金属系列冲击实验

1、实验名称：金属系列冲击试验一、试验目的1、通过测定低碳钢、工业纯铁和T8钢在不同温度下的冲击吸收功，断口脆性断面率，观察比较金属韧脆转变特性。2、结合夏比冲击试验归纳总结降低金属韧性的致脆因素。二、试验要求：按照相关国标标准（GB/T229-1994金属夏比缺口冲击试验方法）要求完成试验测量工作。三、试验原理 本试验的原理为：韧性是材料承受载荷作用导致发生断裂的过程中吸收能量的特性。冲击试验是在高速载荷的作用下材料韧性的通用试验方法，试验测量结果为冲击吸收功。采用系列冲击试验，即测定材料在不同温度下的冲击吸收功，可以确定其韧脆转变温度。四、试验准备内容1、试验材料与试样本次试验的材料为：Q23

2、5低碳钢、T8钢和纯铁。本次试验的试验选择应依照国标要求，试样为缺口深度为2mm的标准夏比U型缺口冲击试样，试样的具体尺寸及公差如图1所示：2、试验测试内容与相关的测量工具、仪器、设备试验测试内容试验中所需测量的物理量：低碳钢、工业纯铁和T8钢在不同温度下的冲击吸收功，脆性区各边长度测量工具、仪器、设备1. 冲击试验机JB-300B，主要性能指标如下： 最大冲击能量：300J 摆锤预扬角：150° 摆轴中心至打击中心的距离：750mm 冲击速度：5.2m/s 试样支座跨距：40mm 试样支座端圆弧半径：R1-1.5mm 冲击刀圆弧半径：R2-2.5mm 冲击圆弧半径：30°

3、 冲击刀厚度：16mm2.杜瓦瓶3.工具显微镜4.温度计3、试验步骤或程序1.每个人分别从样品盒中取一块样品并对样品编号以作区分。2.保温温度分别设有 80，室温，0，-20，-30，-40，-60，在确定好各自样品的保温温度后，用夹具正确地将样品置于杜瓦瓶内，让样品连同夹具与温度计保温5min以上。对于低温试样，使用液氮对样品进行降温，低温时的保温时间应从温度低于预设值计起，当瓶内温度高于预设值时，适当补充液氮进行降温。保温时间超过5min以后，待温度回升至比预设值低0.5左右时，即可取出样品。3.取出经保温处理的样品，在冲击试验机上进行冲击实验，记录所得冲击功。4.观察比较断口形貌并记录之

4、。5.对于非纯脆断或非纯韧断的样品，使用工具显微镜测量样品脆性区的各边长度，求起面积，进而得出断口脆性断面率并记录下来。五、实验数据处理一、数据记录1、不同温度试样冲击功及断口脆性断面率记录如表1、表2所示。表1 第一组系列冲击实验数据温度/80室温0-20-30-40-60Q235/J23215012688/828断口解理面积%0%27%43%66%/72%100%纯Fe/J/>2302486断口解理面积%/0%100%100%100%T8/J36/13/74断口解理面积%100%/100%/100%100%表2 第二组系列冲击实验数据温度/80室温0-20-30-40-60Q235/

5、J>248134145124/6211断口解理面积%0%26%27%49%/41%100%纯Fe/J/>30015.5116.5断口解理面积%/0%100%100%100%T8/J22/10.58/73.5断口解理面积%100%/100%100%/100%100%其中室温取202、断口形貌记录本人样品是经-60保温处理后冲断的纯铁，其断口截面的照片与示意图如图2，图3所示。二、数据处理计算韧脆转变温度根据国标规定，韧脆性转变温度可用和表示。其中，表示冲击吸收功上下平台区间50%所对应的温度。表示脆性断面率为50%所对应的温度。1. Q235第一组使用Origin软件对第一组的低碳钢

