材料冲击强度说明

材料冲击强度说明———关于样品厚度厚冲击强度反而小的解析直接反映、评价或判断一种材料（或者产品）的抵抗冲击能力（脆性、韧性程度），目前业界比较流行用三种方法：简支梁冲击（也称Charpy冲击）、悬臂梁冲击（也称IZOD冲击）和落球（或者落锤）冲击。前两种方法（简支梁和悬臂梁）主要用来判断材质本身在冲击性能方面的好差，这两者没有实质的联系，区别在于悬臂梁的冲击程度厉害一点，用简支梁冲不断的材料一般会选用悬臂梁冲击；落球或落锤冲击反映的是产品本身的抗冲性能（一个产品的抗冲能力由材质、厚度、结构等多种因素决定）。这三种冲击由于所选用的试验条件的不同（如试样规格、跨距形式、冲击方式、冲击速度、缺口类型等），又引发出多种试验项目，如：低温冲击、高温冲击、无缺口冲击、缺口冲击、贯层冲击等等。下面主要介绍简支梁冲击强度与悬臂梁冲击强度简支梁冲击强度与悬臂梁冲击强度表示的是材料单位面积内吸收的能量，吸收的越多，就表示材料抗冲能力越好。两种冲击示意图：冲击结果反映形式：简支梁或悬臂梁冲击强度：a=Ab∗d×103a:简支梁或悬臂梁冲击强度，单位：KJ/m2（千焦每平方米）A:试样吸收的冲击能量，Jb:试样宽度，mmd:试样厚度（如果是缺口冲击，厚度减去缺口后剩余厚度），mm悬臂梁冲击强度还有人喜欢采用另一种表示方法:a=Ada:悬臂梁冲击强度，单位：KJ/mA:试样吸收的冲击能量，Jd:试样厚度（如果是缺口冲击，厚度减去缺口后剩余厚度），mmkgf.cm/cm为非法定单位，大约换算关系：1KJ/m=100kgf.cm/cm从计算公式可以知道，试验时所选择试样的规格（厚度、宽度、有无缺口等）对试验结果会有影响；更进一步探讨的话，试验时的温度、选择的冲击能量、冲击速度、跨距等等都会影响试验结果；理论上来说，所用试样的宽度、厚度越大，所吸收的冲击能量A（单位：J）越大，但是相应的b*d（冲击面积）也大（冲击面积与冲击能量的关系比较复杂，影响因素较多，不是成线性正比的关系），这样得出的冲击强度在不同厚度之间虽然有偏差，但不会很大，而且不一定是厚度厚的试样冲击强度就高（冲击强度只是反映材质本身，判断材料某一个厚度的抗冲能力，可以比较其所吸收的冲击能量A的大小）。同时，对于刚性材料来说，在某一程度的厚度及支撑跨距下，存在结构弹性，对冲击试验结果影响比较大，因此国标也作出规定：厚度小于3mm的试样一般不做简支梁或悬臂梁冲击试验，厚度上限一般不超过10mm；试验推荐采用4mm的厚度。对试验的冲击速度、跨距、厚度等也没有很明确的规定，只是提供方案推荐。综上，比较材料（简支梁和悬臂梁）的抗冲性能，只有在相同时间段、相同试样厚度，选择相同的试验条件（跨距、冲击速度、同样的缺口类型等）下，才能进行。而且由于材料抵抗冲击能量的影响因素很复杂，简支梁或悬臂梁反映的抗冲能力只是一个片面，不是唯一，所以简支梁或悬臂梁多作为辅助参考，判断材料抗冲性能一般需要结合多种检测项目（断裂伸长率、弹性模量、冲击强度等等）综合判定。如：某些芯层发泡的材料，做简支梁或悬臂梁冲击，数据极低，但做落球冲击时数据并不比相类的材料的差。至于技术手册上的数据：80kgf.cm/cm和10kgf.cm/cm，由于目前手上没有合适的数据论证（公司实验室目前只有简支梁冲击），暂无法判断数据是否合理。个人认为“10kgf.cm/cm”有可能标错，应该为“60-100kgf.cm/cm”之间。