鋼材夏比V型缺口擺錘沖擊試驗(yàn)儀器化試驗(yàn)方法課件

GB/T19748-2005鋼材夏比V型缺口擺錘沖擊試驗(yàn)儀器化試驗(yàn)方法前言本標(biāo)準(zhǔn)修改采用國際標(biāo)準(zhǔn)ISO14556-2000《鋼夏比V型缺口擺錘沖擊試驗(yàn)儀器化實(shí)驗(yàn)方法》。與國際標(biāo)準(zhǔn)主要差異：刪去國際標(biāo)準(zhǔn)的前言；用小數(shù)點(diǎn)“.”代替小數(shù)點(diǎn)“，”；在“規(guī)范性引用文件”中引用了與國際標(biāo)準(zhǔn)相對應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)；

兩處術(shù)語修改：：裂紋啟裂力（crackinitiationforce),改為：不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始力(crackinitiationforceofunstablecrackpropagation)；：裂紋終止力(crackarrestforce),改為：不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展終止力(crackarrestforceofunstablecrackpropagation)。相應(yīng)的位移、及能量、也作相應(yīng)的修改。增加附錄D,把沖擊功分解成裂紋形成能和裂紋轉(zhuǎn)播能。1范圍

適用于鋼材試樣的夏比V型缺口擺錘沖擊試驗(yàn)，測定與斷裂狀態(tài)相連系的特征能量，特征力和特征位移。2引用標(biāo)準(zhǔn)GB/T229金屬夏比缺口沖擊試驗(yàn)方法GB/T3808擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)的檢驗(yàn)3術(shù)語和定義3.1力的特征值屈服力：，力－位移曲線從直線上升部分向曲線上升部分轉(zhuǎn)變點(diǎn)的力。最大力：，力－位移曲線上力的最大值。不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始力：，力－位移曲線急劇下降開始時(shí)的力。不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展終止力：，力－位移曲線急劇下降終止時(shí)的力。3.2位移特征值屈服位移：，與屈服力相對應(yīng)的位移。最大力時(shí)的位移：，與最大力相對應(yīng)的位移。不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始位移：，不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展開始時(shí)的位移。不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展終止位移：，不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展開始時(shí)的位移?？偽灰疲?，力－位移曲線結(jié)束時(shí)的位移。

3.3沖擊能量特征值

最大力時(shí)的能量:，力-位移曲線下從s=0到s=sm的面積.

不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始能量:，力-位移曲線下從s=0到s=siu的面積.

不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展終止能量:，力-位移曲線下從s=0到s=sa的面積.

總沖擊能量:，力-位移曲線下從s=0到s=st的面積.4試驗(yàn)原理

通過擺錘一次打擊夏比沖擊試樣,測量和記錄力-位移曲線,該曲線下的面積為沖擊吸收能量.根據(jù)力-位移曲線推斷試樣變形和斷裂的特性.5力-位移曲線方程

為了通過儀器化沖擊試驗(yàn)獲得試樣相關(guān)的特征能量,特征位移和特征力,必須要獲得力-位移曲線的表達(dá)方程.

根據(jù)牛頓定律:(1)

和加速度,速度及位移的表達(dá)式:(2)

(3)

(4)（力F,加速度a,速度v,位移s都是時(shí)間的函數(shù).）從式(1)和式(2),可有:(5)

(6)(7)

因?yàn)闆_擊過程中,擺錘速度是減速,即加速度a是負(fù)的,所以有:(8)根據(jù)速度與位移的關(guān)系,可得到:(9)(10)式(10)即為位移方程(位移表達(dá)式).根據(jù)動(dòng)能與勢能的關(guān)系:(11)得到擺錘的初始速度

(12)

時(shí)間t為可測的量,由計(jì)算機(jī)的時(shí)基確定.力-時(shí)間曲線(F(t)-t曲線)通過力傳感器系統(tǒng)測定.力F(t)對時(shí)間雙積分根據(jù)力-時(shí)間曲線計(jì)算:(12)而

(13)

式(12)是“力-時(shí)間曲線(F-t曲線)”下的面積At.式(13)是“面積-時(shí)間曲線(At-t曲線)”下的面積.所以說,只要沖擊試驗(yàn)時(shí)測出“F－t曲線”,就可以獲得“力-位移曲線”,進(jìn)而測定特征力,特征能量,特征位移.圖1夏比沖擊力-位移曲線和特征值（示意）F0SgySmSiu=SacdefFgyFmFiuSFa

圖2F-t曲線和At-t曲線下的面積（示意）Ft00tAA-t曲線F-t曲線Attt0t0At6試驗(yàn)機(jī)允許誤差6.1沖擊試驗(yàn)機(jī)的誤差要求與GB/T229標(biāo)準(zhǔn)對試驗(yàn)機(jī)的要求相同，校準(zhǔn)方法亦相同。但對于力－位移測量系統(tǒng)的誤差按照以下6.2~6.5的要求。6.2測力系統(tǒng)的靜態(tài)線性誤差要求在測量范圍的10%~50%范圍:±1%;

在測量范圍的50%~100%范圍:±2%.

