E2306.docx
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E2306
标号:
E23–06
金属材料的1缺口试杆冲击方法
该标准的发行固定标号为E23；紧随标号其后的号码表示最初采用年限，如有修订，即为最后修订年限。
圆括号内的数字表示最近一次重新核定的年限。
上标ε表示自最后修订或重新核定以来的编辑上的变动。
该标准批准国防部各局使用。
1.范围
1.1这里的测试方法主要对金属材料夏比（简支梁）冲击试验和Izod（悬臂梁）冲击测试进行了说明。
其中对试验样品，试验步骤，试验报告、检定夏比冲击机（见附件A2）的测试机（见附件A1）、备用试样配件（见附件A3）、预裂夏比V型缺口试样（见附件A4）,试样定位（见附件A5）,确定断裂冲击试样表面切变断面的百分比（见附件A6）。
此外，还介绍说明了缺口冲击试验的意义（见附录X1）以及测量冲击中心的方法（见附录X2）。
1.2测试方法中并未说明在温度低于–196°C（–320°F,77K）时冲击试验会产生的有关问题。
1.3以SI为单位的数值将被作为标准值，in-磅为单位的数值仅供参考。
1.4该标准不以提供安全信息为主旨，若有，则与其使用有关。
该标准的使用者应在使用前制定适当的安全卫生规范并确定规范的适用范围。
具体的防范说明见第5节。
2.引用文件
2.1ASTM标准：
2
E177ASTM试验方法中术语精确性和偏差的使用规程
1本规范由ASTM金属覆层钢铁产品委员会E28归口，直接由冲击试验委员会E28.07负责。
现行版本于2006年4月1日核准，于2006年6月出版，最初于1933年核准，上次版本为E23-05，核准于2005年。
2涉及ASTM标准，请访问ASTM网站,www.astm.org,或通过发送电子邮件到：
service@astm.org.联系ASTM客服。
关于ASTM标准年报（AnnualBookofASTMStandards）的相关信息，请查看ASTM网站标准文件摘要页面。
E399金属材料线性——弹性平面应变断裂韧性KIc的试验方法
E604金属材料动态断裂试验方法
E691开展实验室间研究确定试验方法精度的规程
E1313计算机化金属材料性能数据用的标准数据记录编制指南
3.试验方法摘要
3.1冲击试验的主要特征有：
合适的试样（不同品种试样，要经过验证）,一套铁砧，一个供试样放置接受活动物体冲击的支架，一个具有足够能量可以击裂位于其运动路径上的试样的活动物体，和一个用来测量断裂试样吸收的能量的设备。
4.意义和用途
4.1当受单一施加力影响从而产生多轴压力和缺口，并伴随高效率的荷载，有时还会产生高温或者低温，这样的情况下，这里的冲击试验方法尤其与金属的表现有关。
据发现，当与使用情况联系起来看时，某些试验材料在一定的温度下的缺口冲击试验结果，能用来精确预测脆性断裂的可能性。
详细信息见附录X1.
5.摆锤冲击机操作防范
5.1应该采取安全措施保证人员不受锤摆、飞溅的断裂试样、以及与试样有关的冷热危险介质的伤害。
6.设备
6.1一般要求：
6.1.1冲击试验机器应为硬质摆锤式。
6.1.2试验机器应该按照附件A1的要求设计制造。
6.2审核和检验
6.2.1附件A2.2和A2.3中为冲击机直接检验程序。
A2.2中所列各项必须每年审核一次。
6.2.2A2.4为夏比V型缺口冲击试验机间接检验程序，检验使用检验试样。
夏比冲击机必须进行年检。
7.试样
7.1配置和定位:
7.1.1试样必须为适用规范中的规定材料。
试样定位应按照附件A5中的术语要求进行定义。
7.1.2试样类型的挑选主要取决于被测物质的特点。
给定的试样可能无法达到有色软金属和硬化钢那样的满意度；因此，许多试样需要验证。
总的来说，极柔软物质或在低测试速率情况下，需要区分锋利缺口与口深的缺口。
7.1.3图1和图2中的试样使用度最广泛并且满意度最高。
这类试样尤其适合黑金属，锻铁3除外。
7.1.4常见适用于锻模压铸铝合金的试样参见图3。
7.1.5常见适用于金属粉（P/M）的试样参见图4和图5。
试样表面可以为制备状态，或机器加工磨平,但是没有必要进行抛光。
无缺口试样与P/M材料一起使用。
在P/M材料中，冲击试验的结果受试样定位影响。
因此，除有另行说明，试样在冲击机中的摆放位置应该有利于锤摆冲击与压制方向平行的面。
7.1.6小尺寸和补充试样推荐见附件A3。
7.2试样加工：
7.2.1在最终热处理后，除非能证明热处理前加工的试样的冲击特性与热处理后加工的试样完全一致，否则在对热处理后的材料估值时，试样应进行最终加工，包括开缺口。
3《学报》，ASTM，33卷，第一部分，1933年版，《XV委员会关于锻铁冲击试验委员会A-3的报告》.
