冲击辅导讲义

1、 金属材料冲击试验 2.3.1.1 试验标准 中国国家标准 GB/T2292007金属材料 夏比摆锤冲击试 验方法 国际标准 ISO 148 Metallic materials Charpy pendulum impact test-part 1:Test method 国外标准 ASTM E23 Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials； 2.3.1.2试验原理 （1）冲击试验原理 n将规定几何形状的缺口试样，置于试验机两支 座之间，缺口背向打击面放置，用摆锤一次打 击试样，测定试样

2、的吸收能量。 n由于大多数材料冲击吸收能量随温度变化，因 此试验应在规定温度下进行。当不在室温下试 验时，试样必须在规定条件下加热或冷却，以 保持规定的温度。 试验设备要求 n摆锤式冲击试验机主要由机架、摆锤、试样支 座、指示装置及摆锤释放、制动和提升机构等 组成。目前国产的摆锤式冲击试验机型号很多， 如：JB-300A、JB-300B、JBG-300、JBD-300、 JBD300A等，各种试验机的基本技术参数是 相同的，结构形式及操作方法也基本致，例 如最大打击能量分别为300J(10J)和 150J(10J)两档，打击瞬间摆锤的冲击速度在 5.0m/s 5.5m/s之间，这些均符合GB/

3、T229标 准的要求，它们的主要区别在送样方式(手动 或自动)和指示装置(表盘或数显)上； 试验设备要求 为避免其刚度下降而影响试验结果，冲 击试验机应稳定牢固地安装在厚度大于 150mm的混凝土地基或质量大于摆锤40 倍的基础上，同时试验机的试样支座及 摆锤刀刃尺寸应符合图3-的规定。 试验设备要求 n对于新出厂的摆锤式冲击试验机，应按 照GB3808摆锤式冲击试验机进行验 收检查，对于日常使用的试验机，应定 期按JJGl45摆锤式冲击试验机检定规程 进行检定。 试验设备要求 n将试验温度稳定在规定值的士2之内。 同时，当使用液体介质加热或冷却试样 时，恒温槽应有足够容量和介质，并应 对介质

4、进行搅拌，以避免介质温度的不 均匀性。 试验设备要求 n三、温度控制系统 n高温冲击试验中，温度控制装置一般由加热炉、 温度控制仪器及热敏元件3部分组成。对于低 温冲击试验，常用的有3种制冷和控温装置(方 法)：使用液体冷却试样，通过低温液体使 试样达到规定的低温，常用的低温冷却介质见 表6；使用喷射冷源的气体冷却法，通过调 节冷却气体的喷量来控制试样的低温温度； 采用压缩机制冷的低温槽来控温。以上所采用 的温度控制装置应能保证能 对试验设备的要求 n进行冲击试验的设备为摆锤式冲击试验 机，摆锤式冲击试验机主要由机架、摆 锤、试样支座、指示装置及摆锤释放、 制动和提升机构等组成。目前国内外的

5、摆锤式冲击试验机型号很多，各种试验 机的基本技术参数是相同的，结构形式 及操作方法也基本致，主要区别在送 样方式(手动或自动)和指示装置(表盘或 数显)上。 试验设备要求 试验设备要求 n1).冲击试验机应稳定牢固地安装在厚度 大于150mm的混凝土地基上，安装应符 合GB/T3808-2002摆锤式冲击试验机 的检验。 n对于日常使用的试验机，应定期按JJGl45 摆锤式冲击试验机检定规程进行检 定。 试验设备要求 n2).摆锤刀刃半径应为2mm和8mm两种。 用符号的下标数字表示：KV2或KV8。摆 锤刀刃半径的选择应参考相关产品标准。 n对于低能量的冲击试验，一些材料用 2mm和8mm摆

6、锤刀刃试验测定的结果有 明显不同，2mm摆锤刀刃的结果可能高 于8mm摆锤刀刃的结果。 试验程序 n试验程序 n1).根据所试验材料牌号和热处理工艺， 估计试样冲击吸收能量的大小，选择合 适的冲击试验机，使试样折断的冲击吸 收能量在所用试验机摆锤最大能量的10 90范围内。 试验程序 n2).试验前应检查砧座跨距，砧座跨距应保证在 40+0.2mm以内，试样应紧贴试验机砧座，锤 刃沿缺口对称面打击试样缺口的背面，试样缺 口对称面偏离两砧座间的中点应不大于0.5mm。 n3).试验前应检查摆锤空打时的回零差或空载能 耗。 n将摆锤扬起至预扬角位置，把从动指针拨到最 大冲击能量位置(如果使用的是数

