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1、金属系列冲击试验报告一 试验目的1. 了解摆锤冲击试验的基本方法。2.通过系列冲击试验，测定低碳钢、工业纯铁和T8钢在不同温度下的冲击吸收功， 拟合三种金属韧脆转变温度。二 基本原理：韧性是材料承受载荷作用导致发生断裂的过程中吸收能量的特性。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）。采用系列冲击试验，即测定材料在不同温度下的冲击吸收功，可以确定其韧脆转 变温度，即当温度下降时，由韧性转变成脆性行为的温度
2、范围，在Ak-T曲线上表现为 Ak 值显著降低的温度。曲线冲击功明显变化的中间部分称为转化区，脆性区和塑性区 各占50%时的温度称为韧脆转变温度（DBTT ）。当断口上结晶或解理状脆性区达到 50%时，相应的温度称为断口形貌转化温度（ FATT）。脆性断裂：材料在低温断裂时会呈现脆性断裂，所谓脆性断裂即材料在极微小甚 至没有塑性变形及其预警的情况下所发生的断裂，低倍放大镜下断口形貌往往是光亮 的结晶状。解理断裂：当外加正应力达到一定数值后，以极速率沿特定晶面产生的穿晶断裂 现象称为解理。解理断口的基本微观特征是台阶、河流、舌状花样等。全韧型断口：断口晶状区面积百分比定为0%； 全脆型断口：断口
3、晶状区面积百分比定为100%； 韧脆型断口：断口晶状区面积百分比需用工具显微镜进行测量，计算出断口解理 部分面积，计算出断口晶状区面积百分比三 试验材料、试样、以及设备仪器2.1 按照相关国标标准 GB/T229-1994 （金属夏比缺口冲击试验方法）要求完成试验测量 工作。2.2试验材料：低碳钢、工业纯铁和T8钢。试样外型尺寸：10mm*10mm*55mm，缺 口部位为 U 型槽。2.3 试验设备与仪器实验仪器：冲击试样机：JB-30B，冲击试验机的标准打击能量为300J（士 10J），打击瞬间摆锤的 冲击速度应为5.05.5m/s。冲击试验机一般在摆锤最大能量的10%90%范围内使用；实
4、验前应检查摆锤空打时被动指针的回零道，回零差不应超过最小分度值的四分之一。工具显微镜：目镜10X，物镜2.5/0.08，160/0.保温杜瓦瓶：对于高温或低温冲击试验，保温瓶应能将试验温度稳定在规定值的2C之内。温度计：测高温用的玻璃温度计最小分度值应不大于1C,测低温用数字显示式热电 偶测温器。加热用电炉，烧杯，液氮，酒精，加持试样用镊子四 实验步骤4.1 了解摆锤冲击试验装置，工作原理及冲击方式。4.2将三种试样分别做标记，标号为I、口、皿，然后放置于温度分别为60C、-40弋、 -30C、-20C、0C、室温、沸水的介质中保温。4.3 达到预定温度后，保温3分钟以上，然后准备进行冲击试验
5、。4.4 试样的支座要符合规定距离，坚固不松动，摆锤的刀口处于支座跨度的中央，摆锤空 载运动时指针应指在零位。4.5 冲击吸收功的试验测量。将试样快速准确的装卡到试验装置上，然后放下摆锤完成冲 击试验。注意，当试验不在室温进行时，试样从高温或低温装置中移出至打断的时间 不应大于 5 秒，如不能满足要求，应采取过热或过冷的方法补偿温度损失。调试温 度，以达到试样规定的试验温度。4.6 记录冲击功，并且根据断后形貌，在显微镜下观察计算韧脆区域比例，填入班级统计 栏中。五 试验数据记录及处理5.1 试验数据记录表 1 系列冲击试验第1 组数据第一大组实验数据温度/摄氏度1980018304060低碳
6、钢Ak/J14816812411587904.0断口解理面积/%22067526470100T8钢Ak/J15357.06.04.0断口解理面积/%100100100100100纯铁Ak/J2783008/116/85.5断口解理面积/%0094/94100/94100表2 系列冲击试验第2组数据第二大组实验数据温度/摄氏度7920-120304060低碳钢Ak/J232144140110.5684.54.5断口解理面积/%024325775100100T8钢Ak/J28542213.5断口解理面积/%100100100100纯铁Ak/J128300/62836.0断口解理面积/%00/100