注1—以下为允许变化范围：
到边缺口长度：
90±2°
邻边夹角90°±10最小
横截面±0.075mm（±0.003in.）
试样长度（L）+0,−2.5mm（+0,−0.100in.）
却口定中心（L/2）±1mm（±0.039in.）
缺口角±1°
缺口半径±0.025mm（±0.001in.）
缺口深度:
试样A±0.025mm（±0.001in.）
试样B和C±0.075mm（±0.003in.）
饰面要求2μm（63μin.）缺口正面和反面;4μm（125μin.）其它面
图.1夏比（简支梁）冲击试样,试样A,B,C
注1—以下为允许变化范围:
到边缺口长度90±2°
横截面±0.025mm（60.001in.）
试样长度+0,−2.5mm（±0,−0.100in.）
缺口角度±1°
缺口半径±0.025mm（±0.001in.）
缺口深度±0.025mm（±0.001in.）
邻边夹角90°±10最小
饰面要求2μm（63μin..）缺口正面和反面;4μm（125μin..）其它面
图.2Izod（悬臂梁）冲击试验试样,试样D
注1—可从此条处切取两份Izod试样。
注2—击打位置应在表面最窄处.
图.3压铸合金Izod冲击试验杆
注1—以下为允许变化范围:
邻边夹角90°±10最小
横截面±0.125mm（0.005in.）
试样长度+0,−2.5mm（+0,−0.100in.）
图.4金属粉结构部件夏比（简支梁）冲击试验试样
7.2.2缺口应该加工磨平但是不需要抛光。
但是，由于缺口大小不一会严重影响到试验结果，所以需要以图1中给出的规定公差（附录X1.2中说明了缺口大小不一对于试样A的影响）为准。
对于钥匙形缺口试样，圆孔应仔细慢速的钻出。
缝可以以任何可行的
方法切割，但是在切割中要注意保证不要损坏正对缝的钻孔正面。
7.2.3辨认标志只限设在试样的以下位置：
任一10mm直角处；如试样固定在砧上，则在试样的外侧（见注1）；或试样缺口背面。
试样任一面的缺口中心线15mm以内位置都不得有任何标志。
注1—以下为允许变化范围:
邻边夹角90°±10最小.
