金属夏比冲击试验Word文件下载.doc
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降低温度(脆断趋势)
三.夏比冲击试验的优缺点:
夏比冲击试验是由法国工程师夏比(Charpy)建立起来的,虽然试验中测定的冲击吸收功Ak值缺乏明确的物理意义,不能作为表征金属制件实际抵抗冲击载荷能力的韧性判据,但因其试样加工简便、试验时间短,试验数据对材料组织结构、冶金缺陷等敏感而成为评价金属材料冲击韧性应用最广泛的一种传统力学性能试验。
四.夏比冲击试验的主要用途:
1.评价材料对大能量一次冲击载荷下破坏的缺口敏感性。
零部件截面的急剧变化从广义上都可视作缺口,缺口造成应力应变集中,使材料的应力状态变硬,承受冲击能量的能力变差。
由于不同材料对缺口的敏感程度不同,用拉伸试验中测定的强度和塑性指标往往不能评定材料对缺口是否敏感,因此,设计选材或研制新材料时,往往提出冲击韧性指标。
2.检查和控制材料的冶金质量和热加工质量。
通过测量冲击吸收功和对冲击试样进行断口分析,可揭示材料的夹渣、偏析、白点、裂纹以及非金属夹杂物超标等冶金缺陷;
检查过热、过烧、回火脆性等锻造、焊接、热处理等热加工缺陷。
3.评定材料在高、低温条件下的韧脆转变特性用系列冲击试验可测定材料的韧脆转变温度,供选材时参考,使材料不在冷脆状态下工作,保证安全。
而高温冲击试验是用来评定材料在某些温度范围如蓝脆、重结晶等条件下的韧性特性。
五.标准
按其服役工况有:
简支梁下的冲击弯曲试验(夏比冲击试验)
悬臂梁下的冲击弯曲试验(艾氏冲击试验)GB/T4158-1984
冲击拉伸试验
冲击扭转试验
夏比冲击试验按试验温度可分为高温、低温和常温冲击试验,按试样的缺口类型可分为V型和U型两种冲击试验。
现行国家标准GB/T229-1994《金属夏比缺口冲击试验方法》将以上所涉及的试验方法统一合并在一个标准内,更加便于执行。
第一节冲击试验原理
夏比冲击试验是将具有规定形状、尺寸和缺口类型的试样,放在冲击试验机的试样支座上,使之处于简支梁状态。
然后用规定高度的摆锤对试样进行一次性打击,如图6-1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功。
试样的冲击吸收功在试验中用摆锤冲击前后的位能差测定:
Ak=A-A1(6-1)
(6-2)
(6-2)
式中A——摆锤起始位能,J;
A1——摆锤打击试样后的位能,J。
如不考虑空气阻力及摩擦力等能量损失,则冲断试样的吸收功为
(6-4)
式中F——摆锤的重力,N;
L——摆长(摆轴至锤重心之间的距离),mm;
α——冲击前摆锤扬起的最大角度,弧度;
β——冲击后摆锤扬起的最大角度,弧度。
第二节夏比冲击试样与试验设备
一、冲击试样
标准夏比缺口冲击试样的结构示意图见图6-2~图6-4。
1.冲击弯曲试验试样的种类:
夏比v型缺口冲击试样
缺口试样(我国以前称夏氏试样)
夏比u型缺口冲击试样,缺口深度分别为2和5mm两种
(我国以前称梅氏试样)
无缺口冲击试样:
适用于脆性材料(球铁、工具钢、淬火钢等)
2.冲击试样开缺口的目的是:
使缺口附近造成应力集中,保证在缺口处破断。
缺口的深度和尖锐程度对冲击吸收功影响显著。
缺口越深、越尖锐,Ak值越小,材料表现的脆性越大。
所以,不同类型和尺寸试样的Ak值不能相互换算和直接比较。
3.试样类型的选择原则:
①一般情况下,尖锐缺口和深缺口试样适用于韧性较好的材料。
②当试验材料的厚度在lOmm以下而无法制备标准试样时,可采用宽度7.5mm或5mm等小尺寸试样。
小尺寸试样的其他尺寸及公差与相应缺口的标准试样相同。
缺口应开在试样窄面上。
③缺口几何参数的影响:
a由于冲击试样的缺口深度、缺口根部曲率半径及缺口角度决定缺口附近的应力集中程度从而影响该试样的冲击吸收功,试验前应检查这几个尺寸参数。
b缺口底部表面质量缺口底部应光滑,不应出现与缺口轴线平行的加工痕迹和划痕缺口底部表面粗糙度参数Ra应不大于1.6μm。
④试验前应对试样进行适当的标记,以避免混淆,但标记的位置不应影响试样的支承和定位,并且应尽量远离缺口。
⑤焊接接头冲击试样的形状和尺寸与相应的标准试样相同,但其缺口轴线应当垂直焊缝表面,如图6-5所示。
试样的缺口按试验要求可分别开在焊缝、熔合线或热影响区,其中开在热影响区的缺口轴线与熔合线的距离按产品技术条件规定,如图6-6所示。
二、冲击试验机
1.组成和型号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-30A、JB-30B、JBG-30、JBD-30、JBD-30A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一致,例如最大打击能量分别为300J(±
10J)和15OJ(±
