第六章冲击试验

力学性能试验培训第六章金属夏比冲击试验12/22/20241zzf第六章金属夏比冲击试验前言第一节冲击试验原理第二节夏比冲击试样与试验设备第三节常温冲击试验第四节冲击试验影响因素12/22/20242zzf韧性概念金属在断裂前吸收变形能量的能力。分类：静力韧性、冲击韧性、断裂韧性。金属韧性通常随加载速度提高、温度降低、应力集中程度加剧而减少。材料的冲击韧度不光取决于材料本身的内在因素。

12/22/20243zzf冲击试验标准GB/T229-2007金属材料夏比摆锤冲击试验方法ISO148-1:2006,MOD代替GB/T229-19942008年6月1日实施其他相关标准GB/T18658-2002摆锤式冲击试验机检验用夏比V型缺口标准试样GB/T3808-2002摆锤式冲击试验机的检验GB/T19748-2005钢材夏比V型缺口摆锤冲击试验仪器化试验方法12/22/20244zzf第一节冲击试验原理12/22/20245zzf试验原理和适用范围试验原理：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，用摆锤一次打断试样，测定试样的吸收能量。适用范围：测定金属材料在夏比冲击试验中吸收能量的方法（V型和U型缺口试样）。12/22/20246zzf冲击试验的应用作为韧性指标，为设计选材和研制新型材料提供依据检查和控制冶金产品质量监督热加工工艺质量评定材料在不同温度下的脆性转化趋势确定应变时效敏感性缺口敏感性指标。12/22/20247zzf术语及定义

实际初始势能（势能）Kp

：对试验机直接检验测定的值。吸收能量K：由指针或其他指示装置示出的能量值。KV和KU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。12/22/20248zzf第二节夏比冲击试样与试验设备12/22/20249zzf标准尺寸冲击试样(55×10×10)mm，中间有V型或U型缺口。V型缺口应有45º夹角，其深度为2mm，底部曲率半径为0.25mm。U型缺口深度一般应为2mm或5mm，底部曲率半径为1mm。12/22/202410zzf试样类型和小尺寸试样选择试样类型的原则应根据试验材料的产品技术条件、材料的服役状态和力学特性一般情况下，尖锐缺口和深缺口试样适用于韧性较好的材料。当试验材料厚度<10mm：宽度7.5mm、5mm或2.5mm的小尺寸试样其他尺寸与标准试样相同缺口开在试样的窄面上。试样的加工12/22/202411zzf名称V型缺口试样公称尺寸机加工公差长度55mm±0.60mm高度10mm±0.075mm-标准试样宽度10mm±0.11mm-小试样宽度7.5mm±0.11mm5mm±0.06mm2.5mm±0.04mm缺口角度45°±2°缺口底部高度8mm±0.075mm缺口根部半径0.25mm±0.025mm缺口对称面-端部距离27.5mm±0.42mm缺口对称面-试样纵轴角度90°±2°试样纵向面间夹角90°±2°12/22/202412zzf名称U型缺口试样公称尺寸机加工公差长度55mm±0.60mm高度10mm±0.11mm-标准试样宽度10mm±0.11mm-小试样宽度7.5mm±0.11mm5mm±0.06mm缺口底部高度8mm±0.09mm5mm±0.09mm缺口根部半径1mm±0.07mm缺口对称面-端部距离27.5mm±0.42mm缺口对称面-试样纵轴角度90°±2°试样纵向面间夹角90°±2°12/22/202413zzf试样制备样坯切取应按相关产品标准或GB/T2975执行，避免过热或冷加工硬化试样开切口的目的是为了在切口附近造成应力集中，使塑性变形局限在切口附近不大的体积范围内，并保证试样一次就被冲断，使断裂就发生在切口处。缺口深度、根部曲率半径及角度决定缺口附近应力集中程度，从而影响该试样的吸收能量，制备应特别仔细需热处理的样品，应在最后精加工前进行热处理试验前应对试样进行适当标记，标记位置应尽量远离缺口，且不得标在与支座、砧座或摆锤刀刃接触的面上，试样标记应避免对冲击吸收能量的影响。12/22/202414zzf焊接冲击试样焊接接头取样方法：焊接接头冲击试验时，试样缺口位置应按要求开在焊缝、熔合线或热影响区，缺口轴线应垂直焊缝表面。焊接接头冲击试样的热影响区缺口位置：其缺口轴线与熔合线的距离t应由产品技术条件规定为清楚地显示出焊缝，开缺口前，可用硝酸酒精等试剂对试样进行侵蚀，然后按要求进行划线。