横截面±0.125mm（0.005in.）
试样长度+0,−2.5mm（+0,−0.100in.）
图.5金属粉结构部件Izod（悬臂梁式）冲击试验试样
可使用静电笔进行辨认，但要注意避免过热。
注1—给铁砧上的试样设置辨认标志时要谨慎。
若试验操作者不够小心，试样放入摆锤冲击机时会把辨认标志留在试样支架上。
这样，所得的能量吸收值则不可靠。
8.步骤
8.1仪器预备:
8.1.1每天，每次换班，或测试不常使用的摆锤冲击机前，都对摆锤冲击机实行常规检查。
建议将每次对机器的例行检查结果都记录下来。
确认测试机器符合附件A1和A2要求后，则按下列步骤进行常规检查：
8.1.1.1目测检查锤摆和铁砧是否有明显磨损和损坏。
8.1.1.2按下列程序检查机器的零位：
将锤摆抬到锁定位置，把指针调到靠近有效量程的最大容量处，松开锤摆，然后读出显示的数值。
在以能量为单位的机器上，指针应直接指零。
在读数以度为单位的机器上，根据机器制造商在机器上提供的转换表，指针所指读数也与零位对应。
注2—不补偿空气阻力和摩擦损耗的机器，指针不会指零。
这样，由于有摩擦损耗，读数被转换为能量值时要经过更正，这里假定摩擦损耗与摆弧成正比。
8.1.1.3为保证摩擦与空气阻力损耗保持在允许的范围内，建议进行以下步骤：
将锤摆抬升到锁定位置，指针移到负值，松开锤摆让其来回摆动5次（一次前摆一次后摆算一次）,在第六次前摆开始前，将指针设在量程的5到10%范围位置，在第六次后摆后（11次半）,记下指针所示数值，将读数转换为能量值（如需要），除以11（次半），然后又除以最大有效量程，再乘以100，得出摩擦率。
得出的摩擦和空气阻力损耗率值不得超出测试的量程容量范围的0.4%，对于之前机器摩擦率测量值的改动不得大于10%。
如摩擦和空气阻力损耗值超过0.4%或该损耗值与之前的测量值出入过大，则检查机器的指示部件，锁定高度，并检查磨损和损坏部件的轴承。
如果机器最近没有使用过，则让锤摆摆动50到100次，在维修机器前重复摩擦测试。
8.2试验温度考虑因素:
8.2.1试验温度影响着大多数物质的冲击特性。
对于中心为立体结构的物质，断裂的方式随温度的变化而发生过渡，这样的过渡取决于物质材料的化学成分与微结构。
可以选择固定的试验温度值来表现出物质的特性，或设定一个温度值范围来表现随温度变化裂纹的转换过渡区域，如，低层时的表现，或高层时的表现，或两者都有。
试验温度由实验方法使用者确定，并且取决于具体的应用环境。
.对于室温下进行的实验，推荐温度为20±5°C.
8.2.2离开温控环境，被转移的冲击机器上，然后完成断裂试验，在这些间隔中，试样的温度变化很大（见注5）。
在使用接近试样沸点的加热或制冷介质时，利用注5中参考数据或热电偶校准数据来确认试样在与锤摆接触时是否处于规定温度公差范围内。
若要过量隔热加热，则在断裂过程中在近缺口处监控试样温度。
8.2.3至少每六个月检验一次温度测量仪器。
若使用液体温度计，最初的检验则足以，但是该设备应对诸如液体分离这样的问题进行检查，每年至少两次。
8.2.4将试样在温控环境中保持在期望温度，变化不超过±1°C（±2°F）（见8.2.4.1和8.2.4.2）.倘若试样在断裂前那一刻的温度与维持的温度基本一致，则加热，冷却或
I
将试样转移至砧上，这样的方法都可以使用（见注5）。
由于试样从温度控制环境到进行冲击的间隔中允许的最大温度变化值取决于试验材料及其应用，所以这里并未给出具体数值。
采用非传统或较少使用的温度控制和转移方法者应说明冲击前试样温度的变化相当于或者小于标准规格的同类试样温度变化，这类标准规格的试样物质被保温于常用介质中（油、空气、氮气、丙酮、甲醇），并在5s内转移到冲击位置（见注5）。
过去有三种温度环境和转移方法：
液浴热环境，用定心卡具转移至试样架；炉温环境，自动转移到试样架；原位加热冷却后将试样放于试样架。
8.2.4.1液浴加热或冷却要使用适当的容器，该容器有网格或其它类型的试样固定器。
用至少25mm（1in）液体浸没试样，然后定位，使缺口区域到容器侧壁或底部的距离不超过25mm（1in），并且试样的任何部位都不得接触到容器。
将测量液浴温度的设备置于一组试样中间。
搅动液浴，并将温度保持在期望值，变化范围不超过±1°C（±2°F）.。
试验前试样必须保温至少5min，除非通过热电偶测量证明更短的保温时间有效。
测试前，将处理试样的器械（如：
夹具）放在液浴中至少5min，并在下一次测试前将器械送回液浴中。
8.2.4.2如使用气体介质，将试样固定让气体环绕，将气体维持在期望温度至少30min，变化范围不超过±1°C（±2°F）。
如未进行试样操作，则把用于将试样从介质中移出的器械留在介质中。
注3—高至+260°C（+500°F）的温度可以通过某些油类达到，而“闪点”温度则必须仔细观察。
注4—据发现，在低至–196°C（–320°F,77°K）的温度下进行的试验，标准试验程序对于大多数金属已经足够。
注5—一项研究显示，如转移至试样架，一份在水中加热至100°C的试样在5s中内能降低10°C
（1）4。
其它研究显示，通过在室温下使用温度高于沸点的冷却介质，在转移至铁砧的过程中，试样温度变化剧烈。
另外，有些物质由于隔绝加热，在低温状况下进行冲击试验时温度变化也十分剧烈。
（2）.
