第三章 金属夏比缺口冲击试验

1、 第三章 金属夏比缺口冲击试验 冲击韧性冲击韧性: : 是材料抵抗变形和断裂的能力，即在塑性变形和断裂过程中 吸收能量的能力。夏比摆锤冲击试验的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，用摆锤一次打断试 样，测定试样的吸收能量，如下图所示，实质上就是通过能量转换 过程，测量试样在这种冲击下折断时所吸收的能量。 第一节 冲击试验原理 第三章 金属夏比缺口冲击试验 （图（图3-13-1） 在冲击试验力下断裂在冲击试验力下断裂吸收功组成吸收功组成 第一节冲击试验原理 K值是试样在冲击试验力下断裂时所吸收的能量，但是K 值相同的材料，并不表明它们的韧性和脆性程度是相同的。 因

2、为试样吸收的冲击能量K是由三个部分组成的，即消耗于消耗于 弹性变形的弹性功弹性变形的弹性功、消耗于塑性变形至产生裂纹前的塑性消耗于塑性变形至产生裂纹前的塑性 功功和消耗于裂纹萌生、扩展直至断裂的撕裂功消耗于裂纹萌生、扩展直至断裂的撕裂功。这三部分 所占的比例随材料特性、试样形状及尺寸和缺口的类型而 异。一般来说，强度高的材料断裂时所吸收的冲击功中弹 性功占的比例较大，塑性功和撕裂功所占比例较小。 弹性功弹性功 塑性功塑性功 撕裂功撕裂功 第二节 冲击试样 一、夏比缺口冲击试样类型一、夏比缺口冲击试样类型 第三章 金属夏比缺口冲击试验 第三章 金属夏比缺口冲击试验第二节 冲击试样 二、冲击试样的

3、取样方法 第三章 金属夏比缺口冲击试验第二节 冲击试样 1 母材样坯的切取 2 焊接接头冲击样坯的截取及缺口方向 3 缺口的加工 常用的冲击试样缺口加工方法有以 下几种： （1） 光学磨床加工方法 （2） 机加工方法 （3） 拉床加工方法 （4） 线切割加工方法 二、冲击试样的取样方法二、冲击试样的取样方法 第三章 金属夏比缺口冲击试验第二节 冲击试样 1 母材样坯的切取 表3-1 冲击试验取样规定 钢材名称 取样方向 取样位置 圆 钢 方 钢 六角钢 工字钢 槽 钢 60mm：中心 60mm： 直径或对角线1/4 处 角 钢 乙字钢 腰高1/4处 T形钢 腿长1/3处 球扁钢 腰高1/3处

4、扁 钢 沿轧制方向 宽度1/3处 钢 板 垂直于轧制方向 纵轧：板宽1/4处 横轧：板宽任意处 钢 管 按产品标准规定 缺口轴线垂直于 内壁 靠近内壁 图35钢板样坯截取位置 二、冲击试样的取样方法二、冲击试样的取样方法 第三章 金属夏比缺口冲击试验第二节 冲击试样 2、焊接接头冲击样坯的截取及缺口方向 （1）JB 4744中对冲击试样的截取和缺口方位要求如下： a）试样应垂直于焊接方向截取，试样的缺口轴线应垂直于试板表面，焊缝金属的 冲击试样的缺口应位于焊缝中央。 b）当钢材标准抗拉强度下限b540MPa时，在最后焊道的焊缝侧，以距钢板表面 12mm为冲击试样的上表面，取一组焊缝金属冲击试样

5、（见图3-6中I组）。 c）钢材标准抗拉强度下限 b540MPa和Cr-Mo钢，且试板厚 度大于60mm时，以及设计温度低 于-30，且厚度大于40mm的低 温钢，取两组焊缝金属冲击试样 。一组在最后焊道侧，距钢板表 面12mm处；另一组在钢板另一 侧表面和1/2板厚之间（即以另一 侧1/4板厚处为冲击试样的轴线） 截取（见图3-6中I和II两组）。 I 二、冲击试样的取样方法二、冲击试样的取样方法 第三章 金属夏比缺口冲击试验第二节 冲击试样 2、焊接接头冲击样坯的截取及缺口方向 d）热影响区冲击试样缺口 的位置如图3-7所示。缺口 轴线至试样轴线与熔合线 的交点的距离（S）大于零 ，且应尽

