金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法介紹專題培訓課件

金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法介紹金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法介紹1一、夏比擺錘沖擊試驗簡介二、GB/T229-2007解讀三、回火脆轉(zhuǎn)變溫度四、沖擊試驗標準對比

內(nèi)容概況一、夏比擺錘沖擊試驗簡介內(nèi)容概況2

一、夏比擺錘沖擊試驗簡介缺口效應

實際生產(chǎn)中的機件，絕大多數(shù)都不是截面均勻而無變化的光滑體，往往存在截面的急劇變化，如鍵槽、油孔、軸肩、螺紋、退刀槽及焊縫等，這種截面變化的部位可視為“缺口”。由于缺口的存在，在靜載荷作用下，缺口截面上的應力狀態(tài)將發(fā)生變化，產(chǎn)生所謂“缺口效應”，從而影響金屬材料的力學性能。

一、夏比擺錘沖擊試驗簡介缺口效應3

一、夏比擺錘沖擊試驗簡介缺口效應主要產(chǎn)生以下兩方面影響：

1.在缺口根部引起應力集中，并改變?nèi)笨谇胺降膽顟B(tài)；2.使塑性材料強度提高，塑性降低，即所謂的“缺口強化”。需要指出的是，缺口強化并不是金屬內(nèi)在性能發(fā)生變化，純粹是由于三向拉伸應力約束了塑性變形所致。無論是脆性材料還是塑性材料，其機件上的缺口都因造成兩向或三向應力狀態(tài)和應力應變集中而產(chǎn)生變脆傾向，降低了使用的安全性。一、夏比擺錘沖擊試驗簡介缺口效應主要產(chǎn)生以下兩方面影響：4

一、夏比擺錘沖擊試驗簡介沖擊試驗

一種動態(tài)力學性能試驗，主要用來測定沖斷一定形狀的試樣所消耗的功，又叫沖擊韌性試驗。(加載速度)

沖擊試驗機（擺錘式和落錘式）：手動沖擊試驗機、半自動沖擊試驗機、全自動沖擊試驗機。

根據(jù)試樣形狀和破斷方式，沖擊試驗分為彎曲沖擊試驗、扭轉(zhuǎn)沖擊試驗和拉伸沖擊試驗三種。橫梁式彎曲沖擊試驗法（charpy）操作簡單，應用最廣。在工程上主要是用它評定冶金質(zhì)量和加工工藝質(zhì)量，以及測定韌脆性轉(zhuǎn)變溫度。

為表征加載速率和缺口效應對金屬材料韌性的影響，需要進行缺口試樣的沖擊彎曲試驗。一、夏比擺錘沖擊試驗簡介沖擊試驗5

一、夏比擺錘沖擊試驗簡介夏比沖擊試驗(CharpyImpactTest)是用以測定金屬材料抗缺口敏感性(韌性)的試驗。制備有一定形狀和尺寸的金屬試樣(通常為10×10×55mm)，使其具有U形缺口或V形缺口，在夏比沖擊試驗機上處于簡支梁狀態(tài)，以試驗機舉起的擺錘作一次沖擊，使試樣沿缺口沖斷，用折斷時擺錘重新升起高度差計算試樣的吸收功，即為Aku(U型缺口)和Akv(V型缺口)?？稍诓煌瑴囟认伦鳑_擊試驗。吸收功值(焦耳)大，表示材料韌性好，對結(jié)構(gòu)中的缺口或其他的應力集中情況不敏感。

一、夏比擺錘沖擊試驗簡介夏比沖擊試驗(CharpyIm6

一、夏比擺錘沖擊試驗簡介一、夏比擺錘沖擊試驗簡介7

一、夏比擺錘沖擊試驗簡介夏比沖擊試驗常采用簡支梁沖擊，以擺錘沖擊試樣前后的能量差來計算出沖擊強度。一、夏比擺錘沖擊試驗簡介夏比沖擊試驗常采用簡8

一、夏比擺錘沖擊試驗簡介夏比沖擊試驗應用作為韌性指標，為設計選材和研制新型材料提供依據(jù)檢查和控制冶金產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督熱加工工藝質(zhì)量評定材料在不同溫度下的脆性轉(zhuǎn)化趨勢確定應變時效敏感性缺口敏感性指標。一、夏比擺錘沖擊試驗簡介夏比沖擊試驗應用9

一、夏比擺錘沖擊試驗簡介夏比沖擊試驗結(jié)果分散性相對大的原因來自兩方面：試驗因素；材料結(jié)構(gòu)。從試驗角度看，由于沖擊試驗是在動態(tài)力作用下進行的，因此影響試驗結(jié)果正確性和分散性的因素很多，試驗方法標準化的目的就是對各種影響沖擊試驗結(jié)果的因素進行限定，以得到準確的和可比較的試驗結(jié)果。一、夏比擺錘沖擊試驗簡介夏比沖擊試驗結(jié)果分散性相對大的10

二、GB/T229-2007解讀一、范圍規(guī)定了測定金屬材料在夏比沖擊試驗中吸收能量的方法，適用于V型和U型缺口試樣。不包括儀器化沖擊試驗方法，因為已有GB/T19748－2005《鋼材夏比V型缺口擺錘沖擊試驗儀器化試驗方法》。二、GB/T229-2007解讀一、范圍不包11

二、GB/T229-2007解讀二、規(guī)范性引用文件下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。