8.3夏比试验步骤:
8.3.1夏比试验步骤归纳如下：
将试样保温，靠铁砧置于试样架上；平稳放开锤摆，试样会受到锤摆的冲击。
从该机器和断裂试样上获取信息数据。
8.3.2将试样放入机器时，建议使用与图6所示类似的自动定心卡具（见A1.10.1）。
图6所示的卡具主要用于V型缺口试样。
若采用钥匙形缺口试样，则需要修改卡具设计。
若使用末端定心卡具，必须注意并保证低韧高强度试样不会弹出卡具进入锤摆从而导致失误。
这样的卡具多为机器永久固定装置，如在试验位置从试样末端到定心卡具之间的大概间隔不是13mm（0.5in），断裂的试样则可能弹入锤摆。
8.3.3试验前，将锤摆抬高至锁定位置，将能量指示器设到最大量程，或将读数调到初始位置，或二者都进行设置，把试样固定在铁砧上，然后松开锤摆。
如用液浴或气体介质进行温控，那么下列步骤要在5s内完成（标准为10×10×55mm的试样，见8.2.4）.用经过试样温度处理过的定位卡具将试样从冷却（或制热）介质中取出，放于试验位置，然后平稳松开锤摆。
如过将试样从保温浴取出，但是在5s内无法进行试验，那么将试样放回保温浴中，保温时间以8.2的要求为准。
8.3.3.1如裂开的冲击试样并未一分为二，试验报告中则写未断裂（分裂说明见9.2.2）。
对于吸收能量低于机器容量80％的未断裂试样，可以取其与断裂试样能量吸收值的平均值。
如果未提供详细数值，报告中未断裂试样的百分比则取平均值。
若吸收的能量超过机器容量的80％，并且试样完整从铁砧间通过，报告中则取近似值（见10.1），不要用该值与其它数值的平均值。
如未断裂的试样不是从铁砧间通过，（如止住锤摆），报告中的结果则应写：
超出机器容量。
一个试样仅可冲击一次。
8.3.3.2若试样堵塞机器，则忽略结果，全面检查机器确认是否有损害或对准误差，避免影响校准。
8.3.3.3在将锤摆锁定在其竖直（起始）位置时指针会晃动，为避免由此造成读数记录错误，则要在为下次试验锁定锤摆前读出本次试验指针下的数值。
8.4Izod试验步骤：
8.4.1Izod试验步骤归纳如下：
将试样固定于试样架，平稳松开锤摆.
44括号中的粗体数字是指该文结尾处的参考资料。
注1—除非另作说明，允许变化范围在61mm（0.04in.）之间.
试样深度,mm（in.）
基座宽（A）,mm（in.）
高度（B）,mm（in.）
10（0.394）
5（0.197）
3（0.118）
1.60～1.70（0.063～0.067）
0.74～0.80（0.029～0.033）
0.45～0.51（0.016～0.020）
1.52～1.65（0.060～0.065）
0.69～0.81（0.027～0.032）
0.36～0.48（0.014～0.019）
图.6V型缺口夏比试样定心卡具
数据来自冲击试验机和断裂试样。
详细内容如下：
8.4.2由于Izod试验的试样架通常是该机器基座的一部分，而且无法预先冷却（或加热），在非室温下进行此试验比较困难。
因此，并不推荐在非室温条件下进行Izod试验。
8.4.3将试样在支架卡具上夹牢，使缺口中心线位于卡具顶端平面，误差在0.125mm以内（0.005in）。
把能量指示器调至最大量程读数，然后平稳松开锤摆。
8.3.3.1-8.3.3.3小节也适用于Izod试样测试。
.
