第三章-金属夏比缺口冲击试验.

第三章金属夏比缺口冲击试验冲击韧性:是材料抵抗变形和断裂的能力，即在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。夏比摆锤冲击试验的将规定几何形状的缺口试样置于试验机两支座之间，缺口背向打击面放置，用摆锤一次打断试样，测定试样的吸收能量，如下图所示，实质上就是通过能量转换过程，测量试样在这种冲击下折断时所吸收的能量。第一节冲击试验原理第三章金属夏比缺口冲击试验（图3-1）试样的冲击吸收功在试验中用摆锤冲击前后的位能差测定（见图3-1）：K=A-A1K=F×L(COSβ-COSα)式中：F—摆捶的重力，单位为N；L—摆长（摆轴至锤重心之间的距离），单位为mm；α—冲击前摆锤扬起的最大角度；β—冲击后摆锤扬起的最大角度在冲击试验力下断裂吸收功组成第一节冲击试验原理K值是试样在冲击试验力下断裂时所吸收的能量，但是K值相同的材料，并不表明它们的韧性和脆性程度是相同的。因为试样吸收的冲击能量K是由三个部分组成的，即消耗于弹性变形的弹性功、消耗于塑性变形至产生裂纹前的塑性功和消耗于裂纹萌生、扩展直至断裂的撕裂功。这三部分所占的比例随材料特性、试样形状及尺寸和缺口的类型而异。一般来说，强度高的材料断裂时所吸收的冲击功中弹性功占的比例较大，塑性功和撕裂功所占比例较小。弹性功塑性功撕裂功第二节冲击试样一、夏比缺口冲击试样类型第三章金属夏比缺口冲击试验第三章金属夏比缺口冲击试验第二节冲击试样二、冲击试样的取样方法第三章金属夏比缺口冲击试验第二节冲击试样1母材样坯的切取2焊接接头冲击样坯的截取及缺口方向3缺口的加工常用的冲击试样缺口加工方法有以下几种：（1）光学磨床加工方法（2）机加工方法（3）拉床加工方法（4）线切割加工方法二、冲击试样的取样方法第三章金属夏比缺口冲击试验第二节冲击试样1母材样坯的切取表3-1冲击试验取样规定钢材名称取样方向取样位置圆钢方钢六角钢工字钢槽钢≤60mm：中心＞60mm：直径或对角线1/4处角钢乙字钢腰高1/4处T形钢腿长1/3处球扁钢腰高1/3处扁钢沿轧制方向宽度1/3处钢板垂直于轧制方向纵轧：板宽1/4处横轧：板宽任意处钢管按产品标准规定缺口轴线垂直于内壁靠近内壁图3－5钢板样坯截取位置二、冲击试样的取样方法第三章金属夏比缺口冲击试验第二节冲击试样2、焊接接头冲击样坯的截取及缺口方向（1）JB4744中对冲击试样的截取和缺口方位要求如下：a）试样应垂直于焊接方向截取，试样的缺口轴线应垂直于试板表面，焊缝金属的冲击试样的缺口应位于焊缝中央。b）当钢材标准抗拉强度下限σb≤540MPa时，在最后焊道的焊缝侧，以距钢板表面1~2mm为冲击试样的上表面，取一组焊缝金属冲击试样（见图3-6中I组）。c）钢材标准抗拉强度下限σb≥540MPa和Cr-Mo钢，且试板厚度大于60mm时，以及设计温度低于-30℃，且厚度大于40mm的低温钢，取两组焊缝金属冲击试样。一组在最后焊道侧，距钢板表面1~2mm处；另一组在钢板另一侧表面和1/2板厚之间（即以另一侧1/4板厚处为冲击试样的轴线）截取（见图3-6中I和II两组）。I二、冲击试样的取样方法第三章金属夏比缺口冲击试验第二节冲击试样2、焊接接头冲击样坯的截取及缺口方向d）热影响区冲击试样缺口的位置如图3-7所示。缺口轴线至试样轴线与熔合线的交点的距离（S）大于零，且应尽可能多的通过热影响区。二、冲击试样的取样方法第三章金属夏比缺口冲击试验第二节冲击试样2、焊接接头冲击样坯的截取及缺口方向（2）JB4708中对冲击试样的截取和缺口方位要求如下：a）样纵轴应垂直于焊缝轴线，缺口轴线垂直于母材表面。b）取样及缺口位置见图3-8。焊缝区试样的缺口应位于焊缝中心线上。热影响区试样的缺口轴线至试样轴线与熔合线的交点的距离大于零，且应尽可能多的通过热影响区。二、冲击试样的取样方法第三章金属夏比缺口冲击试验第二节冲击试样2、焊接接头冲击样坯的截取及缺口方向其他焊接接头冲击试样的取样方法应按GB2649进行，试样加工按GB2650要求进行。