GB/T3808擺錘式?jīng)_擊試驗機的檢驗GB/T2975鋼及鋼產(chǎn)品力學性能試驗取樣位置及試樣制備

GB/T8170數(shù)值修約規(guī)則

JJG145擺錘式?jīng)_擊試驗機檢定規(guī)程二、GB/T229-2007解讀二、規(guī)范性引用文件G12

二、GB/T229-2007解讀三、術(shù)語實際初始勢能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力值KV2、KU2－2mm錘刃的沖擊值。KV8、KU8－8mm錘刃的沖擊值。試樣的幾何尺寸二、GB/T229-2007解讀三、術(shù)語吸收能量K—由指13

二、GB/T229-2007解讀沖擊吸收功：規(guī)定形狀和尺寸的試樣在沖擊試驗力一次作用下折斷時所吸收的功脆性斷面率：脆性斷口面積占試樣斷口總面積的百分率沖擊吸收功-溫度曲線：在一系列不同溫度的沖擊試驗中，沖擊吸收功與試驗溫度的關(guān)系曲線韌脆轉(zhuǎn)變溫度：在一系列不同溫度的沖擊試驗中，沖擊吸收功急劇變化或斷口韌性急劇轉(zhuǎn)變的溫度區(qū)域二、GB/T229-2007解讀沖擊吸收功：規(guī)定形狀和尺14

二、GB/T229-2007解讀四、符號二、GB/T229-2007解讀四、符號15

二、GB/T229-2007解讀五、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，用擺錘一次打擊試樣，測定試樣的吸收能量。由于大多數(shù)材料的沖擊值隨溫度變化，因此試驗應在規(guī)定溫度下進行。高溫沖擊試驗低溫沖擊試驗室溫沖擊試驗二、GB/T229-2007解讀五、原理由于16

二、GB/T229-2007解讀六、試樣

標準尺寸沖擊試樣長度為55mm，橫截面為10mm×10mm，在試樣長度中間有V型和U型缺口。備用尺寸試樣可使用寬度分別為7.5mm，5mm，2.5mm的小尺寸試樣。V型缺口夾角為45°，深度為2mm，底部曲率半徑為0.25mm，U型缺口深度為2mm或5mm，底部曲率半徑為1mm。應注意以下幾點：對于低能量沖擊試驗需要使用墊片；除端面外其余表面粗糙度優(yōu)于5m；缺口根部沒有影響吸收能的加工痕跡；缺口對稱面垂直于試樣縱向軸線；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。二、GB/T229-2007解讀六、試樣17

二、GB/T229-2007解讀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(chǎn)品技術(shù)條件規(guī)定焊縫金屬沖擊試樣熱影響區(qū)沖擊試樣二、GB/T229-2007解讀焊接沖擊試樣18

二、GB/T229-2007解讀缺口在焊縫、熔合線或HAZ的位置二、GB/T229-2007解讀缺口在焊縫、熔合線或HA19

二、GB/T229-2007解讀試樣的尺寸及偏差應滿足下表：二、GB/T229-2007解讀試樣的尺寸及偏差應滿足下20

二、GB/T229-2007解讀七、試驗設備1.所有測量儀器應符合國家或國際標準；2.所有儀器應在合適的周期內(nèi)進行校準；3.試驗機應按照GB/T3808或JJG145進行安裝及檢驗；4.擺錘刀刃半徑應參考相關(guān)產(chǎn)品標準。我公司沖擊試驗機：JBW-500GD屏顯式?jīng)_擊試驗機

ZBC系列微機式金屬擺錘沖擊試驗機

二、GB/T229-2007解讀七、試驗設備21

二、GB/T229-2007解讀我公司沖擊試驗機：ZBC系列微機式金屬擺錘沖擊試驗機

二、GB/T229-2007解讀我公司沖擊試驗機：22

二、GB/T229-2007解讀八、試驗程序一般要求:試驗前檢查砧座跨距，保持在40+0.2mm以內(nèi)；試驗前檢查擺錘空打時的回零差或空載能耗(±0.1%)；試樣緊貼試驗機砧座，錘刃沿缺口對稱面打擊缺口背向，試樣缺口對稱面偏離兩砧座間的中點不應大于0.5mm。試驗溫度：應在規(guī)定溫度±2℃內(nèi)試驗，如對溫度沒有規(guī)定，應在23±5℃范圍進行。嚴格了室溫沖擊溫度適用范圍。二、GB/T229-2007解讀八、試驗程序試驗溫度：23

二、GB/T229-2007解讀冷卻介質(zhì)溫度在規(guī)定溫度±1℃內(nèi)，液體介質(zhì)保溫時間至少為5min，氣體介質(zhì)至少為20min。液體介質(zhì)中利用網(wǎng)柵存放試樣，網(wǎng)柵至少高于容器底部25mm，液體浸過試樣的高度至少為25mm，試樣據(jù)容器側(cè)壁至少10mm，連續(xù)均勻攪拌介質(zhì)使溫度均勻。氣體介質(zhì)應注意試樣據(jù)低溫裝置內(nèi)表面及試樣間保持足夠的距離。高溫沖擊試驗：低于200℃時在規(guī)定溫度±2℃內(nèi)保溫至少10min；低于200℃時在規(guī)定溫度±5℃內(nèi)保溫至少20min；二、GB/T229-2007解讀冷卻介質(zhì)溫度在規(guī)定溫度±24

二、GB/T229-2007解讀試驗保溫介質(zhì)試驗溫度,℃介質(zhì)>200空氣加熱200～>35高溫油<10～0水+冰0～-70乙醇+干冰-70～-105無水乙醇+液氮-105～-192液氮二、GB/T229-2007解讀試驗保溫介質(zhì)試驗溫度,℃25