9.冲击试验可得数据
9.1在冲击试样瞬间冲击物的能量与断裂试样后剩下的能量之差则为吸收的能量值。
这个数值可由机器上直接读取，空气阻力与摩擦力能耗已经校正。
注6—若能保证测量的精确度，也可以采用其它的测量器具。
过去使用的测量器有光学编码器和应变摆锤。
9.2使用横向膨胀测量方法必须要考虑到，裂缝很少经过试样两边的最大膨胀点。
裂成两块的试样的最大膨胀点有可能在其中一半的两侧，也可能只在一侧，或者两侧都没有。
因此，试样每一半每个侧面上的膨胀部分都必须相对试样未变形部分平面进行测量，见图7。
例，如A1大于A2,而A3小于A4,那么横向膨胀为A1+A4的和.
图.7V型断口夏比冲击试验断裂样品横向膨胀测量，尺寸
A1,A2,A3,A4和原始宽度,W
9.2.1测量膨胀前，必须目测检查试样两半是否在冲击时有毛口生成，如果毛口影响到横向膨胀测量，则必须清除（用砂布或其它适宜的方法磨除），不过不要磨掉要测的突出部分。
然后检查每个断面，确定突出部位在接触铁砧、机器安装面等之类时没有受损。
有此类损伤的试样不得进行横向膨胀测量。
.
9.2.2横向膨胀测量报告应按如下要求写：
如果通过推挤未断裂但是铰接在一起的试样一下，然后就能轻松将其分开，那么在横向膨胀测量报告中该试样可以写为断裂，并且该未断裂试样测得的横向膨胀值（弯曲度前）等于或大于裂开试样部分的横向膨胀值。
若有试样不能分开的，而能够测量横向膨胀，只要能从试验过程中形成的铰接带中无阻碍的进入切变裂痕，那么该试样可以报告为未断裂。
.
9.2.3横向膨胀值可以很容易由图8（配件及详细信息见图9）中的测量器测得。
用这种测量仪器进行测量，按如下步骤进行：
使试样断开的两部分的压缩边相对，取一半断裂试样紧压于铁砧，然后记录下读数，在另一半试样上（同一面）做同样的测量，去掉两组值中的较低值，对断裂试样的另一面做同样的测量，取两面测得的最大值作为试样横向膨胀度写入测量报告。
9.3冲击试样断裂面上的切变裂缝百分比可以通过很多方法来测定。
可用的方法详见附件A6。
使用任何方法的人必须辨别出韧性裂纹稳定增长机制区和脆快裂纹扩展（非稳定裂纹增长机制）区。
裂纹面的典型区见图10，在其中的“平整裂纹”区中，不稳定裂纹以微秒级时速扩展。
夏比冲击试样裂纹表面的切变裂纹面积百分比通常按总的裂纹面积减去平整裂纹面积来计算得到。
此处所述的测量方法仅从宏观上估算平整裂纹面积（直接或间接），并不考虑该“平整”区域不稳定裂纹的具体样式。
平整裂纹区有可能是百分之百的断裂，也可能是兼有韧窝断口与开裂，或者是其它韧脆断口组合。
对于不稳定裂缝增长区域内韧性的估算不在这些方法的范围之内。
10.报告
10.1超出量程范围80％的能量吸收值都不准确，报告中应取近似值。
理想的冲击试验应在匀速冲击速度下进行。
在锤摆试验中，速度会随裂纹的扩展而增加。
对于具有冲击能量接近锤摆80％能量的试样，锤摆的速度在断裂过程中会减小（减至最初速度的45％），直到不再获得精确的冲击能量。
.
