材料冲击实验.docx

材料冲击实验.docx

《材料冲击实验.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料冲击实验.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

材料冲击实验

材料冲击实验

5、描述材料和结构冲击的实验技术,包括测试手段和试验方法，并分别简单介绍其用途、优缺点。

材料冲击实验是一种动态力学实验，它是将具有一定形状和尺寸的U型或V型缺口的试样，在冲击载荷作用下折断，以测定其冲击吸收功

和冲击韧性值

的一种实验方法。

冲击试验是材料性能不可缺少的检验项目。

冲击功能够直观反应材料的冲击韧性。

1材料冲击实验原理

冲击实验通常在摆锤式冲击试验机上进行，其原理如图1a所示。

实验时将试样放在试验机支座上，缺口位于冲击相背方向，并使缺口位于支座中间（图1b）。

然后将具有一定重量的摆锤举至一定的高度

，使其获得一定位能

。

释放摆锤冲断试样，摆锤的剩余能量为

，则摆锤冲断试样失去的势能为

。

如忽略空气阻力等各种能量损失，则冲断试样所消耗的能量（即试样的冲击吸收功）为：

的具体数值可直接从冲击试验机的表盘上读出，其单位力J。

将冲击吸收功

除以试样缺口底部的横截面积

（cm2），即可得到试样的冲击韧性值

（J/cm2）：

对于CharpyU型缺口和V型缺口试样的冲击吸收功分别用

和

表示，它们的冲击韧性值分别用

和

表示。

作为材料的冲击抗力指标，不仅与材料的性质有关，试样的形状、尺寸、缺口形式等都会对

值产生很大的影响，因此

只是材料抗冲击断裂的一个参考性指标。

只能在规定条件下进行相对比较，而不能代换到具体零件上进行定量计算。

2实验设备

2.1冲击试验对试验机砧座和支座的要求

±0.1°。

图1冲击实验的原理图

2.2冲击试验机摆锤的要求

±1%。

2.3冲击试验机冲击刀的要求

3试样

3.1冲击试样的表面粗糙度和尺寸精度对冲击功的影响

面的表面粗糙度Ra1.6µm，两端面Ra25µm。

因为冲击试样的表面粗糙度对冲击功有一定的

影响，但是在通常情况下因为表面粗糙度而产生的影响是可以忽略不计的。

而试样缺口处的

表面粗糙度没有达到要求会造成冲击功偏低，不能忽略不计。

所以在制备试样的过程中必须

要保证试样缺口处的表面粗糙度。

图2不合格的刀具

对冲击吸收功不会产生大的影响，但是如果偏差过大，而试样缺口处的尺寸是精确的，这样

就使得缺口下面的高度偏大或是偏小，这样就会严重影响冲击吸收功。

而缺口处的尺寸精度

对冲击吸收功有着非常严重的影响。

若缺口深度偏大，则会造成冲击吸收功偏低；若缺口深

度偏小，则会造成冲击吸收功偏高。

但是，缺口尺寸无论是偏大还是偏小对剪切面积的评定

都不会产生影响。

3.2冲击试验当中，U型和V型缺口的适用情况。

在一般的老标准（80年代）当中，大多要求的是U型缺口；新标准，大多要求的是V

型缺口。

U型缺口试样的缺口较浅，缺口底部的弧度半径较大，较易制作，这种试样应力集中作用不太强，应力分布状态对试验时试样塑性变形的限制也不太大，所以冲击功和冲击值都较

高，脆性转变温度则较低，范围也较宽。

如表1所示夏比U型缺口试样尺寸。

上世纪70年代末，为适用《钢质海船建造规范》，又颁布了GB2106-1980金属夏比（V形缺口）冲击试验方法。

由于两种试样的缺口深度一样，而缺口底部半径不同，U型为1mm，

V型为0.25mm，因此，V型应力相对集中，当试样受到冲击时，就显得更敏感。

如表2所示夏比V型缺口试样尺寸。

其实，冲击试验有多种试验方法，亦有不同的尺寸、不同缺口和不同形状的试样。

它们应力集中作用及应力分布状态各不相同，对试验结果的影响有很大的差异，因此不能彼此比较或换算。

具体选择何种缺口型式的试样，应由构件（产品）规范和材料标准确定。

至于为何新标准多采用V型试样，除上述原因外，试样加工技术的提高亦是其中之一，现在加工V型缺口已有专用拉床，加工精度能达到规定要求。

4试验

4.1试样温度及温度测量

℃～35℃下进行.如要求严格,在控制室温20℃

±2℃下进行（国际标准规定23±5）℃℃

±2℃。

由于试样从高温炉移出,在室温环境和与支座接触,温度会降低,按本方法结合打击时间,需附加过热度（也应考虑过热对材料性能的影响）

±2℃。

由于试样从低温移出至室温环境和与支座接触,温度会升高,按本方法结合打击时间，需附加过冷度。

4.2试样定位

试样缺口形状的定位规.偏离越大,冲击吸收功增加越明显.。

≥13mm,以避免试样碰击到

定位杆（块）.