图3-9（a）、（b）和（c）分别为焊缝金属冲击试样和熔合线冲击试样和热影响区冲击试样缺口位置示意图。应该强调的是，熔合线和热影响区冲击试样，在确定缺口位置时，必须用低倍焊接接头化学侵蚀方法确定熔合线和热影响区的准确位置。图3－9第三节试验设备及仪器GB/T3808-2002中对摆锤式冲击试验机几项重要的性能指标作了明确规定，主要包括试验机的标准打击能量、摆锤冲击速度、试样支座及摆锤刀刃尺寸等。摆锤式冲击试验机主要由机架、摆锤、试样支座、指示装置及摆锤释放、制动和提升机构组成。目前国产的摆锤式冲击试验机主要有：JB-30A、JB-30B、JBG-30、JBD-30、JBD-30A等型号，各种试验机的基本技术参数均符合标准要求，结构形式及操作方法也基本一致。主要区别在送样方式上（手动或自动）。冲击摆锤的最大冲击能量分为147J和294J两档，冲击速度都在5.2m/s左右。冲击试验设备及仪器其它要求：第三节试验设备及仪器1在低温冲击试验中，温度测量的准确性直接影响到试验结果的可靠性。低温冲击试验温度测量系统可使用铜-康铜热电偶或玻璃温度计。较为常用的为玻璃温度计。2铜-康铜热电偶应满足JJG386《工作用铜-康铜热电偶检定规程》Ⅱ级热电偶要求。玻璃温度计一般用于低温冲击试验中的温度测量，玻璃温度计应符合JJG130《工作用玻璃液体温度计检定规程》要求。3冲击试验方法标准中规定，测温用的玻璃温度计量小分度值应不大于1℃，从表3-4中可以看出，对于低温冲击试验，测温温度计在全浸工作状态下的测温最大误差在1～2℃之间。第四节冲击试验操作方法一、冲击试样的定位在夏比冲击试验中，为了测定出稳定可靠的试验数据，必须保证摆锤刀刃与试样的接触线位于试样缺口对称面上，也就是应使缺口对称面与支座对称面基本重合。如果摆锤刀刃打击试样时偏离缺口中心位置，测得的缺口冲击功将随着这个偏离量变化而增加。关于试样对中偏差给试验结果带来的影响，许多试验研究结果表明，当试样缺口对称面与支座对称面偏差在0.5mm以内时，对试验结果无明显影响。因此标准中规定该偏差应不大于0.5mm。为了使试样缺口对称面准确地与支座对称面重合，对于室温冲击试验和一些低温冲击试验，要使用专用的对中夹钳或定位规放置试样，放置的试样缺口背面朝向摆锤打击方向，试样应尽可能紧贴支坐面。第四节冲击试验操作方法二、试样保温时间在高温和低温冲击试验中，将试样加热或冷却至规定温度后，必须在此温度保温一段时间，合理的保温时间应是试样整体达到规定的均匀温度所需的时间。高温冲击试验保温时间也不宜过长，以免造成试样表面的氧化，特别是缺口根部表面的氧化。高温或低温冲击试验，为了保证试验结果的准确性，要求冷却液或加热剂应充满适当容量的容器，距容器底部至少应25mm，试样在液体中至少要浸于25mm的深度，测温装置应放置于试样堆的中心，试样在均匀搅拌的液体中至少保持5min，当使用气体介质时，试样应处于气体围绕的环境中，至少应保持30min，用于从介质中移动试样的装置应放于介质中，确保与试样温度基本相同。第四节冲击试验操作方法1对于低温冲击试验，从冷却装置中取出的试样温度会不断回升。当试样从冷地介质移出至打断的时间在2s以内时（自动送样），无需附加过冷度。当试样从低温介质中移出至打断的时间间隔为3～5s时（人工送样），则需附加过冷度。我国标准方法中对低温冲击试验中过冷度规定见表3-5。表3-5低温冲击3~5s内打断试样的温度补偿单位：℃试验温度过冷温度-100～192-60～-1000～-603～42～31～2三、低温冲击试验操作要点第四节冲击试验操作方法2低温冲击试验用的冷却介质应选用无毒性、凝固温度低、不腐蚀金属、与冷源不起有害化学反应、临界温度不太低而且能在常温下液化、粘度低、导热性能良好、不易燃易爆的液体。在人工放置和转移试样的情况下，还要求冷却介质具有较高的透明度。常用的冷却介质是无水乙醇，这种介质适于在+15～-100℃温度范围内使用。如试验温度更低，可以在无水乙醇中加入25%的甲醇，试验温度可低至-120℃。