沖擊韌度試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)原理

金屬材料在使用過程中除要求有足夠的強(qiáng)度和塑性外，還要求有足夠的韌性。所謂韌性，就是材料在彈性變形、塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力。韌性好的材料在服役條件下不至于突然發(fā)生脆性斷裂，從而使安全得到保證。

韌性指標(biāo)可分為靜力韌度、沖擊韌度和斷裂韌度，其中評(píng)價(jià)沖擊韌度（即在沖擊載荷下材料塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力）的實(shí)驗(yàn)方法，按其服役工況有簡(jiǎn)支梁下的沖擊彎曲試驗(yàn)（夏比沖擊試驗(yàn)）、懸臂梁下的沖擊彎曲試驗(yàn)（艾氏沖擊試驗(yàn)）以及沖擊拉伸試驗(yàn)。夏比沖擊試驗(yàn)是由法國(guó)工程師夏比（Charpy）建立起來的，雖然試驗(yàn)中測(cè)定的沖擊吸收功Ak值缺乏明確的物理意義，不能作為表征金屬材料實(shí)際抵抗沖擊載荷能力的韌性判據(jù)，但因其試樣加工簡(jiǎn)便、試驗(yàn)周期短、試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)材料組織結(jié)構(gòu)、冶金缺陷等敏感而成為評(píng)價(jià)金屬材料沖擊韌度應(yīng)用廣泛的一種傳統(tǒng)力學(xué)性能試驗(yàn)。

缺口沖擊韌度實(shí)驗(yàn)是綜合運(yùn)用了缺口、低溫及高應(yīng)變速率這三個(gè)因素對(duì)材料脆化的影響，使材料由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，這樣可用來顯示和比較材料因成分和組織的改變所產(chǎn)生的脆斷傾向。在影響材料脆化的這三個(gè)因素中，缺口所造成的脆化是主要的，如果不用缺口試樣而用光滑試樣，即使降至很低溫度，也難以使低中強(qiáng)度鋼產(chǎn)生脆斷。同樣，在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)方法中，由沖擊而造成的高應(yīng)變速率也是有限的，它只在試樣有缺口的前提下促進(jìn)了材料的脆化。

夏比沖擊試驗(yàn)按試驗(yàn)溫度可分為高溫、低溫和常溫沖擊試驗(yàn)，按試樣的缺口類型可分為V型和U型兩種沖擊試驗(yàn)。

現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T229-1994《金屬夏比缺口沖擊試驗(yàn)方法》將以上所涉及的試驗(yàn)方法統(tǒng)一合并在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，更加便于執(zhí)行。

沖擊試驗(yàn)原理

夏比沖擊試驗(yàn)是將具有規(guī)定形狀、尺寸和缺口類型的試樣，放在沖擊試驗(yàn)機(jī)的試樣支座上，使之處于簡(jiǎn)支梁狀態(tài)。

然后用規(guī)定高度的擺錘對(duì)試樣進(jìn)行一次性打擊，如圖5.5-1所示，實(shí)質(zhì)上就是通過能量轉(zhuǎn)換過程，測(cè)量試樣在這種沖擊下折斷時(shí)所吸收的功。

圖5.5-1 夏比沖擊試驗(yàn)原理

試樣的沖擊吸收功在試驗(yàn)過程中用擺錘沖擊前后的位能差測(cè)定，如不考慮空氣阻力及摩擦力等能量損失，則沖斷試樣的吸收功為

AK=A1-A2  (5.5-1)

A1=FH1=FL(1-cosα)  (5.5-2)

A2=FH2=FL(1-cosβ)  (5.5-3)

AK=F X L(cosβ-cosα)  (5.5-4)

式中，A1為擺錘起始位能，J；A2為擺錘打擊試樣后的位能，J。F為擺錘的重力，N；L為擺長(zhǎng)（擺軸至錘重心之間的距離），mm；α為沖擊前擺錘揚(yáng)起的*大角度，rad；β為沖擊后擺錘揚(yáng)起的*大角度，rad。