下面为一些常见的冲击检测项目简支梁无缺口冲击简支梁A型缺口冲击简支梁双V贯层冲击简支梁无缺口低温冲击（-15℃）悬臂梁无缺口冲击悬臂梁反向缺口冲击低温落锤冲击常温落球冲击……关于IZOD冲击强度的补充说明IZOD冲击强度，也叫悬臂梁冲击强度，它是反映材料抗冲击能力的一项技术指标，表示的是材料单位面积（或单位厚度）内吸收的能量，吸收的越多，就表示材料抗冲能力越好。悬臂梁冲击强度有两种表示方式（两种计算方法），见下：悬臂梁冲击强度的一种表示方法：a=Ab∗d×103（单位面积内吸收的能量）a:简支梁或悬臂梁冲击强度，单位：KJ/m2（千焦每平方米）A:试样吸收的冲击能量，Jb:试样宽度，mmd:试样厚度（如果是缺口冲击，厚度减去缺口后剩余厚度），mm悬臂梁冲击强度的另一种表示方法：a=Ad（单位厚度内吸收的能量）a:悬臂梁冲击强度，单位：KJ/mA:试样吸收的冲击能量，Jd:试样厚度（如果是缺口冲击，厚度减去缺口后剩余厚度），mmkgf.cm/cm为非法定单位，大约换算关系：1KJ/m=100kgf.cm/cm这项指标（悬臂梁冲击强度），与试验时所选择的样品规格（厚度、宽度、有无缺口或缺口类型）、试验时选择的摆锤能量、冲击速度等都有关。所以用悬臂梁冲击判断材料的抗冲能力，只能在相同样品规格、相同的实验条件，最好是相同的时间、相同的仪器下进行比较才有实际意义。关于技术手册上的冲击强度的数据“80kgf.cm/cm和10kgf.cm/cm”，这是不同厚度试样做出来的试验结果，选择的试验条件也有可能不一致，两个数据没有实际比较意义。不能说“10kgf.cm/cm”的比“80kgf.cm/cm”的抗冲能力差，因为这是相同材质不同厚度下的数据，如果用公式反推的话，厚度厚的试样吸收的能量是较大的；当然，如果“80kgf.cm/cm和10kgf.cm/cm”这两个数据是不同材质相同厚度和相同试验条件下得出的，那么肯定是“80kgf.cm/cm”的抗冲击能力好。关于落球/落锤冲击的补充说明落球冲击和落锤冲击反映的是产品本身的抗冲性能（一个产品的抗冲能力由材质、厚度、形状结构等多种因素决定）。将样品放在一定形状的一定尺寸的支撑跨距上，用一特定形状和重量的球（或锤），从一定的高度自由落下对样品进行冲击，通过改变球（或锤）的重量或落下高度，和一定数量的样品，多次试验，从而定性判断或定量得出样品被破坏所需的能量。国标规定一般推荐样品支撑跨度选择75mm直径的圆形跨距；一些行标、地标等也有根据产品的实际使用情况选择一些其他要求的跨距，如500*500mm的方形支撑跨距等。一般来说跨距也小，相同球重和高度下受到的冲击力越大，样品也越容易被破坏。落球（锤）冲击强度一般采用在某一试验条件下，材料是否被破坏，或破坏的数量来定性判断；也可以采用样品被破坏时的落球（锤）的重力势能来定量判断。试验及计算方法可参照标准进行。落球和落锤的区别在于球和锤的形状，球截面是圆形的，锤截面是圆头方形的。落球（锤）冲击强度同样受到所选择的支撑跨距、样品厚度、样品形状的影响。在相同的跨距、相同的材质下，通常厚度厚的样品落球（锤）冲击强度高；相同的跨距、相同的材质、相同厚度下，通常落球（锤）冲击点是平面结构的样品比异型结构的样品较易被破坏（与受力时力的分解有关，由于力的分解，异形样品受力截面上所受的力小了）。平面100%受力落球力被分解，受力截面受力小落球