金属材料夏比摆锤冲击试验方法介绍解析

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1、核电石化事业部 2012年3月 金属材料夏比摆锤冲击试验方法介绍金属材料夏比摆锤冲击试验方法介绍 CharpyCharpy pendulum impact test method pendulum impact test method 李兴民李兴民 一、夏比摆锤冲击试验简介 二、GB/T229-2007解读 三、回火脆转变温度 四、冲击试验标准对比 内容概况内容概况 一、夏比摆锤冲击试验简介一、夏比摆锤冲击试验简介 缺口效应 实际生产中的机件，绝大多数都不是截面均匀而无变化的光滑 体，往往存在截面的急剧变化，如键槽、油孔、轴肩、螺纹、退 刀槽及焊缝等，这种截面变化的部位可视为“缺口”。由于缺口

2、 的存在，在静载荷作用下，缺口截面上的应力状态将发生变化 ，产生所谓“缺口效应”，从而影响金属材料的力学性能。 一、夏比摆锤冲击试验简介一、夏比摆锤冲击试验简介 缺口效应主要产生以下两方面影响： 1.在缺口根部引起应力集中，并改变缺口前方的应力状态； 2.使塑性材料强度提高，塑性降低，即所谓的“缺口强化”。 需 要指出的是，缺口强化并不是金属内在性能发生变化，纯粹是由于三向拉 伸应力约束了塑性变形所致。 无论是脆性材料还是塑性材料，其机件上的缺口都因造成两向 或三向应力状态和应力应变集中而产生变脆倾向，降低了使用 的安全性。 一、夏比摆锤冲击试验简介一、夏比摆锤冲击试验简介 冲击试验 一种动态

3、力学性能试验，主要用来测定冲断一定形状的试样所消耗的功，又叫冲 击韧性试验。(加载速度) 冲击试验机（摆锤式和落锤式） ：手动冲击试验机、半自动冲击试验机、全自 动冲击试验机。 根据试样形状和破断方式，冲击试验分为弯曲冲击试验、扭转冲击试验和拉伸冲 击试验三种。 横梁式弯曲冲击试验法（charpy）操作简单，应用最广。 在工程上主要是用它评定冶金质量和加工工艺质量，以及测定韧脆性转变温度。 为表征加载速率和缺口效应对金属材料韧性的影响，需要进行缺口试样的冲击弯 曲试验。 一、夏比摆锤冲击试验简介一、夏比摆锤冲击试验简介 夏比冲击试验(Charpy Impact Test)是用以测定金属材料抗缺

4、口 敏感性(韧性)的试验。制备有一定形状和尺寸的金属试样(通常 为101055mm)，使其具有U形缺口或V形缺口，在夏比冲击 试验机上处于简支梁状态，以试验机举起的摆锤作一次冲击， 使试样沿缺口冲断，用折断时摆锤重新升起高度差计算试样的 吸收功，即为Aku(U型缺口)和Akv(V型缺口)。可在不同温度下 作冲击试验。吸收功值(焦耳)大，表示材料韧性好，对结构中 的缺口或其他的应力集中情况不敏感。 一、夏比摆锤冲击试验简介一、夏比摆锤冲击试验简介 一、夏比摆锤冲击试验简介一、夏比摆锤冲击试验简介 夏比冲击试验常采用简支梁冲击，以摆锤冲击试 样前后的能量差来计算出冲击强度。 一、夏比摆锤冲击试验简

5、介一、夏比摆锤冲击试验简介 夏比冲击试验应用 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。 一、夏比摆锤冲击试验简介一、夏比摆锤冲击试验简介 夏比冲击试验结果分散性相对大的原因来自两方面： 试验因素； 材料结构。 从试验角度看，由于冲击试验是在动态力作用下进行的， 因此影响试验结果正确性和分散性的因素很多，试验方法标准 化的目的就是对各种影响冲击试验结果的因素进行限定，以得 到准确的和可比较的试验结果。 二、二、GB/T229-2007GB/T229-2007解读解读 一、范

6、围 规定了测定金属材料在夏比冲击试验中吸收能量的方法， 适用于V型和U型缺口试样。 不包括仪器化冲击试验方法，因为已有GB/T197482005 钢材 夏比V型缺口摆锤冲击试验 仪器化试验方法。 二、二、GB/T229-2007GB/T229-2007解读解读 二、规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。 GB/T 3808 摆锤式冲击试验机的检验 GB/T 2975 钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备 GB/T 8170 数值修约规则 JJG 145 摆锤式冲击试验机检定规程 二、二、GB/T229-2007GB/T229-2007解读解读 三、术语 实际初

7、始势能 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力值 KV2 、 KU2 2mm锤刃的冲击值。 KV8 、 KU8 8mm锤刃的冲击值。 试样的几何尺寸 二、二、GB/T229-2007GB/T229-2007解读解读 n冲击吸收功：规定形状和尺寸的试样在冲击试验力一次作用下折 断时所吸收的功 n脆性断面率：脆性断口面积占试样断口总面积的百分率 n冲击吸收功-温度曲线：在一系列不同温度的冲击试验 中，冲击 吸收功与试验温度的关系曲线 n韧脆转变温度：在一系列不同温度的冲击试验 中，冲击吸收功 急剧变化或断口韧性急剧转变 的温度区域 二、二、GB/T229-2007

8、GB/T229-2007解读解读 四、符号 二、二、GB/T229-2007GB/T229-2007解读解读 五、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 。 由于大多数材料的冲击值随温度变化，因此试验应在规定温 度下进行。 高温冲击试验 低温冲击试验 室温冲击试验 二、二、GB/T229-2007GB/T229-2007解读解读 六、试样 标准尺寸冲击试样长度为55mm，横截面为10mm10mm，在试样长度中间 有V型和U型缺口。备用尺寸试样可使用宽度分别为7.5mm，5mm，2.5mm的小 尺寸试样。 V型缺口夹角为4