二、GB/T229-2007解讀試樣轉(zhuǎn)移對高低溫沖擊試驗規(guī)定試樣從裝置中移出至打斷時間應不大于5秒。使用V型缺口自動對中夾鉗轉(zhuǎn)移試樣，與試樣一起保溫。為保證試樣在打擊瞬間溫度處于規(guī)定范圍，建議采用過冷或過熱法補償溫度損失值。試驗機能量范圍試樣吸收能量不應超過實際初始勢能的80%，如果試樣吸收能量超過此值，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%。二、GB/T229-2007解讀試樣轉(zhuǎn)移試驗機能量范圍26

二、GB/T229-2007解讀試樣未完全斷裂對于試樣試驗后沒有完全斷裂，可以報出沖擊吸收能量，或與完全斷裂試樣結(jié)果平均后報出。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。二、GB/T229-2007解讀試樣未完全斷裂試樣卡錘27

二、GB/T229-2007解讀斷口檢查和結(jié)果讀取試樣標記不能在明顯變形部位；沖擊吸收能量結(jié)果至少估讀到0.5J，至少保留兩位有效數(shù)據(jù)。不同類型和尺寸試樣的試驗結(jié)果不能直接對比和換算。二、GB/T229-2007解讀斷口檢查和結(jié)果讀取28

二、GB/T229-2007解讀試驗報告必要內(nèi)容標準編號；試樣相關(guān)資料；缺口類型；試樣尺寸；試驗溫度；吸收能量類型KV2，KU8等；影響試驗的異常情況?？蛇x內(nèi)容試樣取向試驗機標稱能量纖維面積側(cè)膨脹值轉(zhuǎn)變溫度未完全斷裂試樣數(shù)二、GB/T229-2007解讀試驗報告可選內(nèi)容29

二、GB/T229-2007解讀側(cè)膨脹值測量用缺口根部的變形量來分析材料抵抗三軸應力斷裂的能力。斷面相對側(cè)的膨脹量代表壓縮量（由于壓縮變形測量困難）。側(cè)膨脹值=斷面兩側(cè)最大膨脹值之和。測量儀器：游標卡尺和圖像分析儀。二、GB/T229-2007解讀側(cè)膨脹值測量30

二、GB/T229-2007解讀斷口形貌測量沖擊試樣斷口上有纖維區(qū)、放射區(qū)（結(jié)晶區(qū)）和剪切唇。不同溫度下，上述三個區(qū)的相對面積不同；結(jié)晶區(qū)的面積隨溫度變化而變化，一般結(jié)晶區(qū)面積百分比增大表示材料變脆。二、GB/T229-2007解讀斷口形貌測量31

二、GB/T229-2007解讀斷口形貌測量宏觀：纖維區(qū)灰大小微觀：韌窩大小與深淺

穿晶斷裂解理面（晶面）斷裂二、GB/T229-2007解讀斷口形貌測量32

二、GB/T229-2007解讀斷口形貌測量

剪切斷面率用來評定沖擊試樣的斷口表面。其值越高，材料的韌性越好。大多數(shù)夏比沖擊試樣的斷口形貌為剪切和解理斷裂的混合狀態(tài)。通常使用以下方法測定纖維斷面率：a)測量斷口晶狀斷裂部分（即“閃亮”部分）的長度和寬度，查表計算纖維斷面率；二、GB/T229-2007解讀斷口形貌測量通常使用以下33

二、GB/T229-2007解讀b)使用圖示的斷口形貌卡與試樣斷口進行比較；二、GB/T229-2007解讀b)使用圖示的斷口形貌34

二、GB/T229-2007解讀c)將斷口放大，并與預先制好的對比圖進行比較，用求積儀測量的纖維斷面率（100%）減去晶狀斷面率計算；d)斷口拍成放大照片，用求積儀測量纖維斷面率（100%）減去晶狀斷面率計算；e)用圖像分析技術(shù)測量纖維斷面率。二、GB/T229-2007解讀35

二、GB/T229-2007解讀低溫脆性體心立方晶體金屬及合金或某些密排六方晶體金屬及其合金，特別是工程上常用的中、低強度結(jié)構(gòu)鋼（鐵素體－珠光體鋼），在試驗溫度低于某一溫度tk時，會由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂機理由微孔聚集型變?yōu)榇┚Ы饫?，斷口特征由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是所謂的低溫脆性現(xiàn)象。金屬的低溫脆性是由于金屬的屈服強度隨溫度降低而升高造成的。二、GB/T229-2007解讀體心立方晶體金屬及合金或36

二、GB/T229-2007解讀韌脆轉(zhuǎn)變曲線研究低溫脆性的主要問題是確定韌脆轉(zhuǎn)變溫度。試驗方法：將試件冷卻到不同溫度測定沖擊功AK，得到斷口形貌特征與溫度的關(guān)系曲線，然后按照一定的方法確定韌脆轉(zhuǎn)變溫度。轉(zhuǎn)變溫度tk稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度，也稱為冷脆轉(zhuǎn)變溫度，面心立方金屬及其合金一般沒有低溫脆性現(xiàn)象。由于材料化學成分的統(tǒng)計性，韌脆轉(zhuǎn)變溫度實際上不是一個溫度而是一個溫度區(qū)間。二、GB/T229-2007解讀研究低溫脆性的主要問題是37

