沖擊輔導講義

1、 金屬材料沖擊試驗2.3.1.1 試驗標準中國國家標準GB/T2292007金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗方法國際標準 ISO 148 Metallic materials Charpy pendulum impact test-part 1:Test method 國外標準ASTM E23 Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials；2.3.1.2試驗原理（1）沖擊試驗原理n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，用擺錘一次打擊試樣，測定試樣的吸收能量。n由于大多

2、數(shù)材料沖擊吸收能量隨溫度變化，因此試驗應在規(guī)定溫度下進行。當不在室溫下試驗時，試樣必須在規(guī)定條件下加熱或冷卻，以保持規(guī)定的溫度。試驗設(shè)備要求n擺錘式?jīng)_擊試驗機主要由機架、擺錘、試樣支座、指示裝置及擺錘釋放、制動和提升機構(gòu)等組成。目前國產(chǎn)的擺錘式?jīng)_擊試驗機型號很多，如：JB-300A、JB-300B、JBG-300、JBD-300、JBD300A等，各種試驗機的基本技術(shù)參數(shù)是相同的，結(jié)構(gòu)形式及操作方法也基本致，例如最大打擊能量分別為300J(10J)和150J(10J)兩檔，打擊瞬間擺錘的沖擊速度在5.0m/s 5.5m/s之間，這些均符合GB/T229標準的要求，它們的主要區(qū)別在送樣方式(手動

3、或自動)和指示裝置(表盤或數(shù)顯)上；試驗設(shè)備要求 為避免其剛度下降而影響試驗結(jié)果，沖擊試驗機應穩(wěn)定牢固地安裝在厚度大于150mm的混凝土地基或質(zhì)量大于擺錘40倍的基礎(chǔ)上，同時試驗機的試樣支座及擺錘刀刃尺寸應符合圖3-的規(guī)定。試驗設(shè)備要求n對于新出廠的擺錘式?jīng)_擊試驗機，應按照GB3808擺錘式?jīng)_擊試驗機進行驗收檢查，對于日常使用的試驗機，應定期按JJGl45擺錘式?jīng)_擊試驗機檢定規(guī)程進行檢定。試驗設(shè)備要求n將試驗溫度穩(wěn)定在規(guī)定值的士2之內(nèi)。同時，當使用液體介質(zhì)加熱或冷卻試樣時，恒溫槽應有足夠容量和介質(zhì)，并應對介質(zhì)進行攪拌，以避免介質(zhì)溫度的不均勻性。試驗設(shè)備要求n三、溫度控制系統(tǒng)n高溫沖擊試驗中，溫

4、度控制裝置一般由加熱爐、溫度控制儀器及熱敏元件3部分組成。對于低溫沖擊試驗，常用的有3種制冷和控溫裝置(方法)：使用液體冷卻試樣，通過低溫液體使試樣達到規(guī)定的低溫，常用的低溫冷卻介質(zhì)見表6；使用噴射冷源的氣體冷卻法，通過調(diào)節(jié)冷卻氣體的噴量來控制試樣的低溫溫度；采用壓縮機制冷的低溫槽來控溫。以上所采用的溫度控制裝置應能保證能 對試驗設(shè)備的要求 n進行沖擊試驗的設(shè)備為擺錘式?jīng)_擊試驗機，擺錘式?jīng)_擊試驗機主要由機架、擺錘、試樣支座、指示裝置及擺錘釋放、制動和提升機構(gòu)等組成。目前國內(nèi)外的擺錘式?jīng)_擊試驗機型號很多，各種試驗機的基本技術(shù)參數(shù)是相同的，結(jié)構(gòu)形式及操作方法也基本致，主要區(qū)別在送樣方式(手動或自動

5、)和指示裝置(表盤或數(shù)顯)上。試驗設(shè)備要求試驗設(shè)備要求n1).沖擊試驗機應穩(wěn)定牢固地安裝在厚度大于150mm的混凝土地基上，安裝應符合GB/T3808-2002擺錘式?jīng)_擊試驗機的檢驗。n對于日常使用的試驗機，應定期按JJGl45擺錘式?jīng)_擊試驗機檢定規(guī)程進行檢定。 試驗設(shè)備要求n2).擺錘刀刃半徑應為2mm和8mm兩種。用符號的下標數(shù)字表示：KV2或KV8。擺錘刀刃半徑的選擇應參考相關(guān)產(chǎn)品標準。n對于低能量的沖擊試驗，一些材料用2mm和8mm擺錘刀刃試驗測定的結(jié)果有明顯不同，2mm擺錘刀刃的結(jié)果可能高于8mm擺錘刀刃的結(jié)果。試驗程序n試驗程序n1).根據(jù)所試驗材料牌號和熱處理工藝，估計試樣沖擊吸