9、5，深度为2mm，底部曲率半径为0.25mm， U型缺口深度为2mm或5mm，底部曲率半径为1mm。 应注意以下几点： 对于低能量冲击试验需要使用垫片； 除端面外其余表面粗糙度优于5m； 缺口根部没有影响吸收能的加工痕迹； 缺口对称面垂直于试样纵向轴线； 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。 二、二、GB/T229-2007GB/T229-2007解读解读 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

10、焊缝金属冲击试样 热影响区冲击试样 二、二、GB/T229-2007GB/T229-2007解读解读 缺口在焊缝、熔合线或HAZ的位置 二、二、GB/T229-2007GB/T229-2007解读解读 试样的尺寸及偏差应满足下表： 二、二、GB/T229-2007GB/T229-2007解读解读 七、试验设备 1.所有测量仪器应符合国家或国际标准； 2.所有仪器应在合适的周期内进行校准； 3.试验机应按照GB/T 3808或JJG 145进行安装及检验； 4.摆锤刀刃半径应参考相关产品标准。 我公司冲击试验机： JBW-500GD屏显式冲击试验机 ZBC系列微机式金属摆锤冲击试验机 二、二、G

11、B/T229-2007GB/T229-2007解读解读 我公司冲击试验机： ZBC系列微机式金属摆锤冲击试验机 二、二、GB/T229-2007GB/T229-2007解读解读 八、试验程序 一般要求: 试验前检查砧座跨距，保持在40+0.2mm以内； 试验前检查摆锤空打时的回零差或空载能耗(0.1%)； 试样紧贴试验机砧座，锤刃沿缺口对称面打击缺口背向，试样缺口 对称面偏离两砧座间的中点不应大于0.5mm。 试验温度： 应在规定温度2内试验，如对温度没有规定，应在235 范围进行。严格了室温冲击温度适用范围。 二、二、GB/T229-2007GB/T229-2007解读解读 冷却介质温度在规

12、定温度1内，液体介质保温时间至少为5min ，气体介质至少为20min。 液体介质中利用网栅存放试样，网栅至少高于容器底部25mm，液 体浸过试样的高度至少为25mm，试样据容器侧壁至少10mm，连 续均匀搅拌介质使温度均匀。 气体介质应注意试样据低温装置内表面及试样间保持足够的距离。 高温冲击试验： 低于200时在规定温度2内保温至少10min； 低于200时在规定温度5内保温至少20min； 二、二、GB/T229-2007GB/T229-2007解读解读 试验保温介质 试验温度,介质 200空气加热 20035高温油 100水+冰 0-70乙醇+干冰 -70-105 无水乙醇+液氮 -1

13、05-192 液氮 二、二、GB/T229-2007GB/T229-2007解读解读 试样转移 对高低温冲击试验规定试样从装置中移出至打断时间应不大于5秒。 使用V型缺口自动对中夹钳转移试样，与试样一起保温。 为保证试样在打击瞬间温度处于规定范围，建议采用过冷或过热法补偿温度损失 值。 试验机能量范围 试样吸收能量不应超过实际初始势能的80%，如果试样吸收能量超过此值，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%。 二、二、GB/T229-2007GB/T229-2007解读解读 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，或与完全断裂试样结果 平均后报出。

14、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。 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。 二、二、GB/T229-2007GB/T229-2007解读解读 断口检查和结果读取 试样标记不能在明显变形部位； 冲击吸收能量结果至少估读到0.5J，至少保留两位有效数据。 不同类型和尺寸试样的试验结果不能直接对比和换算。 二、二、GB/T229-2007GB/T229-2007解读解读 试验报告 必要内容 标准编号； 试样相关资料； 缺口类型； 试样尺寸； 试验温度； 吸收能量类型K

15、V2，KU8等； 影响试验的异常情况。 可选内容 试样取向 试验机标称能量 纤维面积 侧膨胀值 转变温度 未完全断裂试样数 二、二、GB/T229-2007GB/T229-2007解读解读 侧膨胀值测量 用缺口根部的变形量来分析材料抵抗三轴应力断裂的能力。 断面相对侧的膨胀量代表压缩量（由于压缩变形测量困难）。 侧膨胀值=断面两侧最大膨胀值之和。 测量仪器：游标卡尺和图像分析仪。 二、二、GB/T229-2007GB/T229-2007解读解读 断口形貌测量 冲击试样断口上有纤维区、放射区（结晶区）和剪切唇。 不同温度下，上述三个区的相对面积不同； 结晶区的面积随温度变化而变化，一般结晶区面积

16、百分比增大表示材料变脆。 二、二、GB/T229-2007GB/T229-2007解读解读 断口形貌测量 宏观：纤维区灰大小 微观：韧窝大小与深浅 穿晶断裂 解理面（晶面）断裂 二、二、GB/T229-2007GB/T229-2007解读解读 断口形貌测量 剪切断面率用来评定冲击试样的断口表面。其值越高，材料的韧性越好。大 多数夏比冲击试样的断口形貌为剪切和解理断裂的混合状态。 通常使用以下方法测定纤维断面率： a) 测量断口晶状断裂部分（即“闪亮”部分）的长度和宽度，查表计算纤维断面率 ； 二、二、GB/T229-2007GB/T229-2007解读解读 b) 使用图示的断口形貌卡与试样断口进行比较； 二、二、GB/T229-2007GB/T229-2007解读解读 c)将断口放大，并与预先制好的对比图进行比较，用求积仪测量的 纤维断面率（100%）减去晶状断面率计算； d)断口拍成放大照片，用