二、GB/T229-2007解讀韌脆轉(zhuǎn)變曲線沖擊吸收能量與溫度曲線（KV-T曲線）表明，對于給定形狀的試樣，沖擊吸收能量是試驗溫度的函數(shù)，如圖所示。通常曲線是通過擬和單獨的試驗點得到的。曲線的形狀和試驗結(jié)果的分散程度取決于材料、試樣形狀和沖擊速度。出現(xiàn)轉(zhuǎn)變區(qū)的曲線，具有轉(zhuǎn)變區(qū)(1)、上平臺(2)和下平臺(3)。二、GB/T229-2007解讀沖擊吸收能量與溫度曲線（38

二、GB/T229-2007解讀轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度Tt表征沖擊吸收能量-溫度曲線陡峭上升的部分。這部分一般出現(xiàn)在較寬的溫度范圍，因此應用中轉(zhuǎn)變溫度要明確定義為一個溫度?？捎萌缦聨追N判據(jù)規(guī)定轉(zhuǎn)變溫度：a)沖擊吸收能量達到某一特定值（例如KV8=27J）的溫度；（能量）b)沖擊吸收能量達到上平臺某一百分數(shù)（例如50%）的溫度；（能量）c)纖維斷面率達到某一百分數(shù)（例如50%）的溫度；（斷口形貌）d)側(cè)膨脹值達到某一個量（例如0.9mm）的溫度；（變形能力）用以確定轉(zhuǎn)變溫度的方法應在產(chǎn)品標準規(guī)定，或通過協(xié)議規(guī)定。二、GB/T229-2007解讀轉(zhuǎn)變溫度39

三、回火脆轉(zhuǎn)變溫度回火脆性研究利用一定沖擊功下的轉(zhuǎn)變溫度或斷口轉(zhuǎn)變溫度的上升量來反映發(fā)生回火脆性的材料韌性降低的現(xiàn)象，并由此來評價回火脆化程度。回火脆性轉(zhuǎn)變溫度的檢驗是將同件產(chǎn)品的材料,采用兩種熱處理方式進行熱處理。其中一部分材料進行調(diào)質(zhì)熱處理,為調(diào)質(zhì)態(tài);另一部分材料進行模擬熱處理稱為模擬態(tài)。調(diào)質(zhì)態(tài)與模擬態(tài)的材料在8個不同溫度下分別進行3個試樣的沖擊韌性試驗(采用夏氏V型缺口沖擊試樣),找出材料隨著溫度的降低由韌性轉(zhuǎn)變成脆性過程中沖擊功變化趨近于零的一系列試驗數(shù)據(jù)。以沖擊功作為縱坐標,溫度為橫坐標,將不同溫度的沖擊功數(shù)據(jù)標在該坐標系上,分別連接調(diào)質(zhì)態(tài)和模擬態(tài)的數(shù)據(jù)點所得到的曲線圖形稱為回火脆性轉(zhuǎn)變溫度曲線。三、回火脆轉(zhuǎn)變溫度回火脆性研究40

三、回火脆轉(zhuǎn)變溫度回火脆性研究回火脆性曲線的繪制方法。該方法包括以下步驟：（１）通過試驗取得步冷試驗數(shù)據(jù)即回火脆性轉(zhuǎn)變溫度試驗數(shù)據(jù)：（２）對步冷試驗數(shù)據(jù)進行處理：（３）對回火脆性曲線進行擬合：（４）繪制回火脆性曲線。三、回火脆轉(zhuǎn)變溫度回火脆性研究41

三、回火脆轉(zhuǎn)變溫度上圖為2.25Cr-1Mo-0.25V鋼的回火脆性轉(zhuǎn)變溫度曲線。將曲線上54J這一點規(guī)定為回火脆性轉(zhuǎn)變的臨界點,所對應的溫度就是調(diào)質(zhì)態(tài)和模擬態(tài)的回火脆性轉(zhuǎn)變的臨界溫度。生產(chǎn)實際為安全可靠,建立回火脆性轉(zhuǎn)變溫度一般為:三、回火脆轉(zhuǎn)變溫度上圖為2.25Cr-1Mo-0.242

四、沖擊試驗標準對比夏比沖擊試驗國標、美標、歐標對比標準序號國家標準GB/T229-2007美國標準ASTME23-02a歐洲標準EN10045-1：1990符號K：表示吸收能量(J)Kv2：V型缺口試樣在2mm擺錘刀口下的沖擊吸收能量Kv8：V型缺口試樣在8mm擺錘刀口下的沖擊吸收能量Ku2：U型缺口試樣在2mm擺錘刀口下的沖擊吸收能量Ku8：U型缺口試樣在8mm擺錘刀口下的沖擊吸收能量FA:：表示剪切斷面率(%)LE：表示側(cè)膨脹值(mm)Tt：表示轉(zhuǎn)變溫度(℃)Kv2=120J-表示V型缺口試樣-表示2mm擺錘刀口-表示試樣破裂過程吸收能量120J沖擊吸收能量(J)KV300/7.5=83J-表示標稱能量300J-表示試樣截面寬度7.5mm-表示試樣破裂過程吸收能量83JKU150/5=26J-表示標稱能量150J-表示試樣截面寬度5mm-表示試樣破裂過程吸收能量26J四、沖擊試驗標準對比夏比沖擊試驗國標、美標、歐標對比標準43