10.2对于商业验收测试，则按以下信息要求准备报告：
（每份试样）:
10.2.1试样种类（尺寸，如非完整试样）,
10.2.2测试温度,
10.2.3吸收能量，和
图.8夏比冲击试样横向膨胀测量仪
图.9横向膨胀测量器配件和详细资
注1—断裂面韧裂纹区的切变包括裂纹起源区，切变裂痕，以及最终裂纹区。
韧性不稳定裂纹增长区为平整或放射性裂纹区.图.10切变裂纹百分比的测定
10.2.4其它和约要求.
10.3对于非商业验收测试，除10.2中内容外，下列信息也写入报告:
10.3.1横向膨胀,
10.3.2未断裂试样,
10.3.3裂纹外观（切变%,见注A6.1）,
10.3.4试样定位，和
10.3.5试样位置.
注7—缺口冲击试验计算机化的推荐格式见规范E1313.
注8—当规定的试验温度为室温时，报告中则写实际温度。
11.精确与误差
11.1多个实验室研究使用高能和低韧CVN试样来发现CVN吸收能量中的变化源。
29个实验室，每个实验室测试一组含所有能级的试样，每组五份试样，所得数据已包含在内。
除限于两种能级外（由参照试样的实用性定），设计和数据分析都依据规范E691，详细信息ASTM研究报告,编号RR:
E28-1014.5
11.2精确度—以下精确信息（单位：
J和ft·Ibf）用于每个实验室的五个试验测定的CVN能量吸收平均值
材料
低能量
高能量
J
ft-lbf
J
ft-lbf
吸收能量
15.9
11.7
96.2
71.0
95%重复性限值
2.4
1.7
8.3
6.1
95%再制性限值
2.7
2.0
9.2
6.8
重复性限值和再制性限值以规范E177中定义为准。
试验结果中的标准偏差可用2.8除以上述限值得到。
5支持数据已归档于ASTM总部，可通过查找研究报告E28–1014获取。
11.3误差—CVN吸收能量误差无法确定。
锤摆设计的简单性由于机器和试样复杂的能耗机制而复杂化。
因此，测量值没有绝对的标准。
12.关键词
12.1夏比试验；裂纹外观；Izod试验；冲击试验；缺口试样；摆锤冲击机。
附件
（强制性信息）
A1.冲击机一般规格
A1.1冲击机结构应配置水准仪或机器加工面以便于摆锤轴承轴线达到水平，或，直接测量摆锤旋转轴线的水平度。
机器水平度应在3:
1000以内，并用螺栓安全固定于不薄于150mm（6in）的混凝土门上，若不可行，则将机器固定于质量不小于锤摆40倍的基座上。
螺栓应按机器制造商规范要求上紧。
A1.2机器上应配置刻度或数字显示器，以度或能为刻度，读数可在量程的0.25％左右。
A1.2.1刻度和数字显示器可以进行空气阻力与摆锤摩擦力能耗补偿。
任何位置的读数误差都不得超过量程范围的0.2％或读数的0.4%，以数值大者为准。
（见A2.3.8.）
A1.3在冲击方向的摆程中，总的机器摩擦与空气阻力能耗不得超过量程的0.75％，读数指示装置上显示的锤摆摩擦能耗不得超过量程的0.25%.摩擦和空气阻力能耗计算见A2.3.8.
A1.4锤摆位置，在自由垂挂时，锤摆应在离试样2.5mm（0.10in.）位置以内.锤摆在自由摆动中能量指示器在锤摆自由摆动时定位在读数0时，在锤摆锤摆靠紧试样时,读数应在量程的0.2％之内.摆锤摆幅平面应在3:
1000之内与夏比试样铁砧或Izod卡具的横向轴线垂直.
A1.5在施加于锤摆中心的相当于4％锤摆有效重力的横向力的作用下，锤摆的纵向游隙不能超过0.75mm（0.030in.）摆锤轴承的旋转隙间不得超过0.075mm（0.003in.）.
A1.6锤击中心的锤摆冲击速度（切向速度）不得小于3m/s也不大于6m/s（不小于10也不大于20ft/s）。
A1.7锁定位置的锤击中心高度，在自由下垂位置以上，应在量程容量除以根据A2.3.5.1中要求测得的支撑力所得结果的0.4%以内。
如果通过增加下落高度来
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