第六章沖擊試驗

力學性能試驗培訓第六章金屬夏比沖擊試驗12/22/20241zzf第六章金屬夏比沖擊試驗前言第一節(jié)沖擊試驗原理第二節(jié)夏比沖擊試樣與試驗設備第三節(jié)常溫沖擊試驗第四節(jié)沖擊試驗影響因素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在因素。

12/22/20243zzf沖擊試驗標準GB/T229-2007金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法ISO148-1:2006,MOD代替GB/T229-19942008年6月1日實施其他相關標準GB/T18658-2002擺錘式沖擊試驗機檢驗用夏比V型缺口標準試樣GB/T3808-2002擺錘式沖擊試驗機的檢驗GB/T19748-2005鋼材夏比V型缺口擺錘沖擊試驗儀器化試驗方法12/22/20244zzf第一節(jié)沖擊試驗原理12/22/20245zzf試驗原理和適用范圍試驗原理：將規(guī)定幾何形狀的缺口試樣置于試驗機兩支座之間，缺口背向打擊面放置，用擺錘一次打斷試樣，測定試樣的吸收能量。適用范圍：測定金屬材料在夏比沖擊試驗中吸收能量的方法（V型和U型缺口試樣）。12/22/20246zzf沖擊試驗的應用作為韌性指標，為設計選材和研制新型材料提供依據檢查和控制冶金產品質量監(jiān)督熱加工工藝質量評定材料在不同溫度下的脆性轉化趨勢確定應變時效敏感性缺口敏感性指標。12/22/20247zzf術語及定義

實際初始勢能（勢能）Kp

：對試驗機直接檢驗測定的值。吸收能量K：由指針或其他指示裝置示出的能量值。KV和KU表示缺口幾何形狀，用下標數字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設備12/22/20249zzf標準尺寸沖擊試樣(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根據試驗材料的產品技術條件、材料的服役狀態(tài)和力學特性一般情況下，尖銳缺口和深缺口試樣適用于韌性較好的材料。當試驗材料厚度<10mm：寬度7.5mm、5mm或2.5mm的小尺寸試樣其他尺寸與標準試樣相同缺口開在試樣的窄面上。試樣的加工12/22/202411zzf名稱V型缺口試樣公稱尺寸機加工公差長度55mm±0.60mm高度10mm±0.075mm-標準試樣寬度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缺口對稱面-端部距離27.5mm±0.42mm缺口對稱面-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加工公差長度55mm±0.60mm高度10mm±0.11mm-標準試樣寬度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缺口對稱面-端部距離27.5mm±0.42mm缺口對稱面-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按相關產品標準或GB/T2975執(zhí)行，避免過熱或冷加工硬化試樣開切口的目的是為了在切口附近造成應力集中，使塑性變形局限在切口附近不大的體積范圍內，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力集中程度，從而影響該試樣的吸收能量，制備應特別仔細需熱處理的樣品，應在最后精加工前進行熱處理試驗前應對試樣進行適當標記，標記位置應盡量遠離缺口，且不得標在與支座、砧座或擺錘刀刃接觸的面上，試樣標記應避免對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：焊接接頭沖擊試驗時，試樣缺口位置應按要求開在焊縫、熔合線或熱影響區(qū)，缺口軸線應垂直焊縫表面。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應由產品技術條件規(guī)定為清楚地顯示出焊縫，開缺口前，可用硝酸酒精等試劑對試樣進行侵蝕，然后按要求進行劃線。