四、沖擊試驗標準對比試樣尺寸V型缺口試樣:55mm×10mm×10mm55mm×10mm×7.5mm55mm×10mm×5mm55mm×10mm×2.5mmV型缺口槽深2mmU型缺口試樣:55mm×10mm×10mm55mm×10mm×7.5mm55mm×10mm×5mmU型缺口槽深2mmU型缺口槽深5mmA、B、C三種類型A類型::55mm×10mm×10mmV型缺口槽深2mmB類型:55mm×10mm×10mm鋸門缺口槽深5mmC類型:55mm×10mm×10mmU型缺口槽深5mmV型缺口試樣:55mm×10mm×10mm55mm×10mm×7.5mm55mm×10mm×5mmV型缺口槽深2mmU型缺口試樣:55mm×10mm×10mmU型缺口槽深5mm試驗溫度對沒有規(guī)定:23±5℃在所規(guī)定溫度:±2℃室溫：20±5℃在所規(guī)定溫度：±1℃對沒有規(guī)定:23±5℃在所規(guī)定溫度:±2℃保溫時間液體：5分鐘氣體：20分鐘液體：5分鐘氣體：30分鐘液體：10分鐘氣體：30分鐘試樣保溫容器位置距離液面：25mm試樣距底部：25mm試樣距容器邊：10mm距離液面：25mm試樣距容器邊、底部：25mm距離液面：25mm試樣距容器邊、底部：25mm沖擊刀口RR=2mmR=8mmR=8mmR=2mm四、沖擊試驗標準對比試樣尺寸V型缺口試樣:55mm×144

四、沖擊試驗標準對比從保溫箱到打擊時間3～5秒5秒5秒溫度補償有無無沖擊速度ms-15.0～5.54.9～5.85.0～5.5數(shù)據(jù)修約估讀到0.5J至少保留兩位有效數(shù)字沖擊功修約到1J斷面收縮率修約到5%側(cè)膨脹值修約到0.025mm無未斷試樣表示×J“未折斷”×J試樣沖擊能量所獲得能量不能超過滿量程的80%試樣沖擊能量下限不低于試驗機最小分辨率25倍所獲得能量不能超過滿量程的80%,則失去了準確性,此時應作為進似值進行報告無支座間距mm40+0.540±0.0540+0.2四、沖擊試驗標準對比從保溫箱到打擊時間3～5秒5秒5秒溫45謝謝!謝謝!46金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法介紹金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法介紹47一、夏比擺錘沖擊試驗簡介二、GB/T229-2007解讀三、回火脆轉(zhuǎn)變溫度四、沖擊試驗標準對比

內(nèi)容概況一、夏比擺錘沖擊試驗簡介內(nèi)容概況48

一、夏比擺錘沖擊試驗簡介缺口效應

實際生產(chǎn)中的機件，絕大多數(shù)都不是截面均勻而無變化的光滑體，往往存在截面的急劇變化，如鍵槽、油孔、軸肩、螺紋、退刀槽及焊縫等，這種截面變化的部位可視為“缺口”。由于缺口的存在，在靜載荷作用下，缺口截面上的應力狀態(tài)將發(fā)生變化，產(chǎn)生所謂“缺口效應”，從而影響金屬材料的力學性能。

一、夏比擺錘沖擊試驗簡介缺口效應49

一、夏比擺錘沖擊試驗簡介缺口效應主要產(chǎn)生以下兩方面影響：

1.在缺口根部引起應力集中，并改變?nèi)笨谇胺降膽顟B(tài)；2.使塑性材料強度提高，塑性降低，即所謂的“缺口強化”。需要指出的是，缺口強化并不是金屬內(nèi)在性能發(fā)生變化，純粹是由于三向拉伸應力約束了塑性變形所致。無論是脆性材料還是塑性材料，其機件上的缺口都因造成兩向或三向應力狀態(tài)和應力應變集中而產(chǎn)生變脆傾向，降低了使用的安全性。一、夏比擺錘沖擊試驗簡介缺口效應主要產(chǎn)生以下兩方面影響：50

一、夏比擺錘沖擊試驗簡介沖擊試驗

一種動態(tài)力學性能試驗，主要用來測定沖斷一定形狀的試樣所消耗的功，又叫沖擊韌性試驗。(加載速度)

沖擊試驗機（擺錘式和落錘式）：手動沖擊試驗機、半自動沖擊試驗機、全自動沖擊試驗機。

根據(jù)試樣形狀和破斷方式，沖擊試驗分為彎曲沖擊試驗、扭轉(zhuǎn)沖擊試驗和拉伸沖擊試驗三種。橫梁式彎曲沖擊試驗法（charpy）操作簡單，應用最廣。在工程上主要是用它評定冶金質(zhì)量和加工工藝質(zhì)量，以及測定韌脆性轉(zhuǎn)變溫度。

為表征加載速率和缺口效應對金屬材料韌性的影響，需要進行缺口試樣的沖擊彎曲試驗。一、夏比擺錘沖擊試驗簡介沖擊試驗51

一、夏比擺錘沖擊試驗簡介夏比沖擊試驗(CharpyImpactTest)是用以測定金屬材料抗缺口敏感性(韌性)的試驗。制備有一定形狀和尺寸的金屬試樣(通常為10×10×55mm)，使其具有U形缺口或V形缺口，在夏比沖擊試驗機上處于簡支梁狀態(tài)，以試驗機舉起的擺錘作一次沖擊，使試樣沿缺口沖斷，用折斷時擺錘重新升起高度差計算試樣的吸收功，即為Aku(U型缺口)和Akv(V型缺口)。可在不同溫度下作沖擊試驗。吸收功值(焦耳)大，表示材料韌性好，對結(jié)構(gòu)中的缺口或其他的應力集中情況不敏感。