7、0195.2 断口形貌及晶状区面积计算5.2.1 断口形貌 断口脆性区没有塑性变形，断口呈结晶状、平整且基本无形状变化，呈现亮白色； 塑性区有明显的塑性变形，断口不平整伴随较大的形状改变，呈现暗灰色。5.2.2 断口晶状区面积%计算根据国标GB/T 12778-2008，按断口上晶状区的形状，若能归类成矩形、梯形时(图 1)，可用量具测出相应尺寸，按公式(1)计算出断口晶状区面积%。缺口b)梯形，测如心和心a万 a)a) 矩形，测口均值晶状纤维状fi/图 1 量具测定断口解理面积示意图断口晶狀区面积 = x 100%式中，Ac为断口中晶状区的总面积，单位为mm2 ；A为原始横截面积，单位为mm
8、2。5.2.3我自己的样品计算：本人所测样品为-60度纯铁，Ak=6J，其断口中晶状区的总面 积 100%，绘制图像如下：5.3 用绘制韧脆转变曲线的方法确定韧脆转变温度。利用Origin软件拟合各样品的韧脆转变曲线，艮据已有的研究结果选择Boltzmann函数进行拟合，可以较好的模拟出各类试样的韧脆转变温度。5.3.1. Q235 钢的韧脆转变曲线绘制250200150100500 1 1Ximpact absorbing energy/Ak (J) Boltzma nn Fit of Akpercentage of brittle failure area (%)1 1 1120Ak 10
9、0 )、a 80 R*r60 |I丨X40 I/；201；0 IRI-20 1-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 T (centigrade)%(aeraeruliafeltirbfoegatnecrepne ign irbo sob apmi-80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Temperature (centigrade)图二：Q235钢的韧脆转变行为曲线在origin中对冲击功曲线取点得知Ak最大值197J,最小值0J所以当AK=100J时，温度T=-17.5 C,
10、即利用冲击吸收功所得韧脆转变温度ETT50为-17.5 C.对脆性断面率曲线取点P=50%时，T=-7.7C,即利用脆性断面率所得的韧脆转 变温度 FATT50=-7.7C.5.3.2. T8 钢的韧脆转变曲线绘制300280260240220200180160140120100806040200图三：T8钢的韧脆转变行为曲线由两组拟合的曲线可知，T8钢没有明显的韧脆转变现象，它是一种完全脆性的材料。5.3.3. 工业纯铁的韧脆转变曲线绘制sitzmanniFfimpacrpbsorbtngnergyxv/laeLa er-o-fetoq-o eaMPUNecLepimpact absorbi
11、ng energy (J) percentage of brittle failure area (%)330300270240210180150tcap pm i1209060300-70-60-50-40-30-20-10010Temperature (centigrade)图四：工业纯铁的韧脆转变行为曲线在origin中对冲击功曲线取点得知Ak最大值289J,最小值70J所以当AK=180J 时，温度T=19.7 C,即利用冲击吸收功所得韧脆转变温度ETT50为-19.7匸对脆性断面率曲线取点P=50%时，T=-25C,即利用脆性断面率所得的韧脆转 变温度 FATT50=-25C.六 实
12、验分析及结论6.1. 三种材料的韧脆转变特性比较本次试验中，T8 , Q235 ,纯铁含碳量依次降低。由实验所得数据以及绘图拟合结 果可知，含碳量比较低的纯铁在系列冲击试验冲击功有明显下降斜率，具有明显的韧 脆转变温度，并且其韧脆转变温度很低在-20度左右；Q235也有韧脆转变现象，但其 转变温度相较于纯铁高，转变温度区间比纯铁宽，突变不明显；随着含碳量的继续增 加，合金的强度不断提高，韧脆转变现象越发不明显， T8 钢已经显现出完全的脆性。6.2. 冲击试验致脆因素本次试验中，从Q235和纯铁的转变曲线中可以看出，随温度的降低，其冲击功 明显降低，并且断面脆性面积随之增大，可知，温度是影响其脆性的因素之一。另外，三种材料中，T8, Q235，纯铁依次降低，可知,T8钢表现出完全的脆性， Q235 有不太明显的韧脆转变，而纯铁有明显的韧脆转变，所以可知，只有中低碳钢 有明显的韧脆转变现象。所以得出结论，含碳量是影响致脆性的一个重要因素，随着 含碳量增加，脆性越加明显。参考文献1 金属夏比缺口冲击试验方法. GB/T 229-1994. 杨王玥，强文江材料力学行为M.北京：化学化工出版社.2009.