6、收能量的大小，選擇合適的沖擊試驗機，使試樣折斷的沖擊吸收能量在所用試驗機擺錘最大能量的1090范圍內(nèi)。試驗程序n2).試驗前應檢查砧座跨距，砧座跨距應保證在40+0.2mm以內(nèi)，試樣應緊貼試驗機砧座，錘刃沿缺口對稱面打擊試樣缺口的背面，試樣缺口對稱面偏離兩砧座間的中點應不大于0.5mm。n3).試驗前應檢查擺錘空打時的回零差或空載能耗。n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(shù)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(即回零差)，回零差不應超過最小分度值的14。試驗程序n4).將擺錘揚起至預揚角位置并鎖住，把從動指針撥到最大沖擊能量位置(如果

7、使用的是數(shù)字顯示裝置，則清零)，放好試樣，確認擺錘擺動危險區(qū)無人后，釋放擺錘使其下落打斷試樣，并任其向前繼續(xù)擺動，直到達到最高點并向回擺動至最低點時，使用制動閘將擺錘剎住，使其停止在垂直穩(wěn)定位置，讀取被動指針在示值度盤上所指的數(shù)值(數(shù)字顯示裝置的顯示值)，此值即為沖擊吸收能量。 試驗設(shè)備要求n四、溫度測量系統(tǒng)n高溫沖擊試驗時，一般采用熱電偶進行測溫，根據(jù)試驗溫度，選擇不同的熱電偶。對于很高溫度的試驗，可選用級鉑銠鉑熱電偶測量溫度，其示值允許誤差在0600時為l.5，6001600時為025；對于一般高溫沖擊試驗，可選用級鎳鉻鎳硅熱電偶，其示值允許誤差在400以下為3，400以上為075；對于3

8、00以下的溫度，可選用級銅康銅熱電偶，其允許誤差約為1；對于低溫沖擊試驗，一般選用最小分度值不大于1玻璃溫度計測溫。當使用熱電偶測溫時，其參考端溫度應保持恒定，偏差應不超過0.5，同時測溫儀器(數(shù)字指示裝置或電位差計)的誤差應不超過0.1。常溫沖擊試驗n沖擊試驗應在235進行。沖擊試驗的術(shù)語及定義 n1).能量n實際初始勢能（勢能）Kp n 對試驗機直接檢驗測定的值n2).吸收能量K n 由指針或其他指示裝置示出的能量值n注：用字母V或U表示缺口幾何形狀，用下標數(shù)字2或8表示擺錘刀刃半徑，例如KV2 。n3).試樣 n 根據(jù)試樣在試驗機支座上的試驗位置，沖擊試樣使用下列術(shù)語：n(1)高度h 開

9、缺口面與其相對面之間的距離。n(2)寬度w 與缺口軸線平行且垂直于高度方向的尺寸。n(3)長度L 與缺口方向垂直的最大尺寸。沖擊試驗使用的符號、名稱和單位n符號單位名稱KpJ實際初始勢能（勢能）FA%剪切斷面率hmm試樣高度KU2JU型缺口試樣在2mm擺錘刀刃下的沖擊吸收能量KU8JU型缺口試樣在8mm擺錘刀刃下的沖擊吸收能量KV2JV型缺口試樣在2mm擺錘刀刃下的沖擊吸收能量KV8JV型缺口試樣在8mm擺錘刀刃下的沖擊吸收能量Lemm側(cè)膨脹值lmm試樣長度Tt轉(zhuǎn)變溫度wmm試樣寬度試樣缺口尺寸及偏差 n名稱符號及序號V型缺口試樣U型缺口試樣公稱尺寸機加工偏差公稱尺寸機加工偏差長度高度a寬度a

10、標準試樣小試樣小試樣小試樣lhw55mm0.6mm55mm0.6mm10mm0.075mm10mm0.11mm10mm0.075mm10mm0.11mm7.5mm0.075mm7.5mm0.11mm試樣缺口尺寸及偏差n名稱符號及序號V型缺口試樣U型缺口試樣公稱尺寸機加工偏差公稱尺寸機加工偏差長度高度a寬度a標準試樣小試樣小試樣小試樣lhw55mm0.6mm55mm0.6mm10mm0.075mm10mm0.11mm10mm0.075mm10mm0.11mm7.5mm0.075mm7.5mm0.11mm5mm0.06mm5mm0.06mm2.5mm0.04mm-缺口角度1452-缺口底部高度28