一、夏比擺錘沖擊試驗簡介夏比沖擊試驗(CharpyIm52

一、夏比擺錘沖擊試驗簡介一、夏比擺錘沖擊試驗簡介53

一、夏比擺錘沖擊試驗簡介夏比沖擊試驗常采用簡支梁沖擊，以擺錘沖擊試樣前后的能量差來計算出沖擊強度。一、夏比擺錘沖擊試驗簡介夏比沖擊試驗常采用簡54

一、夏比擺錘沖擊試驗簡介夏比沖擊試驗應用作為韌性指標，為設計選材和研制新型材料提供依據(jù)檢查和控制冶金產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督熱加工工藝質(zhì)量評定材料在不同溫度下的脆性轉(zhuǎn)化趨勢確定應變時效敏感性缺口敏感性指標。一、夏比擺錘沖擊試驗簡介夏比沖擊試驗應用55

一、夏比擺錘沖擊試驗簡介夏比沖擊試驗結(jié)果分散性相對大的原因來自兩方面：試驗因素；材料結(jié)構(gòu)。從試驗角度看，由于沖擊試驗是在動態(tài)力作用下進行的，因此影響試驗結(jié)果正確性和分散性的因素很多，試驗方法標準化的目的就是對各種影響沖擊試驗結(jié)果的因素進行限定，以得到準確的和可比較的試驗結(jié)果。一、夏比擺錘沖擊試驗簡介夏比沖擊試驗結(jié)果分散性相對大的56

二、GB/T229-2007解讀一、范圍規(guī)定了測定金屬材料在夏比沖擊試驗中吸收能量的方法，適用于V型和U型缺口試樣。不包括儀器化沖擊試驗方法，因為已有GB/T19748－2005《鋼材夏比V型缺口擺錘沖擊試驗儀器化試驗方法》。二、GB/T229-2007解讀一、范圍不包57

二、GB/T229-2007解讀二、規(guī)范性引用文件下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。

GB/T3808擺錘式?jīng)_擊試驗機的檢驗GB/T2975鋼及鋼產(chǎn)品力學性能試驗取樣位置及試樣制備

GB/T8170數(shù)值修約規(guī)則

JJG145擺錘式?jīng)_擊試驗機檢定規(guī)程二、GB/T229-2007解讀二、規(guī)范性引用文件G58

二、GB/T229-2007解讀三、術(shù)語實際初始勢能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力值KV2、KU2－2mm錘刃的沖擊值。KV8、KU8－8mm錘刃的沖擊值。試樣的幾何尺寸二、GB/T229-2007解讀三、術(shù)語吸收能量K—由指59

二、GB/T229-2007解讀沖擊吸收功：規(guī)定形狀和尺寸的試樣在沖擊試驗力一次作用下折斷時所吸收的功脆性斷面率：脆性斷口面積占試樣斷口總面積的百分率沖擊吸收功-溫度曲線：在一系列不同溫度的沖擊試驗中，沖擊吸收功與試驗溫度的關(guān)系曲線韌脆轉(zhuǎn)變溫度：在一系列不同溫度的沖擊試驗中，沖擊吸收功急劇變化或斷口韌性急劇轉(zhuǎn)變的溫度區(qū)域二、GB/T229-2007解讀沖擊吸收功：規(guī)定形狀和尺60

二、GB/T229-2007解讀四、符號二、GB/T229-2007解讀四、符號61

二、GB/T229-2007解讀五、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，用擺錘一次打擊試樣，測定試樣的吸收能量。由于大多數(shù)材料的沖擊值隨溫度變化，因此試驗應在規(guī)定溫度下進行。高溫沖擊試驗低溫沖擊試驗室溫沖擊試驗二、GB/T229-2007解讀五、原理由于62

二、GB/T229-2007解讀六、試樣

標準尺寸沖擊試樣長度為55mm，橫截面為10mm×10mm，在試樣長度中間有V型和U型缺口。備用尺寸試樣可使用寬度分別為7.5mm，5mm，2.5mm的小尺寸試樣。V型缺口夾角為45°，深度為2mm，底部曲率半徑為0.25mm，U型缺口深度為2mm或5mm，底部曲率半徑為1mm。應注意以下幾點：對于低能量沖擊試驗需要使用墊片；除端面外其余表面粗糙度優(yōu)于5m；缺口根部沒有影響吸收能的加工痕跡；缺口對稱面垂直于試樣縱向軸線；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。二、GB/T229-2007解讀六、試樣63

二、GB/T229-2007解讀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(chǎn)品技術(shù)條件規(guī)定焊縫金屬沖擊試樣熱影響區(qū)沖擊試樣二、GB/T229-2007解讀焊接沖擊試樣64

二、GB/T229-2007解讀缺口在焊縫、熔合線或HAZ的位置二、GB/T229-2007解讀缺口在焊縫、熔合線或HA65

二、GB/T229-2007解讀試樣的尺寸及偏差應滿足下表：二、GB/T229-2007解讀試樣的尺寸及偏差應滿足下66

二、GB/T229-2007解讀七、試驗設備1.所有測量儀器應符合國家或國際標準；2.所有儀器應在合適的周期內(nèi)進行校準；3.試驗機應按照GB/T3808或JJG145進行安裝及檢驗；4.擺錘刀刃半徑應參考相關(guān)產(chǎn)品標準。我公司沖擊試驗機：JBW-500GD屏顯式?jīng)_擊試驗機