6、冲击功数据发现拟合次数为4时，值最接近1，且为0.960，故可以认为至少有96%的把握判定拟合曲线正确，其拟合曲线如图4所示。图中没有明显的上下平台，故不能确定。对第一组的低碳钢脆性断面率数据进行多项式拟合，发现拟合次数为2时，值最接近1，且为0.978，故可以认为至少有97%的把握判定拟合曲线正确，其拟合曲线如图5所示。同时，通过Origin中的数据表，取（-9.1,50.4）与（-7.7,49.3）两点近似计算出=-8.6。第二组对冲击功数据的拟合如图6所示，其中拟合次数为3，为0.958。图中没有明显的上下平台，故不能确定。对脆性断面率数据的拟合如图7所示，其中拟合次数为3，为0.813

7、。从数据表中计算得出=-36.1。由于值偏离1较大，可以认为该组数据偏差较大。而上图拟合较好，因此偏差出现的原因只能由脆性断面率计算有误解释。因此，该组计算而得的FATT参考价值较低。综合两组数据可知，Q235的韧脆转变温度为-8.6。2. 纯Fe由于数据只有4组，不对其进行拟合。第一组温度与冲击功数据关系如图8所示，从图可知=-25。温度与脆性断面率数据关系如图9所示，从图可知=-25。第二组温度与冲击功数据关系如图10所示，从图可知=-25。温度与脆性断面率数据关系如图11所示，从图可知=-25。综合两组数据，纯Fe的韧脆转变温度为-25。3. T8钢第一组对冲击功数据的拟合如图12所示，

8、其中拟合次数为2，为0.998。图中没有明显的上下平台，故不能确定。温度与脆性断面率数据关系如图13所示，从图可知在所测温度范围内为脆性断裂，无韧脆转变。第二组对冲击功数据的拟合如图14所示，其中拟合次数为2，为0.987。图中没有明显的上下平台，故不能确定。温度与脆性断面率数据关系如图15所示，从图可知在所测温度范围内为脆性断裂，无韧脆转变。综合两组数据，T8钢在所测温度范围内为脆性断裂，无韧脆转变。六、分析与讨论1. 3种材料的韧脆转变温度和韧脆转变特性（如表3所示）表3 Q235，纯Fe，T8钢的韧脆转变温度和韧脆转变特性冷脆性Q235/-8.6较小纯Fe-25-25小T8钢/大三种钢的

9、成分差别在于含碳量的不同，含碳量由T8钢、Q235，纯Fe依次递减。由此可知，含碳量越高，韧脆转变温度越高，冷脆性越严重。在适当的范围内，提高钢中的含碳量，可以使其强度得到强化，但同时提高了材料的切变屈服强度而对影响不明显，结果使提高，材料显示脆性。2. 脆性断裂、韧性断裂的特点脆性断裂：断裂之前没有明显的塑性变形。断裂过程吸收的能量很低，对过载及应力集中很敏感。往往是一种快速断裂。脆性断口宏观特点：断口平齐而光亮，且与正应力垂直；断口呈人字或放射花样。韧性断裂：发生了明显的宏观塑性变形(不包括压缩失稳)。往往是延性断裂。断裂过程吸收的能量高，减缓过载及应力集中的影响韧性断裂的断口一般能寻见纤

10、维区和剪唇区。断口尺度较大时还出现放射形及人字形山脊状花纹。3. 材料韧脆转变的影响因素影响材料韧脆转变的条件分别是：力学状态、温度以及应变速率。除此以外，材料自身结构也是一个不容忽视的因素。三向应力状态（如缺口附近的应力状态）以及低温是大多数使用中产生脆性的原因，然而由于这些影响在高速加载的条件下更为严重，因此本次实验中，影响材料韧脆性的因素主要有温度、应变速率和缺口。随着温度的降低，bcc结构的单晶Fe的临界分切应力与临界解离应力的比值逐渐增大。对于应力状态软性系数为的某一应力状态，较低的变形温度导致升高，使<，导致弹性变形后直接脆性断裂。在高载加速的条件下，由于比较高的应力水平，在使多个位错源同时开动时位错密度大幅度提高，致