冲击辅导讲义

冲击辅导讲义第1页，共54页，2023年，2月20日，星期日2.3.1.1试验标准中国国家标准GB/T229—2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》国际标准

ISO148Metallicmaterials–Charpypendulumimpacttest-part1:Testmethod国外标准ASTME23StandardTestMethodsforNotchedBarImpactTestingofMetallicMaterials；第2页，共54页，2023年，2月20日，星期日2.3.1.2试验原理

（1）冲击试验原理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，测定试样的吸收能量。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。第3页，共54页，2023年，2月20日，星期日第4页，共54页，2023年，2月20日，星期日试验设备要求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、JBD—300A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/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；第5页，共54页，2023年，2月20日，星期日试验设备要求

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。第6页，共54页，2023年，2月20日，星期日试验设备要求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。第7页，共54页，2023年，2月20日，星期日试验设备要求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，并应对介质进行搅拌，以避免介质温度的不均匀性。第8页，共54页，2023年，2月20日，星期日试验设备要求三、温度控制系统高温冲击试验中，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)：①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；②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；③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第9页，共54页，2023年，2月20日，星期日对试验设备的要求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。第10页，共54页，2023年，2月20日，星期日试验设备要求第11页，共54页，2023年，2月20日，星期日试验设备要求1).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》。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。第12页，共54页，2023年，2月20日，星期日试验设备要求2).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。对于低能量的冲击试验，一些材料用2mm和8mm摆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。第13页，共54页，2023年，2月20日，星期日试验程序试验程序1).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。第14页，共54页，2023年，2月20日，星期日试验程序2).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。3).试验前应检查摆锤空打时的回零差或空载能耗。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1／4。第15页，共54页，2023年，2月20日，星期日试验程序4).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。第16页，共54页，2023年，2月20日，星期日试验设备要求四、温度测量系统高温冲击试验时，一般采用热电偶进行测温，根据试验温度，选择不同的热电偶。对于很高温度的试验，可选用Ⅱ级铂铑—铂热电偶测量温度，其示值允许误差在0℃—600℃时为±l.5℃，600℃～1600℃时为±0．25％；对于一般高温冲击试验，可选用Ⅱ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±0．75％；对于300℃以下的温度，可选用Ⅱ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％。第17页，共54页，2023年，2月20日，星期日常温冲击试验冲击试验应在23℃±5℃进行。第18页，共54页，2023年，2月20日，星期日冲击试验的术语及定义1).能量实际初始势能（势能）Kp

对试验机直接检验测定的值2).吸收能量K

由指针或其他指示装置示出的能量值注：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。3).试样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：(1)高度h开缺口面与其相对面之间的距离。(2)宽度w与缺口轴线平行且垂直于高度方向的尺寸。(3)长度L与缺口方向垂直的最大尺寸。第19页，共54页，2023年，2月20日，星期日冲击试验使用的符号、名称和单位符号单位名称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试样宽度第20页，共54页，2023年，2月20日，星期日试样缺口尺寸及偏差名称符号及序号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lhw55mm±0.6mm55mm±0.6mm10mm±0.075mm10mm±0.11mm10mm±0.075mm10mm±0.11mm7.5mm±0.075mm7.5mm±0.11mm第21页，共54页，2023年，2月20日，星期日试样缺口尺寸及偏差名称符号及序号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lhw55mm±0.6mm55mm±0.6mm10mm±0.075mm10mm±0.11mm10mm±0.075mm10mm±0.11mm7.5mm±0.075mm7.5mm±0.11mm5mm±0.06mm5mm±0.06mm2.5mm±0.04mm--缺口角度145°±2°--缺口底部高度28mm±0.075mm8mmb5mmb±0.09mm±0.09mm缺口根部半径30.25mm±0.025mm1mm±0.07mm缺口对称面-端部距离a427.5mm±0.42mmc27.5mm±0.42mmc缺口对称面-试样纵轴角度-90°±2°90°±2°试样纵向面间夹角590°±2°90°±2°a：除端部外，试样表面粗糙度应优于Ra5μm。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。第22页，共54页，2023年，2月20日，星期日试样要求及要点1)．一般要求(1)标准尺寸冲击试样长度为55mm，横截面为10mm×10mm方形截面。在试样长度中间有V型或U型缺口。第23页，共54页，2023年，2月20日，星期日试样要求及要点第24页，共54页，2023年，2月20日，星期日试样要求及要点(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。(3)试样表面粗糙度Ra应优于5μm，端部除外。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。(4)缺口几何形状对缺口的制备应仔细，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。V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。第25页，共54页，2023年，2月20日，星期日试样要求及要点(5)试样尺寸及偏差规定的试样及缺口尺寸及偏差在图3.36和表3.22中示出。(6)试样的制备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。(7)试样的标记试样标记应远离缺口，不应标在与支座、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。第26页，共54页，2023年，2月20日，星期日试验温度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23℃±5℃范围内进行。第27页，共54页，2023年，2月20日，星期日1).低温冲击试验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，试样应在规定温度下保持至少20min。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。第28页，共54页，2023年，2月20日，星期日2).高温冲击试验