11、mm0.075mm 8mmb5mmb0.09mm0.09mm缺口根部半徑30.25mm0.025mm1mm0.07mm缺口對稱面-端部距離a427.5mm0.42mmc27.5mm0.42mmc缺口對稱面-試樣縱軸角度-902902試樣縱向面間夾角5902902a：除端部外，試樣表面粗糙度應優(yōu)于Ra5m。b: 如規(guī)定其他高度，應規(guī)定相應偏差。c: 對自動定位試樣的試驗機，建議偏差用0.165mm代替0.42mm。試樣要求及要點 n1)一般要求n(1)標準尺寸沖擊試樣長度為55mm，橫截面為10mm10mm方形截面。在試樣長度中間有V型或U型缺口。試樣要求及要點試樣要求及要點n(2)如試料不夠制

12、備標準尺寸試樣，可使用寬度7.5mm、5mm或2.5mm的小尺寸試樣。n(3)試樣表面粗糙度Ra應優(yōu)于5m，端部除外。n對于需熱處理的試驗材料，應在最后精加工前進行熱處理，除非已知兩者順序改變不導致性能的差別。n(4)缺口幾何形狀n對缺口的制備應仔細，以保證缺口根部處沒有影響吸收能的加工痕跡。缺口對稱面應垂直于試樣縱向軸線。nV型缺口應有45夾角，其深度為2mm，底部曲率半徑為0.25mm，見圖3.36a)和表3.21。U型缺口深度應為2mm或5mm（除非另有規(guī)定），底部曲率半徑為1mm，見圖3.36b)和表3.21。試樣要求及要點n(5)試樣尺寸及偏差n規(guī)定的試樣及缺口尺寸及偏差在圖3.36

13、和表3.22中示出。n(6)試樣的制備n試樣樣坯的切取應按相關(guān)產(chǎn)品標準或GB/T2975的規(guī)定執(zhí)行，試樣制備過程應使由于過熱或冷加工硬化而改變材料沖擊性能的影響減至最小。n(7)試樣的標記n試樣標記應遠離缺口，不應標在與支座、砧座或擺錘刀刃接觸的面上。試樣標記應避免塑性變形和表面不連續(xù)性對沖擊吸收能量的影響。試驗溫度n對于試驗溫度有規(guī)定的，應在規(guī)定溫度2范圍內(nèi)進行。如果沒有規(guī)定，室溫沖擊試驗應在235范圍內(nèi)進行。1).低溫沖擊試驗n當使用液體介質(zhì)冷卻試樣時，試樣應放置于一容器中的網(wǎng)柵上，網(wǎng)柵至少高于容器底部25mm，液體浸過試樣的高度至少25mm，試樣距容器側(cè)壁至少10mm。應連續(xù)均勻攪拌介質(zhì)

14、以使溫度均勻。測得介質(zhì)溫度的儀器推薦置于一組試樣中間處。介質(zhì)溫度應在規(guī)定溫度1以內(nèi)，保持至少5min。當使用氣體介質(zhì)冷卻試樣時，試樣距低溫裝置內(nèi)表面以及試樣與試樣之間應保持足夠的距離，試樣應在規(guī)定溫度下保持至少20min。n注：當液體介質(zhì)接近沸點時，從液體介質(zhì)中移出試樣至打擊的時間間隔中，介質(zhì)蒸發(fā)冷卻會明顯降低試驗溫度。2).高溫沖擊試驗n對于試驗溫度不超過200的高溫試驗，試樣應在規(guī)定溫度2的液池中保持至少10min。對于試驗溫度超過200的試驗，試樣應在規(guī)定溫度5以內(nèi)的高溫裝置內(nèi)保持至少20min試樣的轉(zhuǎn)移n當試驗不在室溫進行時，試樣從高溫或低溫裝置中移出至打斷的時間應不大于5s。n轉(zhuǎn)移裝

15、置的設(shè)計和使用應能使試樣溫度保持在允許的溫度范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)移裝置與試樣接觸部分應與試樣一起加熱或冷卻。應采取措施確保試樣對中裝置不引起地能量高強度試樣斷裂后回彈到擺錘上而引起不正確的能量偏高指示。試樣端部和對中位置的間隙或定位部件的間隙應大于13mm，否則，在斷裂過程中，試樣端部可能回彈至擺錘上n注1:對于試樣從高溫或低溫裝置中移出至打擊時間在3s5s的試驗，可考慮采用過冷或過冷試樣的方法補償溫度損失，過冷度或過熱度參見表3.23和表3.24。對于高溫試樣應充分考慮過熱對材料性能的影響。表3.23 過冷溫度補償值n試驗溫度/ 過冷溫度補償值/n -192-100 34n -100-60 23n -

16、600 12表3.24 過熱溫度補償值n試驗溫度/ 過熱溫度補償值/n35200 15n200400 510n400500 1015n500600 1520n600700 2025n700800 2530n800900 3040n9001000 4050試驗機能力范圍n試樣吸收能量K不應超過實際初始勢能KP的80%，如果試樣吸收能超過此值，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%。建議試樣吸收能量K的下限應不低于試驗機最小分辨力的25倍。n注：理想的沖擊試驗應在恒定的沖擊速度下進行。在擺錘式?jīng)_擊試驗中，沖擊速度隨斷裂進程降低，對于沖擊吸收能量接近擺錘打擊能力的試樣，打擊期間擺錘速