ZBC系列微機式金屬擺錘沖擊試驗機

二、GB/T229-2007解讀七、試驗設備67

二、GB/T229-2007解讀我公司沖擊試驗機：ZBC系列微機式金屬擺錘沖擊試驗機

二、GB/T229-2007解讀我公司沖擊試驗機：68

二、GB/T229-2007解讀八、試驗程序一般要求:試驗前檢查砧座跨距，保持在40+0.2mm以內(nèi)；試驗前檢查擺錘空打時的回零差或空載能耗(±0.1%)；試樣緊貼試驗機砧座，錘刃沿缺口對稱面打擊缺口背向，試樣缺口對稱面偏離兩砧座間的中點不應大于0.5mm。試驗溫度：應在規(guī)定溫度±2℃內(nèi)試驗，如對溫度沒有規(guī)定，應在23±5℃范圍進行。嚴格了室溫沖擊溫度適用范圍。二、GB/T229-2007解讀八、試驗程序試驗溫度：69

二、GB/T229-2007解讀冷卻介質(zhì)溫度在規(guī)定溫度±1℃內(nèi)，液體介質(zhì)保溫時間至少為5min，氣體介質(zhì)至少為20min。液體介質(zhì)中利用網(wǎng)柵存放試樣，網(wǎng)柵至少高于容器底部25mm，液體浸過試樣的高度至少為25mm，試樣據(jù)容器側(cè)壁至少10mm，連續(xù)均勻攪拌介質(zhì)使溫度均勻。氣體介質(zhì)應注意試樣據(jù)低溫裝置內(nèi)表面及試樣間保持足夠的距離。高溫沖擊試驗：低于200℃時在規(guī)定溫度±2℃內(nèi)保溫至少10min；低于200℃時在規(guī)定溫度±5℃內(nèi)保溫至少20min；二、GB/T229-2007解讀冷卻介質(zhì)溫度在規(guī)定溫度±70

二、GB/T229-2007解讀試驗保溫介質(zhì)試驗溫度,℃介質(zhì)>200空氣加熱200～>35高溫油<10～0水+冰0～-70乙醇+干冰-70～-105無水乙醇+液氮-105～-192液氮二、GB/T229-2007解讀試驗保溫介質(zhì)試驗溫度,℃71

二、GB/T229-2007解讀試樣轉(zhuǎn)移對高低溫沖擊試驗規(guī)定試樣從裝置中移出至打斷時間應不大于5秒。使用V型缺口自動對中夾鉗轉(zhuǎn)移試樣，與試樣一起保溫。為保證試樣在打擊瞬間溫度處于規(guī)定范圍，建議采用過冷或過熱法補償溫度損失值。試驗機能量范圍試樣吸收能量不應超過實際初始勢能的80%，如果試樣吸收能量超過此值，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%。二、GB/T229-2007解讀試樣轉(zhuǎn)移試驗機能量范圍72

二、GB/T229-2007解讀試樣未完全斷裂對于試樣試驗后沒有完全斷裂，可以報出沖擊吸收能量，或與完全斷裂試樣結(jié)果平均后報出。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。二、GB/T229-2007解讀試樣未完全斷裂試樣卡錘73

二、GB/T229-2007解讀斷口檢查和結(jié)果讀取試樣標記不能在明顯變形部位；沖擊吸收能量結(jié)果至少估讀到0.5J，至少保留兩位有效數(shù)據(jù)。不同類型和尺寸試樣的試驗結(jié)果不能直接對比和換算。二、GB/T229-2007解讀斷口檢查和結(jié)果讀取74

二、GB/T229-2007解讀試驗報告必要內(nèi)容標準編號；試樣相關(guān)資料；缺口類型；試樣尺寸；試驗溫度；吸收能量類型KV2，KU8等；影響試驗的異常情況。可選內(nèi)容試樣取向試驗機標稱能量纖維面積側(cè)膨脹值轉(zhuǎn)變溫度未完全斷裂試樣數(shù)二、GB/T229-2007解讀試驗報告可選內(nèi)容75

二、GB/T229-2007解讀側(cè)膨脹值測量用缺口根部的變形量來分析材料抵抗三軸應力斷裂的能力。斷面相對側(cè)的膨脹量代表壓縮量（由于壓縮變形測量困難）。側(cè)膨脹值=斷面兩側(cè)最大膨脹值之和。測量儀器：游標卡尺和圖像分析儀。二、GB/T229-2007解讀側(cè)膨脹值測量76

二、GB/T229-2007解讀斷口形貌測量沖擊試樣斷口上有纖維區(qū)、放射區(qū)（結(jié)晶區(qū)）和剪切唇。不同溫度下，上述三個區(qū)的相對面積不同；結(jié)晶區(qū)的面積隨溫度變化而變化，一般結(jié)晶區(qū)面積百分比增大表示材料變脆。二、GB/T229-2007解讀斷口形貌測量77

二、GB/T229-2007解讀斷口形貌測量宏觀：纖維區(qū)灰大小微觀：韌窩大小與深淺

穿晶斷裂解理面（晶面）斷裂二、GB/T229-2007解讀斷口形貌測量78

二、GB/T229-2007解讀斷口形貌測量

剪切斷面率用來評定沖擊試樣的斷口表面。其值越高，材料的韌性越好。大多數(shù)夏比沖擊試樣的斷口形貌為剪切和解理斷裂的混合狀態(tài)。通常使用以下方法測定纖維斷面率：a)測量斷口晶狀斷裂部分（即“閃亮”部分）的長度和寬度，查表計算纖維斷面率；二、GB/T229-2007解讀斷口形貌測量通常使用以下79

