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1、金属缺口试样冲击韧性 的测定,一、实验目的,1了解冲击韧性的含义。 2测定钢材和硬铝合金的冲击韧 性，比较两种材料的抗冲击力 和破坏断口的形貌。,二、实验原理,材料在冲击载荷作用下，产生塑性变形和断裂过程吸收能量的能力，称为材料的冲击韧性。用实验方法测定材料的冲击韧性时，是把材料制成标准试样，置于能实施打击能量的冲击试验机上进行的，并用折断试样的冲击吸收功来衡量。 按照不同的实验温度、试样受力方式、实验打击能量等来区分，冲击实验的类型繁多，不下十余种。现在介绍常温、简支梁式、大能量一次性冲击实验。依据是国家标准GB/T 229-1994金属夏比缺口冲击试验方法。,冲击试验机由摆锤、机身、支座、
2、度盘、指针等几部分组成（图1）。实验时，将带有缺口的受弯试样安放于试验机的支座上，举起摆锤使它自由下落将试样冲断。若摆锤重量为G，冲击中摆锤的质心高度由H0变为H1，势能的变化为G(H0-H1)，它等于冲断试样所消耗的功W，亦即冲击中试样所吸收的功为： Ak=W=G(H0H1) 1,设摆锤质心至摆轴的长度为l（称为摆长），摆锤的起始下落角为，击断试样后最大扬起的角度为，式1又可写为 Ak=Gl(cos-cos) 2 一般设计成固定值，为适应不同打击能量的需要，冲击试验机都配备两种以上不同重量的摆锤，则随材料抗冲击能力的不同而变化，如事先用最大可能变化的角度计算出Ak值并制成指示度盘，Ak值便可
3、由指针指示的位置从度盘上读出。Ak值的单位为J（焦耳）。,Ak值越大，表明材料的抗冲击性能越好。Ak值是一个综合性的参数，不能直接用于设计，但可作为抗冲击构件选择材料的重要指标。 材料的内部缺陷和晶粒的大小对Ak值有明显影响，因此可用冲击实验来检验材料质量，判定热加工和热处理工艺质量。Ak值对温度的变化也很敏感，随着温度的降低，在某一狭窄的温度区间内，低碳钢的Ak值骤然下降，材料变脆，出现冷脆现象。所以常温冲击实验一般在10-35的温度下进行，Ak值对温度变化很敏感的材料，试验应在202进行。温度不在这个范围内时，应注明实验温度。,三、实验试样,冲击韧性Ak的数值与试样的尺寸、缺口形状和支承方
4、式有关。为便于比较，国家标准规定两种型式的试样：(1)U型缺口试样尺寸，形状如图2所示； (2) V型缺口试样，尺寸形状如图3所示。 此外，尚有缺口深度为5mm的U型标准试样。当材料不能制成上述标准试样时，允许采用宽度7.5mm或5mm等小尺寸试样，缺口应开在试样的窄面上。V型缺口与深U型缺口适用于韧性较好的材料。用V型缺口试样测定的冲击韧性记为Ak，U型缺口试样则应加注缺口深度，如Aku2（缺口深度为2mm）或Aku5（缺口深度为5mm）。,冲击时，由于试样缺口根部形成高度应力集中，吸收较多的能量，缺口的深度、曲率半径及角度的大小都对试样的冲击吸收功有影响。为保证尺寸准确，缺口应采用铣削、磨
5、削或专用的拉床加工，要求缺口底部光滑，无平行于缺口轴线的刻痕。试样的制备亦应避免由于加工硬化或过热而影响其冲击性能。,四、实验步骤与方法,1检查试样的形状、尺寸及缺口质 量是否符合标准的要求。 2选择合适的摆锤，冲击试验机一 般在摆锤最大打击能量的10%- 90%范围内使用。 3空打试验：举起摆锤，试验机上 不放置试样，把指示针（即从动 针）拨至最大冲击能量刻度处 （数显冲击机调零），然后释放 摆锤空打，指针偏离零刻度的示 值（即回零差）不应超过最小分 度值的1/4。若回零差较大，应调 整主动针位置，直至空打从动针 指零。,4用专用对中块，按图4使试样 贴紧支座安放，缺口处于受拉 面，并使缺口
6、对称面位于两支座 对称面上，其偏差不应大于 0.5mm。 5将摆锤举高挂稳后，把从动针拨 至最大刻度处，然后使摆锤下落 冲断试样。待摆锤回落至最低位 置时，进行制动。记录从动针在 度盘上的指示值或数显装置的显 示值，即为冲断试样所消耗的 功。,五、实验注意事项,1不带保险销的机动冲击试验机或 手动冲击试验机，在安装试样 前，最好先把摆锤用木块搁置在 支座上，试样安装完毕再举摆。 2手动冲击试验机当摆锤举到需要 高度时，可听到销钉锁住的声 音，为避免冲断销钉应轻轻放 摆，在销钉未锁住前切勿放手。 摆锤下落尚未冲断试样前，不应 将控制杆推向制动位置。,3在摆锤摆动范围内，不得有任何 人员活动或放置
7、障碍物，以确保 安全。 4带有保险销的机动冲击试验机， 冲击前应先退销再释放摆锤进行 冲击。,六、实验报告要求,1实验报告的内容应包括：试验标准 号；材料种类；试样尺寸及类型；试验温度；试验机型号及打击能量；冲击吸收功及备注。报告格式由学生自行拟定。 2冲击吸收功在100J以上时，取三位有效数；在10-100J时，取二位有效数；小于10J时，保留小数后一位，并修约到0.5J。 3试样断口有明显的夹渣、裂纹等 缺陷时，应加以注明。,4如因试验机打击能量偏低，试样 受冲后未完全折断，应在试验数 据之前加大于符号“”，其他情 况则应注明“未折断”。 5因操作不当（例如提早制动 等），试样卡锤，其试验结果无 效，应重做。 6比较低碳钢和硬铝合金两种材料 的Ak值，绘出两种试样的断口 形貌，指出各自的特征。,图1 摆锤冲击试验机示意图,图2 U型缺口试样,图3 V型缺口试样,图4 冲击试样对中示意图,