6、可能多的通过热 影响区。 二、冲击试样的取样方法二、冲击试样的取样方法 第三章 金属夏比缺口冲击试验第二节 冲击试样 2、焊接接头冲击样坯的截取及缺口方向 （2）JB 4708中 对冲击试样的截 取和缺口方位要 求如下： a）样纵轴应 垂直于焊缝轴线， 缺口轴线垂直于 母材表面。 b）取样及缺口位置见图3-8。焊缝区试样的缺口应位于焊缝中心线 上。热影响区试样的缺口轴线至试样轴线与熔合线的交点的距离大于 零，且应尽可能多的通过热影响区。 二、冲击试样的取样方法二、冲击试样的取样方法 第三章 金属夏比缺口冲击试验第二节 冲击试样 2、焊接接头冲击样坯的截取及缺口方向 其他焊接接头冲击试样的 取样

7、方法应按GB 2649进行， 试样加工按GB 2650要求进行。 图3-9（a）、（b）和（c）分 别为焊缝金属冲击试样和熔 合线冲击试样和热影响区冲 击试样缺口位置示意图。应 该强调的是，熔合线和热影 响区冲击试样，在确定缺口 位置时，必须用低倍焊接接 头化学侵蚀方法确定熔合线 和热影响区的准确位置。 图39 第三节 试验设备及仪器 GB/T 3808-2002中对摆锤式冲击试验机几项重 要的性能指标作了明确规定，主要包括试验机的标 准打击能量、摆锤冲击速度、试样支座及摆锤刀刃 尺寸等。 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、制动和提升机构组成。 目前国产的摆锤式

8、冲击试验机主要有：JB-30A、JB- 30B、JBG-30、JBD-30、JBD-30A等型号，各种试 验机的基本技术参数均符合标准要求，结构形式及 操作方法也基本一致。主要区别在送样方式上（手 动或自动）。冲击摆锤的最大冲击能量分为147J和和 294J两档，冲击速度都在5.2m/s左右。 冲击试验设备及仪器其它要求： 第三节 试验设备及仪器 1在低温冲击试验中，温度测量的准确性直接影响到 试验结果的可靠性。低温冲击试验温度测量系统可使用铜- 康铜热电偶或玻璃温度计。较为常用的为玻璃温度计。 2铜-康铜热电偶应满足JJG386工作用铜-康铜热电 偶检定规程级热电偶要求。 玻璃温度计一般用于

9、低温冲击试验中的温度测量，玻 璃温度计应符合JJG130工作用玻璃液体温度计检定规程 要求 。 3冲击试验方法标准中规定，测温用的玻璃温度计量 小分度值应不大于1，从表3-4中可以看出，对于低温冲 击试验，测温温度计在全浸工作状态下的测温最大误差在 12之间。 第四节 冲击试验操作方法 一、冲击试样的定位 在夏比冲击试验中，为了测定出稳定可靠的试验数据， 必须保证摆锤刀刃与试样的接触线位于试样缺口对称面上， 也就是应使缺口对称面与支座对称面基本重合。如果摆锤 刀刃打击试样时偏离缺口中心位置，测得的缺口冲击功将 随着这个偏离量变化而增加。关于试样对中偏差给试验结 果带来的影响，许多试验研究结果表

10、明，当试样缺口对称 面与支座对称面偏差在0.5mm以内时，对试验结果无明显 影响。因此标准中规定该偏差应不大于0.5mm。为了使试 样缺口对称面准确地与支座对称面重合，对于室温冲击试 验和一些低温冲击试验，要使用专用的对中夹钳或定位规 放置试样，放置的试样缺口背面朝向摆锤打击方向，试样 应尽可能紧贴支坐面。 第四节 冲击试验操作方法 二、试样保温时间 在高温和低温冲击试验中，将试样加热或冷却至规定 温度后，必须在此温度保温一段时间，合理的保温时间应是 试样整体达到规定的均匀温度所需的时间。高温冲击试验保 温时间也不宜过长，以免造成试样表面的氧化，特别是缺口 根部表面的氧化。 高温或低温冲击试验

11、，为了保证试验结果的准确性， 要求冷却液或加热剂应充满适当容量的容器，距容器底部至 少应25mm，试样在液体中至少要浸于25mm的深度，测温装 置应放置于试样堆的中心，试样在均匀搅拌的液体中至少保 持5min，当使用气体介质时，试样应处于气体围绕的环境中， 至少应保持30min，用于从介质中移动试样的装置应放于介 质中，确保与试样温度基本相同。 第四节 冲击试验操作方法 1对 于 低 温 冲 击 试 验 ， 从 冷 却 装 置 中 取 出 的 试 样 温 度 会 不 断 回 升 。 当 试 样 从 冷 地 介 质 移 出 至 打 断 的 时 间 在 2s 以 内 时（ 自 动 送 样 ） ，无