如力傳感器單獨(dú)校準(zhǔn)時(shí):±1%.6.2測力系統(tǒng)的頻率響應(yīng)≥100HZ.對于鋼試樣,信號上升時(shí)間≤3.5μs.6.3位移測量系統(tǒng)誤差位移傳感器測量上限為30mm.在1mm~30mm

范圍內(nèi)測量誤差:±2%.6.4在力-位移曲線下的總能量,與表盤指示能量應(yīng)≤±5J.7力位移曲線評定7.1為了簡化評定,把力-位移曲線分類為A,B,C,D,E和F六種,見標(biāo)準(zhǔn)中的圖3.能量由小到大的順序,從脆到韌.7.2特征力測定屈服力Fgy:

力-位移曲線第2峰的急劇上升部分與擬合曲線(穿過振蕩曲線擬合曲線)的交點(diǎn)的力值，參見標(biāo)準(zhǔn)中圖2和圖3的C,D,E和F.

最大力Fm:

穿過振蕩曲線擬合曲線上的最大力值，參見標(biāo)準(zhǔn)中圖2和圖3的C,D,E和F.

不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始力Fiu：擬合曲線與力－位移曲線在最大力之后曲線急劇下降開始時(shí)的力，如果該點(diǎn)與最大力值重合，則FIU=Fm（參見標(biāo)準(zhǔn)中的圖3的C，D和E）。不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展終止力Fa：力－位移曲線急劇下降終止時(shí)與其后的力－位移曲線的交點(diǎn)的力，參見標(biāo)準(zhǔn)中圖3的A,B,C,D,和E，（對于標(biāo)準(zhǔn)中圖3的A、C型曲線，F(xiàn)a=0）。7.3位移特征值的測定

按照測定的特征力對應(yīng)的橫坐標(biāo)確定為特征位移。當(dāng)力－位移曲線不與橫坐標(biāo)軸相交時(shí)，取F=0.02Fm所對應(yīng)的橫坐標(biāo)確定為終點(diǎn)計(jì)算總位移。7.4沖擊能量值特征值的測定

（參見標(biāo)準(zhǔn)中圖3）

最大力能量Wm：力－位移曲線下從s=0到s=sm的面積。不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展起始能量Wiu：力－位移曲線下從s=0到s=siu的面積。不穩(wěn)定裂紋擴(kuò)展終止能量Wa：力－位移曲線下從s=0到s=sa的面積。

總沖擊能量Wt：力－位移曲線下從s=0到s=st的面積。（由于力－位移曲線在Fiu和Fa之間急劇下降，一般都會(huì)產(chǎn)生Wiu≈Wa。）

裂紋形成能量Wi

：力－位移曲線下從s=0到s=sm的面積近似地Wi≈Wm。裂紋擴(kuò)展能量WP：力－位移曲線下從s=sm到s=st的面積,即WP=Wt-Wi7.5韌性斷面率的測定

力－位移曲線或力－時(shí)間曲線沒有呈現(xiàn)急劇下降(見標(biāo)準(zhǔn)中圖3的F型曲線。則斷裂表面的韌性斷面率可定義為斷裂表面的100％；如果力發(fā)生急劇下降，則下降的數(shù)量與力的特征值有關(guān)，韌性斷面率可參見標(biāo)準(zhǔn)的附錄C,近似測定。

附錄C中給出的公式是“經(jīng)驗(yàn)公式”，并不是一般通用性的。按照附錄所述，誤差可能達(dá)20％。在實(shí)際試驗(yàn)觀測中發(fā)現(xiàn)，韌性斷面率（剪切面積百分?jǐn)?shù)）與差量Fiu-Fa關(guān)系密切，這差量增加，韌性斷面率隨之增加，當(dāng)為零時(shí)，韌性斷面率100％，于是結(jié)構(gòu)一個(gè)函數(shù)表達(dá)這種趨向：

（14）

這是基本表示式，附錄中其他公式是在這公式基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正和細(xì)化，但都是帶近似性的。盡管公式帶經(jīng)驗(yàn)性，但給實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測定夏比沖擊試樣韌性斷面率的方法指引出一種方向。7.6儀器化沖擊試驗(yàn)與傳統(tǒng)沖擊試驗(yàn)的異同

試驗(yàn)原理和試驗(yàn)過程上，兩者沒有本質(zhì)的區(qū)別，都是用規(guī)定形狀和尺寸帶單邊缺口（V形缺口）的夏比試樣，通過擺錘一次打擊沖斷試樣，測定沖擊性能。但對有用信息的獲得和測定上有本質(zhì)的區(qū)別。儀器化沖擊能獲得力－位移曲線的全部信息，測定與試樣斷裂行為相連系的特征值（包括力，位移和能量）從而推斷材料特性。而傳統(tǒng)的沖擊試驗(yàn)不能獲得力－位移曲線，僅僅測定斷裂總能量AK單一特征值。隨技術(shù)的發(fā)展，將來儀器化沖擊試驗(yàn)會(huì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的沖擊試驗(yàn)。

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