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沖擊試驗機由機架、擺錘、砧座、指示裝置及擺錘釋放、制動和提升機構等組成。分類：擺錘刀刃半徑：2mm，8mm送樣方式：手動送樣，自動送樣指示裝置：表盤式，數顯式沖擊試驗機應穩(wěn)定牢固地安裝在基礎上。所有測量儀器均應溯源至國家或國際標準并在合適的周期內進行校準12/22/202418zzf2mm擺錘刀刃8mm擺錘刀刃12/22/202419zzf試驗設備12/22/202420zzf第三節(jié)常溫沖擊試驗12/22/202421zzf試驗前準備工作注意試驗溫度無規(guī)定時，室溫沖擊試驗在23℃±5℃范圍進行（注意與其他力學性能試驗的室溫10℃~35℃不同）規(guī)定時，在規(guī)定溫度±2℃范圍內進行。檢查試樣尺寸用游標卡尺測量寬度、厚度、缺口處厚度；用光學投影儀檢查缺口尺寸。12/22/202422zzf試驗前準備工作選擇沖擊試驗機根據所試驗材料，估計試樣吸收能量大小，選擇合適的沖擊試驗機能力范圍，使試樣吸收能量K不超過實際初始勢能Kp的80﹪，試樣吸收能量K的下限建議不低于試驗機最小分辨力的25倍。根據相關產品標準規(guī)定選擇擺錘刀刃半徑(2mm或8mm)低能量的沖擊試驗，一些材料用2mm和8mm擺錘刀刃試驗測定的結果有明顯不同，2mm擺錘刀刃的結果可能高于8mm擺錘刀刃的結果試驗前應檢查并保證砧座跨距應為40+0.2mm。12/22/202423zzf試驗前準備工作進行空打試驗試驗前應檢查擺錘空打時的回零差或空載能耗：將擺錘揚起至預揚角位置，把從動指針撥到最大沖擊能量位置（如果使用的是數字顯示裝置，則應清零），釋放擺錘，讀取零點附近的被動指針的示值△E1（即回零差），擺錘回擺時，將被動指針撥至最大沖擊能量處，擺錘繼續(xù)空擊，被動指針被帶到某一位置，其讀數值為△E2，差值之半為該擺錘的能量損失值相對回零差不應大于0.1%（以最大量程300J為例，其回零差應不超過0.3J）。相對能量損失不應大于0.5%。12/22/202424zzf試驗操作要點試樣定位V型缺口自動對中夾鉗試樣缺口對稱面偏離兩砧座間的中點小于0.5mm小尺寸試樣進行低能量沖擊試驗時，應在支座上放置適當厚度的墊片，使試樣打擊中心高度為5mm（相當于寬度10mm標準試樣打擊中心的高度）小尺寸試樣進行高能量沖擊試驗其影響很小可不加墊片。12/22/202425zzfV型缺口夏比沖擊試樣對中夾鉗12/22/202426zzf試樣與擺錘沖擊試驗機支座及砧座相對位置12/22/202427zzf試驗操作要點操作過程將擺錘揚起并鎖住，從動指針撥到最大沖擊能量位置（數字顯示裝置清零），放好試樣，釋放擺錘使其下落打斷試樣，任其向前繼續(xù)擺動直到達到最高點后回擺動至最低點，使用制動閘將擺錘剎住使其停止在垂直穩(wěn)定位置，讀取吸收能量數值試樣數量試樣數量按相應產品標準規(guī)定由于沖擊試驗結果比較離散，試樣數量一般都不少于3個。12/22/202428zzf12/22/202429zzf實驗注意事項擺桿擺動平面的兩側設置安全網，以防止試樣斷裂飛出傷人。沖擊時在場人員須站在擺桿擺動平面的兩側，嚴防迎著擺錘站立。擺桿揚起，安放試樣時，任何人不準按動擺桿下落按鈕，以防擺桿下擺沖擊傷人。操作設備和安放試樣為一人。12/22/202430zzf沖擊試驗結果吸收能量有效位數吸收能量應至少保留兩位有效數字（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試驗中幾種情況的處理試樣吸收能超過試驗機能力的80﹪，在試驗報告中應報告為近似值并注明超過試驗機能力的80﹪。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果平均后報出。試驗機打擊能量不足使試樣未完全斷開，吸收能量不能確定，試驗報告應注明用×J的試驗機試驗，試樣未斷開。如果試樣卡在試驗機上，則試驗結果無效，應重新補做試驗此時應徹底檢查試驗機，以免試驗機受到損傷以影響測量的準確性。如斷裂后檢查顯示出試樣標記是在明顯的變形部位，試驗結果可能不代表材料的性能，應在試驗報告中注明。12/22/202432zzf沖擊吸收功結果判定第一次測試合格判據3個試樣沖擊功平均值

標準值小于標準值的試樣最多一個每個單個試驗值不小于標準值的70%。復試合格判據6個試樣沖擊功平均值

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

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與試驗機有關的因素試驗機的精度沖擊試驗機能量指示裝置的相對誤差尤其是能量指示裝置的回零差對沖擊試驗結果有直接影響。擺錘與機架的配合擺錘與機架的相對位置的正確性及穩(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于獲得準確試驗結果有很大的影響。12/22/202439zzf與試驗過程有關的因素試驗溫度對于大多數材料，吸收能量隨溫度而變化，因此，溫度控制的精度、保溫時間以及高溫、低溫沖擊試驗時試樣從保溫介質中移出至打斷的時間間隔都可能影響試驗結果。沖擊試樣的