二、GB/T229-2007解讀b)使用圖示的斷口形貌卡與試樣斷口進行比較；二、GB/T229-2007解讀b)使用圖示的斷口形貌80

二、GB/T229-2007解讀c)將斷口放大，并與預先制好的對比圖進行比較，用求積儀測量的纖維斷面率（100%）減去晶狀斷面率計算；d)斷口拍成放大照片，用求積儀測量纖維斷面率（100%）減去晶狀斷面率計算；e)用圖像分析技術(shù)測量纖維斷面率。二、GB/T229-2007解讀81

二、GB/T229-2007解讀低溫脆性體心立方晶體金屬及合金或某些密排六方晶體金屬及其合金，特別是工程上常用的中、低強度結(jié)構(gòu)鋼（鐵素體－珠光體鋼），在試驗溫度低于某一溫度tk時，會由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂機理由微孔聚集型變?yōu)榇┚Ы饫?，斷口特征由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是所謂的低溫脆性現(xiàn)象。金屬的低溫脆性是由于金屬的屈服強度隨溫度降低而升高造成的。二、GB/T229-2007解讀體心立方晶體金屬及合金或82

二、GB/T229-2007解讀韌脆轉(zhuǎn)變曲線研究低溫脆性的主要問題是確定韌脆轉(zhuǎn)變溫度。試驗方法：將試件冷卻到不同溫度測定沖擊功AK，得到斷口形貌特征與溫度的關(guān)系曲線，然后按照一定的方法確定韌脆轉(zhuǎn)變溫度。轉(zhuǎn)變溫度tk稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度，也稱為冷脆轉(zhuǎn)變溫度，面心立方金屬及其合金一般沒有低溫脆性現(xiàn)象。由于材料化學成分的統(tǒng)計性，韌脆轉(zhuǎn)變溫度實際上不是一個溫度而是一個溫度區(qū)間。二、GB/T229-2007解讀研究低溫脆性的主要問題是83

二、GB/T229-2007解讀韌脆轉(zhuǎn)變曲線沖擊吸收能量與溫度曲線（KV-T曲線）表明，對于給定形狀的試樣，沖擊吸收能量是試驗溫度的函數(shù)，如圖所示。通常曲線是通過擬和單獨的試驗點得到的。曲線的形狀和試驗結(jié)果的分散程度取決于材料、試樣形狀和沖擊速度。出現(xiàn)轉(zhuǎn)變區(qū)的曲線，具有轉(zhuǎn)變區(qū)(1)、上平臺(2)和下平臺(3)。二、GB/T229-2007解讀沖擊吸收能量與溫度曲線（84

二、GB/T229-2007解讀轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度Tt表征沖擊吸收能量-溫度曲線陡峭上升的部分。這部分一般出現(xiàn)在較寬的溫度范圍，因此應用中轉(zhuǎn)變溫度要明確定義為一個溫度?？捎萌缦聨追N判據(jù)規(guī)定轉(zhuǎn)變溫度：a)沖擊吸收能量達到某一特定值（例如KV8=27J）的溫度；（能量）b)沖擊吸收能量達到上平臺某一百分數(shù)（例如50%）的溫度；（能量）c)纖維斷面率達到某一百分數(shù)（例如50%）的溫度；（斷口形貌）d)側(cè)膨脹值達到某一個量（例如0.9mm）的溫度；（變形能力）用以確定轉(zhuǎn)變溫度的方法應在產(chǎn)品標準規(guī)定，或通過協(xié)議規(guī)定。二、GB/T229-2007解讀轉(zhuǎn)變溫度85

三、回火脆轉(zhuǎn)變溫度回火脆性研究利用一定沖擊功下的轉(zhuǎn)變溫度或斷口轉(zhuǎn)變溫度的上升量來反映發(fā)生回火脆性的材料韌性降低的現(xiàn)象，并由此來評價回火脆化程度?；鼗鸫嘈赞D(zhuǎn)變溫度的檢驗是將同件產(chǎn)品的材料,采用兩種熱處理方式進行熱處理。其中一部分材料進行調(diào)質(zhì)熱處理,為調(diào)質(zhì)態(tài);另一部分材料進行模擬熱處理稱為模擬態(tài)。調(diào)質(zhì)態(tài)與模擬態(tài)的材料在8個不同溫度下分別進行3個試樣的沖擊韌性試驗(采用夏氏V型缺口沖擊試樣),找出材料隨著溫度的降低由韌性轉(zhuǎn)變成脆性過程中沖擊功變化趨近于零的一系列試驗數(shù)據(jù)。以沖擊功作為縱坐標,溫度為橫坐標,將不同溫度的沖擊功數(shù)據(jù)標在該坐標系上,分別連接調(diào)質(zhì)態(tài)和模擬態(tài)的數(shù)據(jù)點所得到的曲線圖形稱為回火脆性轉(zhuǎn)變溫度曲線。三、回火脆轉(zhuǎn)變溫度回火脆性研究86

三、回火脆轉(zhuǎn)變溫度回火脆性研究回火脆性曲線的繪制方法。該方法包括以下步驟：（１）通過試驗取得步冷試驗數(shù)據(jù)即回火脆性轉(zhuǎn)變溫度試驗數(shù)據(jù)：（２）對步冷試驗數(shù)據(jù)進行處理：（３）對回火脆性曲