7、字显示装置， 则应清零)，释放摆锤，读取零点附近的被动 指针的示值(即回零差)，回零差不应超过最小 分度值的14。 试验程序 n4).将摆锤扬起至预扬角位置并锁住，把从动指 针拨到最大冲击能量位置(如果使用的是数字 显示装置，则清零)，放好试样，确认摆锤摆 动危险区无人后，释放摆锤使其下落打断试样， 并任其向前继续摆动，直到达到最高点并向回 摆动至最低点时，使用制动闸将摆锤刹住，使 其停止在垂直稳定位置，读取被动指针在示值 度盘上所指的数值(数字显示装置的显示值)， 此值即为冲击吸收能量。 试验设备要求 n四、温度测量系统 n高温冲击试验时，一般采用热电偶进行测温，根据试 验温度，选择不同的热

8、电偶。对于很高温度的试验， 可选用级铂铑铂热电偶测量温度，其示值允许误 差在0600时为l.5，6001600时为 025；对于一般高温冲击试验，可选用级镍 铬镍硅热电偶，其示值允许误差在400以下为 3，400以上为075；对于300以下的温 度，可选用级铜康铜热电偶，其允许误差约为1 ；对于低温冲击试验，一般选用最小分度值不大于 1玻璃温度计测温。当使用热电偶测温时，其参考端 温度应保持恒定，偏差应不超过0.5，同时测温仪 器(数字指示装置或电位差计)的误差应不超过0.1。 常温冲击试验 n冲击试验应在235进行。 冲击试验的术语及定义 n1).能量 n实际初始势能（势能）Kp n 对试验

9、机直接检验测定的值 n2).吸收能量K n 由指针或其他指示装置示出的能量值 n注：用字母V或U表示缺口几何形状，用下标数字2或8表示摆锤刀 刃半径，例如KV2 。 n3).试样 n 根据试样在试验机支座上的试验位置，冲击试样使用下列术语： n(1)高度h 开缺口面与其相对面之间的距离。 n(2)宽度w 与缺口轴线平行且垂直于高度方向的尺寸。 n(3)长度L 与缺口方向垂直的最大尺寸。 冲击试验使用的符号、名称和 单位 n符号单位名称KpJ实际初始势能（势能） FA%剪切断面率hmm试样高度KU2JU型 缺口试样在2mm摆锤刀刃下的冲击吸收 能量KU8JU型缺口试样在8mm摆锤刀刃 下的冲击吸

10、收能量KV2JV型缺口试样在 2mm摆锤刀刃下的冲击吸收能量KV8JV 型缺口试样在8mm摆锤刀刃下的冲击吸 收能量Lemm侧膨胀值lmm试样长度Tt 转变温度wmm试样宽度 试样缺口尺寸及偏差 n名称符号及序号V型缺口试样U型缺口试 样公称尺寸机加工偏差公称尺寸机加工 偏差长度高度a宽度a标准试样小试样小 试样小试样 lhw55mm0.6mm55mm0.6mm10m m0.075mm10mm0.11mm10mm0. 075mm10mm0.11mm7.5mm0.075 mm7.5mm0.11mm 试样缺口尺寸及偏差 n名称符号及序号V型缺口试样U型缺口试样公称尺寸机加工偏差公 称尺寸机加工偏差

11、长度高度a宽度a标准试样小试样小试样小试样 lhw55mm0.6mm55mm0.6mm10mm0.075mm10mm0.1 1mm10mm0.075mm10mm0.11mm7.5mm0.075mm7.5m m0.11mm5mm0.06mm5mm0.06mm2.5mm0.04mm- 缺口角度1452-缺口底部高度28mm0.075mm 8mmb5mmb0.09mm0.09mm缺口根部半径 30.25mm0.025mm1mm0.07mm缺口对称面-端部距离 a427.5mm0.42mmc27.5mm0.42mmc缺口对称面-试样纵轴 角度-902902试样纵向面间夹角 5902902a：除端部外，

