[科普中国]-锤击韧性试验

简介

锤击韧性试验是一种动态力学性能试验，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。

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操作简单，应用最广。中国有关标准规定采用横梁式试验法，所用标准试样以U形缺口试样和V形缺口试样为主。

冲击试样所消耗的功称为冲击功Ak。将Ak除以缺口处横截面积F，则得冲击韧度ak，单位为J/cm2。ak值没有明确物理意义，因为冲击功并非沿着缺口处截面积均匀消耗。因此，ak值不能直接用于设计计算。同一种金属材料，缺口越尖越深，则塑性变形体积愈小，吸收功也愈小，材料的韧性也就愈低。因此，对于不同尺寸和缺口的试样，所得结果不能互相换算和比较。

弯曲冲击试验是20世纪初夏比(G.Charpy)提出的，以后获得广泛使用。在工程上主要是用它评定冶金质量和加工工艺质量，以及测定韧性－脆性转变温度。如试样上预制疲劳裂纹，用示波图或其他方法求出载荷-时间曲线和载荷-位移曲线，还可测得动态开裂发生的断裂韧度KId和已扩展裂纹停止扩展的断裂韧度KIA等(见金属的强化)。

韧性－脆性转变是金属材料随温度降低由韧性状态过渡到脆性状态致使冲击韧度急剧降低的现象。从韧性角度选材，最重要的是要知道韧性-脆性转变温度Tk(℃)。Tk通常是根据冲击功(或冲击韧度)、断口形貌特征、变形特征与温度的关系求得。其方法是：①选取一定冲击功所对应的温度为Tk；②若用夏比V形缺口试样，则对应于冲击功为15英尺-磅(20.34J)的Tk用V15TT表示；③或用断口面积上出现50%结晶状断口时的温度为Tk，以50%FATT表示；④还有以冲击功曲线开始上升的温度来定义Tk，为零塑性转变温度，用NDT表示。显然，Tk因选用标准不同而异，使用Tk时，一定要注意定义Tk的标准。

其他试验：传统的弯曲冲击试样过小，不能反映实际构件中的应力状态，所以不能满足特殊要求。50年代起，先后提出了落锤试验和动态撕裂试验等方法，实际上都是使用大型夏比试样的弯曲冲击试验。落锤试验(DWT)主要用于测定金属钢板的NDT，试样的厚度与实际使用的板厚相同，并且宽度加大。动态撕裂试验(DT)用来测定动态撕裂功和NDT。

根据落锤试验和动态撕裂试验求得的NDT，可以建立表征应力、缺陷和工作温度关系的断裂分析图(FAD)。1

试验分类冲击试验分成三种：1、规定脉冲试验方法，采用正弦波进行试验；2、冲击谱试验方法；3、规定试验机试验方法。

因试验温度不同而分为常温、低温和高温冲击试验三种；若按试样缺口形状又可分为"V"形缺口和"U"形缺口冲击试验两种。

常温冲击试验，在常温下进行试验，一般在23±5℃的范围内。

低温冲击试验；在低温介质下保存一定时间，使温度达到要求后快速取出完成冲击试验。

1. 使用介质可为冰水混合物（0摄氏度）

2. 其他温度可用低温槽，根据不同的温度，可选用酒精或液氮进行试样的保温。1

夏比冲击试验Charpy impact test 是用以测定金属材料抗缺口敏感性(韧性)的试验。制备有一定形状和尺寸的金属试样，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和Akv。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。对重要结构的材料近年来趋向于采用更能反映缺口效应的V形缺口试样做冲击试验。1