12/22/202415zzf缺口在焊缝、熔合线或热影响区的位置12/22/202416zzf12/22/202417zzf冲击试验机由机架、摆锤、砧座、指示装置及摆锤释放、制动和提升机构等组成。分类：摆锤刀刃半径：2mm，8mm送样方式：手动送样，自动送样指示装置：表盘式，数显式冲击试验机应稳定牢固地安装在基础上。所有测量仪器均应溯源至国家或国际标准并在合适的周期内进行校准12/22/202418zzf2mm摆锤刀刃8mm摆锤刀刃12/22/202419zzf试验设备12/22/202420zzf第三节常温冲击试验12/22/202421zzf试验前准备工作注意试验温度无规定时，室温冲击试验在23℃±5℃范围进行（注意与其他力学性能试验的室温10℃~35℃不同）规定时，在规定温度±2℃范围内进行。检查试样尺寸用游标卡尺测量宽度、厚度、缺口处厚度；用光学投影仪检查缺口尺寸。12/22/202422zzf试验前准备工作选择冲击试验机根据所试验材料，估计试样吸收能量大小，选择合适的冲击试验机能力范围，使试样吸收能量K不超过实际初始势能Kp的80﹪，试样吸收能量K的下限建议不低于试验机最小分辨力的25倍。根据相关产品标准规定选择摆锤刀刃半径(2mm或8mm)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摆锤刀刃的结果试验前应检查并保证砧座跨距应为40+0.2mm。12/22/202423zzf试验前准备工作进行空打试验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△E1（即回零差），摆锤回摆时，将被动指针拨至最大冲击能量处，摆锤继续空击，被动指针被带到某一位置，其读数值为△E2，差值之半为该摆锤的能量损失值相对回零差不应大于0.1%（以最大量程300J为例，其回零差应不超过0.3J）。相对能量损失不应大于0.5%。12/22/202424zzf试验操作要点试样定位V型缺口自动对中夹钳试样缺口对称面偏离两砧座间的中点小于0.5mm小尺寸试样进行低能量冲击试验时，应在支座上放置适当厚度的垫片，使试样打击中心高度为5mm（相当于宽度10mm标准试样打击中心的高度）小尺寸试样进行高能量冲击试验其影响很小可不加垫片。12/22/202425zzfV型缺口夏比冲击试样对中夹钳12/22/202426zzf试样与摆锤冲击试验机支座及砧座相对位置12/22/202427zzf试验操作要点操作过程将摆锤扬起并锁住，从动指针拨到最大冲击能量位置（数字显示装置清零），放好试样，释放摆锤使其下落打断试样，任其向前继续摆动直到达到最高点后回摆动至最低点，使用制动闸将摆锤刹住使其停止在垂直稳定位置，读取吸收能量数值试样数量试样数量按相应产品标准规定由于冲击试验结果比较离散，试样数量一般都不少于3个。12/22/202428zzf12/22/202429zzf实验注意事项摆杆摆动平面的两侧设置安全网，以防止试样断裂飞出伤人。冲击时在场人员须站在摆杆摆动平面的两侧，严防迎着摆锤站立。摆杆扬起，安放试样时，任何人不准按动摆杆下落按钮，以防摆杆下摆冲击伤人。操作设备和安放试样为一人。12/22/202430zzf冲击试验结果吸收能量有效位数吸收能量应至少保留两位有效数字（至少估读到0.5J）吸收能量的表示方法V型缺口试样在2mm摆锤刀刃下冲击吸收能量：KV2

V型缺口试样在8mm摆锤刀刃下冲击吸收能量：KV8

U型缺口试样在2mm摆锤刀刃下冲击吸收能量：KU2U型缺口试样在8mm摆锤刀刃下冲击吸收能量：KU8

12/22/202431zzf试验中几种情况的处理试样吸收能超过试验机能力的80﹪，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﹪。试样试验后没有完全断裂，可以报出冲击吸收能量，或与完全断裂试样结果平均后报出。试验机打击能量不足使试样未完全断开，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。如果试样卡在试验机上，则试验结果无效，应重新补做试验此时应彻底检查试验机，以免试验机受到损伤以影响测量的准确性。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。12/22/202432zzf冲击吸收功结果判定第一次测试合格判据3个试样冲击功平均值

标准值小于标准值的试样最多一个每个单个试验值不小于标准值的70%。复试合格判据6个试样冲击功平均值

标准值冲击功低于标准值的试样不超过2个冲击功低于标准值70%的试样不超过1个12/22/202433zzf第四节影响冲击性能测定的主要因素12/22/202434zzf与材料有关的因素化学成分、金相组织、晶粒度、以及是否含有夹渣、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冲击试验得到广泛应用的原因所在导致冲击试验结果的离散性较大。12/22/202435zzf与样品取样和制备有关的因素取样方向沿轧制方向取样，垂直于轧制方向开缺口，冲击值较高；缺口加工质量试样缺口深度、缺口根部曲率半径及缺口角度缺口根部的表面质量，加工硬化、加工痕迹试样尺寸试样宽度增加会使金属在冲击中塑性变形体积的增加，从而导致试样吸收能量的增加。尺寸增大，特别是宽度的增加，会使约束程度增加，导致脆性断裂，降低吸收能量。12/22/202436zzf缺口深度对冲击性能的影响

深度/mm高能量样/J中能量样/J低能量样/J2.0±0.025103±5.260.3±3.016.9±1.42.1397.95615.52.04101.857.216.81.97104.161.417.212/22/202437zzf缺口根部半径对冲击性能影响半径/mm高能量样/J中能量样/J低能量样/J0.25±0.025103±5.260.3±3.016.9±1.40.139856.514.60.38108.564.321.412/22/202438zzf与试验机有关的因素试验机的精度冲击试验机能量指示装置的相对误差尤其是能量指示装置的回零差对冲击试验结果有直接影响。摆锤与机架的配合摆锤与机架的相对位置的正确性及稳定性，尤其是冲击刀刃与支座跨距中心的重合性及摆锤刀刃与试样纵向轴线的垂直度对于获得准确试验结果有很大的影响。12/22/202439zzf与试验过程有关的因素试验温度对于大多数材料，吸收能量随温度而变化，因此，温度控制的精度、保温时间以及高温、低温冲击试验时试样从保温介质中移出至打断的时间间隔都可能影响试验结果。冲击试样的