材料力学行为》实验报告书南京理工大学材料科学与工程学院2016．5金属材料冲击实验一、实验目的1）了解冲击实验原理，冲击实验机的主要结构；2）掌握冲击实验测量方法；3）掌握结晶状晶粒大小与韧度脆性间的关系；4）通过断口形态判断材料的强度和韧度二、实验设备以及试样294/147J冲击试验机、铸铁、Q235 冲击试验试验机的结构：1、试样简支梁式支承；2、冲击刀采用螺丝安装固定，更换简单方便；3、主机装有安全防护销；4、试验机主机为单支承柱式结构三、实验原理韧性是材料在弹性变形、塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力韧性好的材料在服役 条件下不至于突然发生脆性断裂，从而使安全得到保证冲击吸收功的测量原理为冲击前以摆锤位能形式存在的能量中的一部分被试样在受冲击 后发生断裂的过程中所吸收摆锤的起始高度与它冲断试样后达到的最大高度之间的差值可 以直接转换成试样在冲断过程中所消耗的能量，试样吸收的功称为冲击功（Ak）o具体过程如 图 1 所示图 1 冲击实验原理冲击弯曲试验标准是U形缺口或者V形缺口，在这次实验中，我们采用了 V形缺口分别称为夏比U形缺口或者V形缺口，夏比V形缺口如下图所示：四、实验步骤1）将摆锤支在卡口条上，安放试样；2）将手柄置于“预备”位置，上下活动，使确保挂好；3）扳动手柄到“冲击”位置，冲击试样；4）待摆锤冲击试样扬到最高位置回摆后，扳动手柄到“制动”位置；5）读取数值、记录，将手柄扳到“预备”位置，准备下一次冲击。
五、实验结果及分析由此数据，Q235和铸铁的形状，尺寸都一样，而明显可以看出Q235的的冲击吸收功远远 大于铸铁的冲击吸收功我觉得主要原因是它们的材料性质不同，铸铁的组织相对于 Q235， 比它粗大一些，含有它们的含碳量不同，含碳量越大，则材料变脆的倾向就越大所以可以 得出一个基本的结论：结晶状晶粒大小越大，材料的韧性越差，也越容易致脆Q235的断口有明显的塑性破坏产生的光亮倾斜面，倾斜面倾角与试样轴线近似成（称杯状 断口）,这部分材料的断裂是由于切应力造成的,中心部分为粗糙平面,塑性越大对应杯状断口 越大，中心粗糙平面的面积越小；而铸铁没有任何的倾斜侧面，断口平齐，并垂直于拉应力，属 于典型的脆性断口从它们的断口形态，可以判断Q235的强度和韧度均比铸铁要好Q235 在冲击情况下表现出脆性的原因：从微观角度分析，在冲击载荷之下，几乎瞬时作用于位错上相当高的应力，结果位错运动速率增大，位错运动速率增加将使得派纳力增大，因为位错宽度及其能量与位错运动速率有关，运动速率越大，则能量越大、宽度越小，2G故派纳力越大（由公式e =——e_b（i-v）可以推出来），结果滑移临界切应力增大，金属产生附p- n 1 — v加应力，即应变强化现象。
由于冲击载荷下应力水平比较高，将使得许多位错源同时开动， 结果抑制了单晶体中的易滑移阶段的产生和发展，增加了点缺陷浓度，上面的几个点使得金 属材料在冲击载荷下塑性变形难于充分进行在冲击载荷下，塑性变形比较集中在某些局部 区域，这反映了塑性变形是极不均匀的，导致了屈服强度、抗拉强度提高，且屈服强度提高 的较多，抗拉强度提高的较少所以，提高应变速率会使金属材料的变脆倾向增大六、实验注意事项1，在试验机摆锤的平面内、严禁站人，以防因摆锤运动或者冲断的试样飞出伤人 2，未经许可不准随便搬动摆锤和控制手柄3，在装置冲击试样时，应将摆锤用支架支住切不可将摆锤抬高到预备位置，以防摆锤偶然 落下时造成了严重的事故4，当手柄在“预备”位置，摆锤已上扬至预定的试验高度后，应平稳地缓慢的将手放开，并 使得插销插入摆轴的槽内，以防放手过急而冲断插销不过因为目前该冲击实验机主要是自 动控制，我们只用将试样放好，再按要求按动开关就行了，所以这样的问题会少好多5，当试样被冲断而摆锤尚在摆动时，不能将手柄拨回至“预备”位置，以防插销的头部与摆 锤发生摩擦或插销有可能插入摆锤的槽内而被冲断6，试样冲断时如有卡锤现象，则数据无效。