式中:

半长度膨账量,

线账系数,

试验温度，

室温。

4.3试验要求

图3冲击瞬间式样轨迹图

5实验步骤

（1）用卡尺测量缺口试样的宽度、缺口处的剩余厚度。

测量三次，取其平均值。

（2）了解冲击试验机的构造、工作原理、操作方法及安全注意事项。

（3）根据所测试样冲击韧性值的大小，选择度盘刻度（应使试样的冲击能量指示值

在度盘的10%~90%范围内），并装好相应的摆锤。

（4）不装试样，升起重摆空打一次，以校正试验机的零点位置。

（5）按“取摆”按钮，抬起并锁住摆锤；同时将指针拨至度盘的最大刻度处。

（6）检查支座间距离，对金属材料间距为40mm；对高分子材料为70mm。

（7）冷却试样；根据实验温度要求在低温恒温箱内放入试样，进行保温。

调节温

度时，要注意选好过冷温度，以补偿试样取出到冲断时温度的回升。

本实验的实

验温度可选择为室温、0℃、-20℃、-40℃、-60℃、-75℃。

每种温度下的冲击试

样不少于3个。

对材料的常温冲击实验，此步骤可省去，直接由步骤“6”转到

步骤“8”。

（8）将试样按规定放置在两支座上，试样支撑面紧贴在支撑块上，使冲击刀刃对

准缺口试样的中心。

应当注意，低温冲击实验中，试样取出到冲断的总时间不得

超过5s。

若超过5s，则应将试样放回低温恒温箱中重新冷却。

这项实验操作，

既要迅速，又要沉着，特别要注意安全，防止忙乱中造成事故。

所有参加实验人

员应有明确分工（如负责试样冷却、做记录、操作冲击试验机等）。

进行实验时，

不得在摆锤运动平面范围内站立、走动，一定要集中注意力，保持良好秩序。

（9）按下“冲击”按钮，摆锤下落，冲断试样。

（10）冲断试样后，按“制动”按钮，使摆锤制动。

（11）在度盘上读取并记录试样的冲击吸收功AKU（或AKV），然后将指针拔回。

（12）回收试样，用放大镜或体视显微镜观察断口形貌，并测量断口中纤维区或结

晶区的断口百分率。

6试验结果处理

（1）试验结果数据,至少保留2位有效数字。

根据冲击试验机的示值辨力,数据末位保留到分辨力为单位。

对于数字式,分辨力为末位跳动1个字码;模拟式,为最小分度值的一半。

（2）数据不做修约。

建议平均值数据可以多保留一位。

（3）由于冲击试验机打击能量不足,试样未折断时,在试验数据前加大于符号“＞”。

其他情况（指打击能量足够而未被折断情况）,注明“未折断”。

（4）不同缺口形状或不同尺寸的试样,试验结果不能直接换算（除非已通过试验准确获知换算关系）。

（5）试验后断口显现肉眼可见裂纹（例如淬火裂纹）或缺陷（例如夹渣,缩孔,异金属,分层,气孔等）,应注明。

（6）试验时误操作,数据无效；试验时出现卡锤现象,数据无效,（数据一般偏大。

7冲击试验断口评定方法

1）对于金属夏比冲击断口形貌的测定,目前的国家标准GB/T12778-1991《金属夏比冲击断口测定方法》规定了三种方法:

（1）比较法,

（2）直接测量法,（3）放大测量法.

2）结合标准规定的方法,通常采用的韧性断面率（纤维断面率）评定方法有5种方法:

（1）比较法:

采用将断口与如国际标准或美国ASTME23标准给定的标准实物断口形貌图比较确定.

（2）测量法:

测量断口晶状断裂部分面积的长度和宽度（作近似矩形面积）或上、下底高（作近似梯形面积）,计算其面积。

（3）放大测量法：

A.把试样断口拍片放大，利用求积仪测量。

B.利用低倍显微镜等光学仪器（图象分析技术）测量。

（4）用带标尺的方孔卡片法、网格卡片法。

3）夏比冲击断口形貌的评定,其准确度并不很高.按照英国标准BS131-5:

1965《结晶度的测定》提示,前述的“比较法”法,对于有经验的操作人员能达到约10%的准确度,而其他几种方法准确性相对高些.但比较法简单方便。

8冲击试验的优缺点

8.1冲击试验的优点

8.2冲击试验的缺点

冲击试验简便原始，测出的冲击性能单一（只能测冲击功），而且所测的冲击功缺乏明确的物理意义，不能作为表征金属结构件实际抵抗冲击荷载能力的韧性判断依据，只能相对近似地表征金属抵抗已发生断裂的再扩展能力。