12、试样表面粗糙度应优于 Ra5m。b: 如规定其他高度，应规定相应偏差。c: 对自动定位试 样的试验机，建议偏差用0.165mm代替0.42mm。 试样要求及要点 n1)一般要求 n(1)标准尺寸冲击试样长度为55mm，横 截面为10mm10mm方形截面。在试样 长度中间有V型或U型缺口。 试样要求及要点 试样要求及要点 n(2)如试料不够制备标准尺寸试样，可使用宽度7.5mm、 5mm或2.5mm的小尺寸试样。 n(3)试样表面粗糙度Ra应优于5m，端部除外。 n对于需热处理的试验材料，应在最后精加工前进行热 处理，除非已知两者顺序改变不导致性能的差别。 n(4)缺口几何形状 n对缺口的制备应

13、仔细，以保证缺口根部处没有影响吸 收能的加工痕迹。缺口对称面应垂直于试样纵向轴线。 nV型缺口应有45夹角，其深度为2mm，底部曲率半 径为0.25mm，见图3.36a)和表3.21。U型缺口深度应 为2mm或5mm（除非另有规定），底部曲率半径为 1mm，见图3.36b)和表3.21。 试样要求及要点 n(5)试样尺寸及偏差 n规定的试样及缺口尺寸及偏差在图3.36和表3.22中示 出。 n(6)试样的制备 n试样样坯的切取应按相关产品标准或GB/T2975的规定 执行，试样制备过程应使由于过热或冷加工硬化而改 变材料冲击性能的影响减至最小。 n(7)试样的标记 n试样标记应远离缺口，不应标

14、在与支座、砧座或摆锤 刀刃接触的面上。试样标记应避免塑性变形和表面不 连续性对冲击吸收能量的影响。 试验温度 n对于试验温度有规定的，应在规定温度 2范围内进行。如果没有规定，室温 冲击试验应在235范围内进行。 1).低温冲击试验 n当使用液体介质冷却试样时，试样应放置于一容器中 的网栅上，网栅至少高于容器底部25mm，液体浸过试 样的高度至少25mm，试样距容器侧壁至少10mm。应 连续均匀搅拌介质以使温度均匀。测得介质温度的仪 器推荐置于一组试样中间处。介质温度应在规定温度 1以内，保持至少5min。当使用气体介质冷却试样 时，试样距低温装置内表面以及试样与试样之间应保 持足够的距离，试

15、样应在规定温度下保持至少20min。 n注：当液体介质接近沸点时，从液体介质中移出试样 至打击的时间间隔中，介质蒸发冷却会明显降低试验 温度。 2).高温冲击试验 n对于试验温度不超过200的高温试验， 试样应在规定温度2的液池中保持至 少10min。对于试验温度超过200的试 验，试样应在规定温度5以内的高温 装置内保持至少20min 试样的转移 n当试验不在室温进行时，试样从高温或低温装置中移 出至打断的时间应不大于5s。 n转移装置的设计和使用应能使试样温度保持在允许的 温度范围内。转移装置与试样接触部分应与试样一起 加热或冷却。应采取措施确保试样对中装置不引起地 能量高强度试样断裂后回

16、弹到摆锤上而引起不正确的 能量偏高指示。试样端部和对中位置的间隙或定位部 件的间隙应大于13mm，否则，在断裂过程中，试样端 部可能回弹至摆锤上 n注1:对于试样从高温或低温装置中移出至打击时间在 3s5s的试验，可考虑采用过冷或过冷试样的方法补 偿温度损失，过冷度或过热度参见表3.23和表3.24。 对于高温试样应充分考虑过热对材料性能的影响。 表3.23 过冷温度补偿值 n试验温度/ 过冷温度补偿值/ n -192-100 34 n -100-60 23 n -600 12 表3.24 过热温度补偿值 n试验温度/ 过热温度补偿值/ n35200 15 n200400 510 n40050

