金属材料的冲击性能是指材料在冲击载荷作用下的力学行为,其作用主要有以下几个方面:
(1)评定材料的冶金质量和热加工质量。通过测定冲击吸收功和对冲击试样的断口分析,可揭示材料中是否含有夹渣、气泡、偏析、分层等冶金缺陷和过烧、过热、回火脆性等锻造、热处理缺陷,因为这些缺陷会使冲击吸收功明显下降。
(2)通过低温系列冲击试验可确定材料的低温脆变倾向和韧脆转变温度。
下面金属材料常用的夏比冲击试验(Charpyimpacttest)来详细说明该实验的相关步骤及要求:
一、试验原理
试验是在摆锤式冲击试验机上进行的。将试样水平放在试验机支座上,缺口位于冲击相背方向。
将具有一定重量G摆锤举至一定高度H1,使其获得一定位能GH1。释放摆锤一次冲断试样,摆锤的剩余能量为GH2,则摆锤冲断试样失去的位能为GH1-GH2,此即为试样变形和断裂所消耗的功,称为冲击吸收功(Ak),单位为J。
三、试验过程
1、检验试样的标识是否正确;
2、检查冲击摆锤、砧座是否磨损或损坏;
3、根据测试试样的产品标准确定摆锤刀刃半径;
4、对于低能量的小尺寸冲击试样(试样的宽度为7.5mm,5mm,2.5mm)应在砧座上放置适当厚度的垫片,以确保试样打击中心的高度为5mm;
5、试样冷却与保温:
5.1试验前,试样至少应保温5分钟,应将夹持试样的机械装置(比如夹钳)放在液浴中至少5分钟,并在两次试验的过程中将该装置放回到液浴中;
5.2试验时,应在5秒钟内将试样移送到试验机进行试验;
6、试样定位:缺口背面朝向冲击刀刃,且要居中,紧贴钳口,冲击结束后于显示器上读取吸收能量数据;
7、剪切断裂百分比的测量(选测);
8、侧膨胀量的测量(选测);
9、试验结束;
四.异常情况分析
1、如果试样没有断成两段:
1.1未断裂试样的冲击功小于试验机能力的80%的时候可以和断裂试样的冲击功值进行平均;
1.2如果冲击功超过了试验机能力的80%,并且试样在砧座上彻底断裂,则直接报告冲击功数值,而不与其他的数值进行平均;
2、如果试样没有在砧座上彻底断裂(比如,摆锤卡住),则应报告超过了试验机能力;
3、如果试样卡在试验机上,则应废弃此次测量结果并对试验机进行彻底检查,查看是否有损坏,因为这将影响到试验机的校准;
4、由于断电设备故障影响测试结果时,实验员应在24小时内通知客户,若试验仍未失效,测试记录应包括以下几点:中断日期及时间,故障描述,采取的纠正措施。
由于大多数材料冲击值随温度变化,试验应在规定温度下进行。当不在室温下试验时,试样必须在规定条件下加热或冷却,以保持规定的温度。
二、试样要求
标准尺寸冲击试样长度为55mm,横截面为10mm×10mm方形截面。在试样长度中间有V型或U型缺口,如试料不够制备标准尺寸试样,可使用宽度7.5mm、5mm或2.5mm的小尺寸试样,试样表面粗糙度Ra应优于5mm,端部除外。
夏比冲击试验试样有两种,V型缺口和U型缺口。V型缺口应有45º夹角,其深度为2mm,底部曲率半径为0.25mm;U型缺口深度应为2mm或5mm(除非另有规定),底部曲率半径为1mm。