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第29页，共54页，2023年，2月20日，星期日试样的转移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。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注1:对于试样从高温或低温装置中移出至打击时间在3s～5s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。第30页，共54页，2023年，2月20日，星期日表3.23过冷温度补偿值试验温度/℃过冷温度补偿值/℃-192～＜-1003～＜4-100～＜-602～＜3-60～＜01～＜2第31页，共54页，2023年，2月20日，星期日表3.24过热温度补偿值试验温度/℃过热温度补偿值/℃35～＜2001～＜5200～＜4005～＜10400～＜50010～＜15500～＜60015～＜20600～＜70020～＜25700～＜80025～＜30800～＜90030～＜40900～＜100040～＜50第32页，共54页，2023年，2月20日，星期日试验机能力范围

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。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。第33页，共54页，2023年，2月20日，星期日试样未完全断裂对于试样试验后没有完全断裂，可以报出冲击吸收能量，或与完全断裂后试样结果平均后报出。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。第34页，共54页，2023年，2月20日，星期日试样卡锤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。第35页，共54页，2023年，2月20日，星期日断口检查

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。第36页，共54页，2023年，2月20日，星期日试验结果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/T8170执行。第37页，共54页，2023年，2月20日，星期日2.3.1.9试验报告第38页，共54页，2023年，2月20日，星期日2.3.2钢材夏比V型缺口摆锤冲击试验仪器化试验方法第39页，共54页，2023年，2月20日，星期日试验标准（中国国家标准、国际标准）GB/T19748-2005钢材夏比V型缺口摆锤冲击试验仪器化试验方法；ISO14556-2000钢材夏比V-型缺口摆锤冲击试验（仪器化）方法第40页，共54页，2023年，2月20日，星期日第41页，共54页，2023年，2月20日，星期日一、冲击试验技术基础1.4金属冲击试验的主要术语U型缺口截面具有U型状，且规定深度和根部半径的缺口V型缺口

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。

第42页，共54页，2023年，2月20日，星期日一、冲击试验技术基础1.4金属冲击试验的主要术语第43页，共54页，2023年，2月20日，星期日一、冲击试验技术基础1.4金属冲击试验的主要术语第44页，共54页，2023年，2月20日，星期日一、冲击试验技术基础1.4金属冲击试验的主要术语第45页，共54页，2023年，2月20日，星期日一、冲击试验技术基础1.4金属冲击试验的主要术语第46页，共54页，2023年，2月20日，星期日一、冲击试验技术基础1.4金属冲击试验的主要术语第47页，共54页，2023年，2月20日，星期日影响冲击试验结果的主要因素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：一、与材料有关的因素二、与样品取样和制备有关的因素三、与试验机有关的因素四、与试验过程有关的因素第48页，共54页，2023年，2月20日，星期日影响冲击试验结果的主要因素一、与材料有关的因素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。第49页，共54页，2023年，2月20日，星期日影响冲击试验结果的主要因素二、与样品取样和制备有关的因素(一)样品的取样方向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