17、0 1015 n500600 1520 n600700 2025 n700800 2530 n800900 3040 n9001000 4050 试验机能力范围 n试样吸收能量K不应超过实际初始势能KP的 80%，如果试样吸收能超过此值，在试验报告 中应报告为近似值并注明超过试验机能力的 80%。建议试样吸收能量K的下限应不低于试 验机最小分辨力的25倍。 n注：理想的冲击试验应在恒定的冲击速度下进 行。在摆锤式冲击试验中，冲击速度随断裂进 程降低，对于冲击吸收能量接近摆锤打击能力 的试样，打击期间摆锤速度已下降至不能再准 确获得冲击能量。 试样未完全断裂 n对于试样试验后没有完全断裂，可以报

18、 出冲击吸收能量，或与完全断裂后试样 结果平均后报出。 n由于试验机打击能量不足，试样未完全 断开，吸收能量不能确定，试验报告应 注明用J的试验机试验，试样未断开。 试样卡锤 n如果试样卡在试验机上，试验结果无效， 应彻底检查试验机，否则试验机的损伤 会影响测量的准确性。 断口检查 n如断裂后检查显示出试样标记是在明显 的变形部位，试验结果可能不代表材料 的性能，应在试验报告中注明。 试验结果 n读取每个试样的冲击吸收能量，应至少 估读到0.5J或0.5个标度单位（取两者之 间较小值）。试验结果至少应保留两位 有效数字，修约方法按GB/T 8170执行。 2.3.1.9 试验报告 2.3.2

19、钢材夏比钢材夏比V型缺口摆锤冲型缺口摆锤冲 击试验仪器化试验方法击试验仪器化试验方法 试验标准（中国国家标准、国 际标准） nGB/T 19748-2005 钢材夏比V型缺口摆锤 冲击试验仪器化试验方法； nISO 14556-2000 钢材夏比V-型缺口摆锤 冲击试验（仪器化）方法 一、冲击试验技术基础一、冲击试验技术基础 1.4 金属冲击试验的主要术语 U型缺口 n截面具有U型状，且规定深度和根部半径的 缺口 V型缺口 n截面具有V 型状，且规定深度和根部半径的 缺口 仪器化冲击试验 n采用带有传感器和计算机数据采集、处理 系统的冲击试验机完成的冲击试验。 一、冲击试验技术基础一、冲击试验

20、技术基础 1.4 金属冲击试验的主要术语 一、冲击试验技术基础一、冲击试验技术基础 1.4 金属冲击试验的主要术语 一、冲击试验技术基础一、冲击试验技术基础 1.4 金属冲击试验的主要术语 一、冲击试验技术基础一、冲击试验技术基础 1.4 金属冲击试验的主要术语 一、冲击试验技术基础一、冲击试验技术基础 1.4 金属冲击试验的主要术语 影响冲击试验结果的主要因素 n金属材料的冲击性能和韧脆转变温度对材料内 部组织结构、宏观缺陷及试验条件都比较敏感， 因此，影响冲击试验结果的因素很多，其中主 要的影响因素有以下几种： n一、与材料有关的因素 n二、与样品取样和制备有关的因素 n三、与试验机有关的

21、因素 n四、与试验过程有关的因素 影响冲击试验结果的主要因素 n一、与材料有关的因素 n样品本身的化学成分、金相组织、晶粒度及是 否含有夹渣、偏析、白点、裂纹以及非金属夹 杂物超标等冶金缺陷或过热、过烧、回火脆性 等热加工缺陷都对样品的冲击性能产生影响， 这正是冲击试验得到广泛应用的原因所在，从 而也使冲击试验结果的分散性较大。可以通过 对这些材料性能的了解，分析和解释试验数据， 判断试验结果的准确性。 影响冲击试验结果的主要因素 n二、与样品取样和制备有关的因素 n(一)样品的取样方向 n 工程上使用的金属材料，大多是轧制而成的， 由于轧制时产生纤维组织对冲击值有较大影响， 因此，沿轧制方向取样，垂直于轧制方向开缺 口，冲击值较高；垂直于轧制方向取样，顺着 轧制方向开缺口，冲击值较低。因此，冲击样 品的取样方向应按照产品标准和有关协议的要 求进行。 影响冲击试验结果的主要因素 n(二)缺口的加工质量 n冲击试样的缺口深度、缺口根部曲率半径及缺 口角度决定着缺口附近的应力集中程度，从而 影响该