn)象。由于材料化學(xué)成分的統(tǒng)計性，韌脆轉(zhuǎn)變溫度實際上不是一個溫度而是一個溫度區(qū)間。第三十七頁，共四十三頁，2022年，8月28日

二、GB/T229-2007解讀韌脆轉(zhuǎn)變曲線沖擊吸收能量與溫度曲線（KV-T曲線）表明，對于給定形狀的試樣，沖擊吸收能量是試驗溫度的函數(shù)，如圖所示。通常曲線是通過擬和單獨的試驗點得到的。曲線的形狀和試驗結(jié)果的分散程度取決于材料、試樣形狀和沖擊速度。出現(xiàn)轉(zhuǎn)變區(qū)的曲線，具有轉(zhuǎn)變區(qū)(1)、上平臺(2)和下平臺(3)。第三十八頁，共四十三頁，2022年，8月28日

二、GB/T229-2007解讀轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度Tt表征沖擊吸收能量-溫度曲線陡峭上升的部分。這部分一般出現(xiàn)在較寬的溫度范圍，因此應(yīng)用中轉(zhuǎn)變溫度要明確定義為一個溫度?？捎萌缦聨追N判據(jù)規(guī)定轉(zhuǎn)變溫度：a)沖擊吸收能量達(dá)到某一特定值（例如KV8=27J）的溫度；（能量）b)沖擊吸收能量達(dá)到上平臺某一百分?jǐn)?shù)（例如50%）的溫度；（能量）c)纖維斷面率達(dá)到某一百分?jǐn)?shù)（例如50%）的溫度；（斷口形貌）d)側(cè)膨脹值達(dá)到某一個量（例如0.9mm）的溫度；（變形能力）用以確定轉(zhuǎn)變溫度的方法應(yīng)在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，或通過協(xié)議規(guī)定。第三十九頁，共四十三頁，2022年，8月28日

三、回火脆轉(zhuǎn)變溫度回火脆性研究利用一定沖擊功下的轉(zhuǎn)變溫度或斷口轉(zhuǎn)變溫度的上升量來反映發(fā)生回火脆性的材料韌性降低的現(xiàn)象，并由此來評價回火脆化程度?；鼗鸫嘈赞D(zhuǎn)變溫度的檢驗是將同件產(chǎn)品的材料,采用兩種熱處理方式進(jìn)行熱處理。其中一部分材料進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理,為調(diào)質(zhì)態(tài);另一部分材料進(jìn)行模擬熱處理稱為模擬態(tài)。調(diào)質(zhì)態(tài)與模擬態(tài)的材料在8個不同溫度下分別進(jìn)行3個試樣的沖擊韌性試驗(采用夏氏V型缺口沖擊試樣),找出材料隨著溫度的降低由韌性轉(zhuǎn)變成脆性過程中沖擊功變化趨近于零的一系列試驗數(shù)據(jù)。以沖擊功作為縱坐標(biāo),溫度為橫坐標(biāo),將不同溫度的沖擊功數(shù)據(jù)標(biāo)在該坐標(biāo)系上,分別連接調(diào)質(zhì)態(tài)和模擬態(tài)的數(shù)據(jù)點所得到的曲線圖形稱為回火脆性轉(zhuǎn)變溫度曲線。第四十頁，共四十三頁，2022年，8月28日

三、回火脆轉(zhuǎn)變溫度回火脆性研究回火脆性曲線的繪制方法。該方法包括以下步驟：（１）通過