17、度已下降至不能再準確獲得沖擊能量。試樣未完全斷裂n對于試樣試驗后沒有完全斷裂，可以報出沖擊吸收能量，或與完全斷裂后試樣結(jié)果平均后報出。n由于試驗機打擊能量不足，試樣未完全斷開，吸收能量不能確定，試驗報告應注明用J的試驗機試驗，試樣未斷開。試樣卡錘n如果試樣卡在試驗機上，試驗結(jié)果無效，應徹底檢查試驗機，否則試驗機的損傷會影響測量的準確性。斷口檢查n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(jié)果可能不代表材料的性能，應在試驗報告中注明。試驗結(jié)果n讀取每個試樣的沖擊吸收能量，應至少估讀到0.5J或0.5個標度單位（取兩者之間較小值）。試驗結(jié)果至少應保留兩位有效數(shù)字，修約方法按GB/T 817

18、0執(zhí)行。2.3.1.9 試驗報告2.3.2 鋼材夏比鋼材夏比V型缺口擺錘沖型缺口擺錘沖擊試驗儀器化試驗方法擊試驗儀器化試驗方法試驗標準（中國國家標準、國際標準） nGB/T 19748-2005 鋼材夏比V型缺口擺錘沖擊試驗儀器化試驗方法； nISO 14556-2000 鋼材夏比V-型缺口擺錘沖擊試驗（儀器化）方法 一、沖擊試驗技術(shù)基礎(chǔ)一、沖擊試驗技術(shù)基礎(chǔ)1.4 金屬沖擊試驗的主要術(shù)語U型缺口n截面具有U型狀，且規(guī)定深度和根部半徑的缺口 V型缺口n截面具有V 型狀，且規(guī)定深度和根部半徑的缺口儀器化沖擊試驗n采用帶有傳感器和計算機數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)的沖擊試驗機完成的沖擊試驗。一、沖擊試驗技術(shù)基

19、礎(chǔ)一、沖擊試驗技術(shù)基礎(chǔ)1.4 金屬沖擊試驗的主要術(shù)語一、沖擊試驗技術(shù)基礎(chǔ)一、沖擊試驗技術(shù)基礎(chǔ)1.4 金屬沖擊試驗的主要術(shù)語一、沖擊試驗技術(shù)基礎(chǔ)一、沖擊試驗技術(shù)基礎(chǔ)1.4 金屬沖擊試驗的主要術(shù)語一、沖擊試驗技術(shù)基礎(chǔ)一、沖擊試驗技術(shù)基礎(chǔ)1.4 金屬沖擊試驗的主要術(shù)語一、沖擊試驗技術(shù)基礎(chǔ)一、沖擊試驗技術(shù)基礎(chǔ)1.4 金屬沖擊試驗的主要術(shù)語影響沖擊試驗結(jié)果的主要因素 n金屬材料的沖擊性能和韌脆轉(zhuǎn)變溫度對材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)、宏觀缺陷及試驗條件都比較敏感，因此，影響沖擊試驗結(jié)果的因素很多，其中主要的影響因素有以下幾種：n一、與材料有關(guān)的因素n二、與樣品取樣和制備有關(guān)的因素n三、與試驗機有關(guān)的因素n四、與試驗過

20、程有關(guān)的因素影響沖擊試驗結(jié)果的主要因素n一、與材料有關(guān)的因素n樣品本身的化學成分、金相組織、晶粒度及是否含有夾渣、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(chǎn)生影響，這正是沖擊試驗得到廣泛應用的原因所在，從而也使沖擊試驗結(jié)果的分散性較大。可以通過對這些材料性能的了解，分析和解釋試驗數(shù)據(jù)，判斷試驗結(jié)果的準確性。影響沖擊試驗結(jié)果的主要因素n二、與樣品取樣和制備有關(guān)的因素n(一)樣品的取樣方向n 工程上使用的金屬材料，大多是軋制而成的，由于軋制時產(chǎn)生纖維組織對沖擊值有較大影響，因此，沿軋制方向取樣，垂直于軋制方向開缺口，沖擊值較高；垂直于軋制方向取樣，順著軋制方向開缺口，沖擊值較低。因此，沖擊樣品的取樣方向應按照產(chǎn)品標準和有關(guān)協(xié)議的要求進行。影響沖擊試驗結(jié)果的主要因素n(二)缺口的加工質(zhì)量n沖擊試樣的缺口深度、缺口根部曲率半徑及缺口角度決定著缺口附近的應力集中程度，從而影響該