10J)两档,打击瞬间摆锤的冲击速度在5.0~5.5m/s之间,这些均符合GB/T229-1994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。
2.安装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15Omm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6-7的规定。
3.选用及日常检查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。
使用冲击试验机时,不能用大能量的试验机去打击吸收功很小的样品。
以免造成较大的误差,见下图。
一般规定使用能量的下线为最大打击能量的10%。
三、温度控制系统
高温冲击试验的温控装置由:
加热炉、温度控制仪器、热敏元件组成。
使用液体冷却试样
低温冲击试验的制冷和控制装置由喷射冷源的气体
压缩机制冷的低温槽
四、温度测量系统
高温冲击试验时,一般采用热电偶测温
低温冲击试验时,一般采用最小分度值不大于1℃的玻璃温度计。
第三节常温冲击试验
一、试验前的准备工作
1.试验温度10~35℃。
严格时试验在20℃±
2℃。
2.检查试样尺寸
3.选择冲击试验机在试验机摆锤最大能量的10%~90%范围内。
4.进行空打试验将摆锤扬起至扬角位置,把从动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(以最大量程300J为例,最小分度值为2J,1/4分度值为0.5J,其回零差应不超过0.5J)。
二、试验操作要点
(一)试样的定位
将试样紧贴支座放置,并使试样缺口的背面朝向摆锤刀刃。
试样缺口用专用的对中夹钳或定位规收中,使缺口对称面位于两支座对称面上,其偏差不应大于0.5mm。
(二)操作过程
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),此值即为冲击吸收功。
(三)试样数量
由于冲击试验结果比较离散,一般对每一种材料试验的试样数量不少于3个。
三、冲击试验结果处理及试验报告
(一)冲击吸收功的有效位数
冲击吸收功应至少保留2位有效数字,即冲击吸收功在1OOJ及以上时,应是3位数字,如12OJ;
冲击吸收功在10~1OOJ时,应为2位数字,如75J;
冲击吸收功在lOJ以下时,应保留小数点后1位数字,一般修约到0.5J,如7.5J,修约方法按GB8170执行。
这样报告的试验结果基本上能与试验测量系统的不确定度相适应,如果过多保留有效位数则夸大了试验的测量精确度,有效位数不够则增大了误差。
(二)冲击吸收功的表示方法
为了表示不同类型冲击试样的试验结果,3种类型试样的冲击吸收功用如下符号表示,以示区别:
V型缺口试样的冲击吸收功,表示为AkV;
深度2mmU型缺口试样的冲击吸收功表示为AKU2;
深度5mmU型缺口试样的冲击吸收功表示为AKU5。
除以上3种非标准冲击试样,当报告冲击吸收功时,应将试样的缺口形状、尺寸在报告中详细注明。
(三)试验中几种情况的处理
(1)由于试验机打击能量不足使试样末完全折断时,应在试验数据之前加大于符号“>
”,其他情况则应注明“末折断”。
(2)试验后试样断口有肉眼可见裂纹或缺陷时,应在试验报告中注明。
(3)试验中如出现误操作,或试样打断时有卡锤现象时,此时得到的结果已不准确,因此试验结果无效,应重新补做试验。
(四)试验结果对比
由于冲击试样尺寸及缺口形状对冲击吸收功影响非常大,所以不同类型和尺寸试样的试验结果不能直接对比,也不能换算。
(五)试验报告
冲击试验报告应包括如下内容
(1)所采用的试验方法标准号;
(2)试验材料种类及标志;
(3)试样尺寸及类型;
(4)试验温度;
(5)试验机打击能量;
(6)冲击吸收功;
(7)韧脆转变温度(必要时);
(8)试验日期。
第四节高温和低温冲击试验
在高温和低温下进行冲击试验,除了应掌握常温冲击试验的知识和技能外,还应注意温度的控制和测量以及温度对试验的影响。
一、低温冲击试验
(一)试样保温时间
在低温冲击试验中,试样应在规定温度下保持足够时间,以使试样整体达到规定的均匀温度。
如果使用液体介质时,保温时间应不少于5min;
使用气体介质时,保温时间不少于20min。
同时,用于移取试样所用的夹具也应放于相同温度的冷却介质中,确保与介质温度基本相同。
(二)温度补偿
对于低温冲击试验,从冷却装置中移出的试样温度会回升,从而偏离实际规定的低温温度。
如果试样从液体介质中移出至打击的时间在2s之内,从气体介质装置移出至打击的时间应在1s之内,试样温度的回升可以忽略。
这种操作方法称为"
直冲法"
,一般带有自动送样装置的冲击试验机可以满足上述要求,它的试样从冷却装置中提前移动,以保证与摆锤下落打击时间同步。
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