12、 需 附 加 过 冷 度 。 当 试 样 从 低 温 介 质 中 移 出 至 打 断 的 时 间 间 隔 为3 5s 时（ 人 工 送 样 ） ，则 需 附 加 过 冷 度 。我 国 标 准 方 法 中 对 低 温 冲 击 试 验 中 过 冷 度 规 定 见 表 3-5。 表 3-5 低 温 冲 击 35s 内 打 断 试 样 的 温 度 补 偿 单 位 ： 试 验 温 度 过 冷 温 度 -100 192 -60 -100 0 -60 3 4 2 3 1 2 三、低温冲击试验操作要点 第四节 冲击试验操作方法 三、低温冲击试验操作要点 第四节 冲击试验操作方法 四、韧脆转变温度的测定 材料一

13、旦发生韧脆化现象，断裂形式便由韧性状 态转变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断口由纤 维状变为结晶状，断裂机理由微孔聚集型变为穿晶解 理型。这是由于在体心立方晶体金属及合金或某些密 排六方晶体金属及合金中，温度的下降增加了位错在 晶体中运动的阻力，使材料的屈服点升高，因而材料 发生脆化。 1、韧脆化机理 第四节 冲击试验操作方法 四、韧脆转变温度的测定 根据不同温度下的冲击试验结果，以冲击吸收功 或脆性断面率为纵坐标，以试验温度为横坐标绘制曲 线。如图所示。 2、韧脆转变温度测定的四种方法 第四节 冲击试验操作方法 四、韧脆转变温度的测定 韧脆转变温度曲线示意图 第四节 冲击试验操作方法 五、

14、脆性断面率的测定 1对比法 冲击试样断口纤维断面率 示意图见图3-10。 2尺寸测量法 3放大测量法 4卡片测量法 第四节 冲击试验操作方法 六、侧膨胀值的测定 1侧膨胀仪测量法 2投影仪测量法 3游标卡尺测量法 图3-11中为一个打断为两截的冲击试 样断面，W是冲击试样原始宽度，A1、 A2、A3、A4分别为侧膨胀量。 如果A1A2 A3=A4 则侧膨胀值LE=A1+A3（或A4） 如果A1A2 A3A4 则侧膨胀值LE=A1+A3 第五节 冲击试验结果处理 及试验报告 一、冲击吸收能量有效位数 试验结果值有效位数取决于试验测量系统的综合精度， 即保留的有效数字应与测试的系统误差相适应。过多

15、保 留有效位数则夸大了试验的测量确定，有效位数不够则 增大了误差。标准试验方法规定，冲击吸收功于少应保 留两位有效数字，修约方法按GB 8170数值修约规则 执行。对于“至少应保留两位有效数字的含义应理解为： 冲击吸收能量在100J以上时，应是三位数字，例如120J； 冲击吸收能量在10100J时，应为二位数字，例如95J； 冲击吸收能量在10J以下时，应保留小数点后一位数字， 例如6.5J。 第五节 冲击试验结果处理 及试验报告 对于非标准冲击试样，当报告冲击吸收功时，仅标出试样缺口 的形状，试样的尺寸应在报告中详细注明。 二、冲击吸收的表示方法 夏比缺口冲击试验方法标准中规定了四种类型的标

16、准试样，为 了表示出不同类型冲击试样的试验结果，四种类型试样的冲击吸收 能量用如下符号表示，以示区别： 第五节 冲击试验结果处理 及试验报告 三、试验结果对比 只有相同类型和尺寸试样在同一试验条件下的试验结 果才能进行比较，当试样缺口形状和尺寸不同时，或厚度 及宽度不同时，其试验结果不能直接对比和换算。 对于厚度小于10mm的金属材料，由于尺寸受限制，不 能加工成标准试样，一般加工成宽度7.5mm或5mm的冲击 试样，这些试样得出的试验结果同样不能与标准试样的结 果进行对比和换算。除非对于特定的试验材料在大量对比 试验的条件下找出它们之间的相关性。 第五节 冲击试验结果处理 及试验报告 四、试验中异常情况处理 当由于试验机打击能量不足使试样未完全折断时，应 在试验数据前加大于符号“”，其他情况则应注明“未 折断”。 试验后的冲击试验断口出现可见裂纹或缺陷时，要在 试验报告中注明，试验委托者可根据断口情况了解产品质 量。 试验中当发现操作不符合要求时，而且试样打断时有 卡锤现象时，由于得到的结果已不准确，因此试验结果无 效，应重新补作试验 。 第五节 冲击试验结果处理 及试验报告 五、试验报告 冲击试验报告应包括以下内容： 1 所采用