GB/T229-1994中提供了低温冲击试验中各温度范围推荐采用的冷却介质（见表3-6）。表3-6低温冲击试验冷却介质试验温度（℃）冷却介质＜10～00～-70-70～-105-105～-192水+冰乙醇+干冰无水乙醇+液氮液氮三、低温冲击试验操作要点第四节冲击试验操作方法四、韧脆转变温度的测定材料一旦发生韧脆化现象，断裂形式便由韧性状态转变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断口由纤维状变为结晶状，断裂机理由微孔聚集型变为穿晶解理型。这是由于在体心立方晶体金属及合金或某些密排六方晶体金属及合金中，温度的下降增加了位错在晶体中运动的阻力，使材料的屈服点升高，因而材料发生脆化。1、韧脆化机理第四节冲击试验操作方法四、韧脆转变温度的测定根据不同温度下的冲击试验结果，以冲击吸收功或脆性断面率为纵坐标，以试验温度为横坐标绘制曲线。如图所示。2、韧脆转变温度测定的四种方法第四节冲击试验操作方法四、韧脆转变温度的测定韧脆转变温度曲线示意图第四节冲击试验操作方法五、脆性断面率的测定1对比法冲击试样断口纤维断面率示意图见图3-10。2尺寸测量法3放大测量法4卡片测量法第四节冲击试验操作方法六、侧膨胀值的测定1侧膨胀仪测量法2投影仪测量法3游标卡尺测量法图3-11中为一个打断为两截的冲击试样断面，W是冲击试样原始宽度，A1、A2、A3、A4分别为侧膨胀量。如果A1＞A2A3=A4则侧膨胀值LE=A1+A3（或A4）如果A1＞A2A3＞A4则侧膨胀值LE=A1+A3第五节冲击试验结果处理及试验报告一、冲击吸收能量有效位数试验结果值有效位数取决于试验测量系统的综合精度，即保留的有效数字应与测试的系统误差相适应。过多保留有效位数则夸大了试验的测量确定，有效位数不够则增大了误差。标准试验方法规定，冲击吸收功于少应保留两位有效数字，修约方法按GB8170《数值修约规则》执行。对于“至少应保留两位有效数字的含义应理解为：冲击吸收能量在100J以上时，应是三位数字，例如120J；冲击吸收能量在10～＜100J时，应为二位数字，例如95J；冲击吸收能量在10J以下时，应保留小数点后一位数字，例如6.5J。第五节冲击试验结果处理及试验报告对于非标准冲击试样，当报告冲击吸收功时，仅标出试样缺口的形状，试样的尺寸应在报告中详细注明。二、冲击吸收的表示方法夏比缺口冲击试验方法标准中规定了四种类型的标准试样，为了表示出不同类型冲击试样的试验结果，四种类型试样的冲击吸收能量用如下符号表示，以示区别：第五节冲击试验结果处理及试验报告三、试验结果对比只有相同类型和尺寸试样在同一试验条件下的试验结果才能进行比较，当试样缺口形状和尺寸不同时，或厚度及宽度不同时，其试验结果不能直接对比和换算。对于厚度小于10mm的金属材料，由于尺寸受限制，不能加工成标准试样，一般加工成宽度7.5mm或5mm的冲击试样，这些试样得出的试验结果同样不能与标准试样的结果进行对比和换算。除非对于特定的试验材料在大量对比试验的条件下找出它们之间的相关性。第五节冲击试验结果处理及试验报告四、试验中异常情况处理当由于试验机打击能量不足使试样未完全折断时，应在试验数据前加大于符号“＞”，其他情况则应注明“未折断”。试验后的冲击试验断口出现可见裂纹或缺陷时，要在试验报告中注明，试验委托者可根据断口情况了解产品质量。试验中当发现操作不符合要求时，而且试样打断时有卡锤现象时，由于得到的结果已不准确，因此试验结果无效，应重新补作试验。第五节冲击试验结果处理及试验报告五、试验报告冲击试验报告应包括以下内容：1所采用的试验方法标准号；2试验材料种类及标志；3试样尺寸及类型；4试验温度；5试验机打击能量；6冲击吸收功；7韧脆转变温度（如有必要）；8试验日期。铁素体刚的无塑性转变温度落锤试验方法GB/T6803-2008一试验原理落锤试样以简支梁的形式加载，试样拉伸一面堆焊一层脆性合金焊道，并开一缺口以诱发裂纹。试验时，试样在冷却到一定温度