金属材料力学性能检测之夏比冲击测试-7411威尼斯

金属材料的冲击性能是指材料在冲击载荷作用下的力学行为，其作用主要有以下几个方面：

　　(1)评定材料的冶金质量和热加工质量。通过测定冲击吸收功和对冲击试样的断口分析，可揭示材料中是否含有夹渣、气泡、偏析、分层等冶金缺陷和过烧、过热、回火脆性等锻造、热处理缺陷，因为这些缺陷会使冲击吸收功明显下降。

　　(2)通过低温系列冲击试验可确定材料的低温脆变倾向和韧脆转变温度。

　　下面以金属材料常用的夏比冲击试验（charpyimpacttest）来详细说明该实验的相关步骤及要求：
 

图1夏比冲击试验原理

　　试验是在摆锤式冲击试验机上进行的。将试样水平放在试验机支座上，缺口位于冲击相背方向。

　　然后将具有一定重量g摆锤举至一定高度h1，使其获得一定位能gh1。释放摆锤一次冲断试样，摆锤的剩余能量为gh2，则摆锤冲断试样失去的位能为gh1-gh2，此即为试样变形和断裂所消耗的功，称为冲击吸收功(ak)，单位为j。

　　由于大多数材料冲击值随温度变化，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。

　　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，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，试样表面粗糙度ra应优于5mm，端部除外。

　　夏比冲击试验试样有两种，v型缺口和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型缺口深度应为2mm或5mm(除非另有规定)，底部曲率半径为1mm。

　　                                                                                                               图2夏比冲击试样
 

　　1、检验试样的标识是否正确；

　　2、检查冲击摆锤、砧座是否磨损或损坏；

　　3、根据测试试样的产品标准确定摆锤刀刃半径；

　　4、对于低能量的小尺寸冲击试样（试样的宽度为7.5mm，5mm，2.5mm）应在砧座上放置适当厚度的垫片，以确保试样打击中心的高度为5mm；

　　5、试样冷却与保温：

　　5.1试验前，试样至少应保温5分钟，应将夹持试样的机械装置（比如夹钳）放在液浴中至少5分钟，并在两次试验的过程中将该装置放回到液浴中；

　　5.2试验时，应在5秒钟内将试样移送到试验机进行试验；

　　6、试样定位：缺口背面朝向冲击刀刃，且要居中，紧贴钳口，冲击结束后于显示器上读取吸收能量数据；

　　7、剪切断裂百分比的测量（选测）；

　　8、侧膨胀量的测量（选测）；

　　9、试验结束；　　

　　1、如果试样没有断成两段： 

　　1.1未断裂试样的冲击功小于试验机能力的80%的时候可以和断裂试样的冲击功值进行平均；

　　1.2如果冲击功超过了试验机能力的80%，并且试样在砧座上彻底断裂，则直接报告冲击功数值，而不与其他的数值进行平均； 

　　2、如果试样没有在砧座上彻底断裂（比如，摆锤卡住），则应报告超过了试验机能力； 

　　3、如果试样卡在试验机上，则应废弃此次测量结果并对试验机进行彻底检查，查看是否有损坏，因为这将影响到试验机的校准； 

　　4、由于断电设备故障影响测试结果时，实验员应在24小时内通知客户，若试验仍未失效，测试记录应包括以下几点：中断日期及时间，故障描述，采取的纠正措施。　　

　　金属材料的冲击韧性和脆性转变温度，对材料内部组织结构、宏观缺陷及试验条件很敏感。因此，影响冲击试验结果的因素很多。现仅就试验条件的影响做些简要分析。 

　　1、试样的影响 

　　用气焊烧割截取试样加工余量不足及机械加工中冷却液不足，造成试样金相组织变化，对ak值有较大影响；在热处理过程中工艺控制不当，造成悦碳、氧化、过热、过烧等，都会严重影响材料的冲击性能。 

　　试样尺寸精度、缺口形状，特别是v形缺口底部弧度半径甚小。稍有偏差对试验结果将产生较大的影响。缺口处的表面粗糙度对低碳钢及塑性好的材料的冲击功影响不明显，但对高强度钢则影响较大。 

　　取样方向不同，ak也下同。沿轧制方向取样，ak值偏高；沿垂直于轧制方向取样，ak值偏低。

　　2、试验温度的影响 

　　试验温度对某些脆性转变温度范围较窄的材料的ak值影响较大。从室温到低温会出现ak值降低，并当温度下降到某一值时。ak值会突然下跌很多。从室温到高温，一般随温度升高而ak值增加。

　　3、试验机和操作的影响

一般地讲，摆锤的功能和速度越大，试样破断所吸收的能量越小，脆性转变温度也越高：试样放置缺口不对中，ak值偏高，因此，在测试工作中，应经常注意检查。

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