材料冲击实验

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1、5、描述材料和结构冲击的实验技术,包括测试手段和试验方法，并分别简单介绍其用途、优缺点。材料冲击实验是一种动态力学实验，它是将具有一定形状和尺寸的U型或V型缺口的试样，在冲击载荷作用下折断，以测定其冲击吸收功和冲击韧性值的一种实验方法。冲击试验是材料性能不可缺少的检验项目。冲击功能够直观反应材料的冲击韧性。1材料冲击实验原理冲击实验通常在摆锤式冲击试验机上进行，其原理如图1a所示。实验时将试样放在试验机支座上，缺口位于冲击相背方向，并使缺口位于支座中间（图1b）。然后将具有一定重量的摆锤举至一定的高度，使其获得一定位能。释放摆锤冲断

2、试样，摆锤的剩余能量为，则摆锤冲断试样失去的势能为。如忽略空气阻力等各种能量损失，则冲断试样所消耗的能量（即试样的冲击吸收功）为：的具体数值可直接从冲击试验机的表盘上读出，其单位力J。将冲击吸收功除以试样缺口底部的横截面积(cm2)，即可得到试样的冲击韧性值（J/cm2）：对于CharpyU型缺口和V型缺口试样的冲击吸收功分别用和表示，它们的冲击韧性值分别用和表示。作为材料的冲击抗力指标，不仅与材料的性质有关，试样的形状、尺寸、缺口形式等都会对值产生很大的影响，因此只是材料抗冲击断裂的一个参考性指标。只能在规定条件下进行相对比较，而

3、不能代换到具体零件上进行定量计算。2实验设备2.1冲击试验对试验机砧座和支座的要求2.1.1支座的两个支撑面应平行，且相差不应超过0.05mm。支座应使试样的轴线与摆锤轴线的平行度在3/1000以内。2.1.2砧座两个支撑面应平行，且相差不应超过0.05mm。支座两个支撑面所在平面和砧座两个支撑面所在平面之间的夹角应为90±0.1°。2.1.3砧座曲率半径1mm。曲率圆弧应与支撑面平面相切。2.1.4砧座之间跨距为40+0.2。2.1.5试验前，应该检查砧座上是否沾有铁屑，如果沾有，应该及时清理。当试验机的砧座上粘有铁屑时会造成两种

4、结果：冲击试样不能紧靠砧座；冲击试样不能准确地对中。这两种结果都会使得冲击吸收功偏大。图1冲击实验的原理图2.1.6冲击试验机的砧座要经常检查，若磨损的比较严重则会对冲击吸收功产生较严重的影响，使得冲击吸收功偏低。2.2冲击试验机摆锤的要求2.2.1摆锤势能与标称能量最大允许误差为±1%。2.2.2摆杆必须要有足够的刚度，打击时不能产生弹性形变。2.2.3摆轴必须有足够的刚度，摆轴是摆锤的旋转支点，如果摆轴的刚度不足，摆轴在产生弹性形变会吸收功。2.2.4摆锤自由下垂时，指针指向最大能量，当一次空打后，指针回零。2.3冲击试验机冲击

5、刀的要求2.3.1刀刃半径一般为2mm与8mm。2.3.2试验前应该检查刀刃，检查是否松动，是否被打平。如图2所示刀刃刀具导脚远大于R0.2，属于不合格刀刃。2.3.3冲击刀刃不能沾有铁屑。当摆锤刀刃上粘有铁屑时，在冲击时会使摆锤不能准确地打在试样的正中位置，从而使得冲击吸收功偏高。3试样3.1冲击试样的表面粗糙度和尺寸精度对冲击功的影响3.1.1冲击试样的表面粗糙度要严格按照标准的要求：试样缺口底部应光滑，试样四个纵向面的表面粗糙度Ra1.6µm，两端面Ra25µm。因为冲击试样的表面粗糙度对冲击功有一定的影响，但是在通常情况下因

6、为表面粗糙度而产生的影响是可以忽略不计的。而试样缺口处的表面粗糙度没有达到要求会造成冲击功偏低，不能忽略不计。所以在制备试样的过程中必须要保证试样缺口处的表面粗糙度。图2不合格的刀具3.1.2冲击试样尺寸精度对冲击功德影响取决于尺寸偏差有多大，如果说只是几道的偏差这对冲击吸收功不会产生大的影响，但是如果偏差过大，而试样缺口处的尺寸是精确的，这样就使得缺口下面的高度偏大或是偏小，这样就会严重影响冲击吸收功。而缺口处的尺寸精度对冲击吸收功有着非常严重的影响。若缺口深度偏大，则会造成冲击吸收功偏低；若缺口深度偏小，则会造成冲击吸收功偏高。

7、但是，缺口尺寸无论是偏大还是偏小对剪切面积的评定都不会产生影响。3.2冲击试验当中，U型和V型缺口的适用情况。在一般的老标准（80年代）当中，大多要求的是U型缺口；新标准，大多要求的是V型缺口。U型缺口试样的缺口较浅，缺口底部的弧度半径较大，较易制作，这种试样应力集中作用不太强，应力分布状态对试验时试样塑性变形的限制也不太大，所以冲击功和冲击值都较高，脆性转变温度则较低，范围也较宽。如表1所示夏比U型缺口试样尺寸。上世纪70年代末，为适用《钢质海船建造规范》，又颁布了GB2106-1980金属夏比（V形缺口）冲击试验方法。由于两种试

8、样的缺口深度一样，而缺口底部半径不同，U型为1mm，V型为0.25mm，因此，V型应力相对集中，当试样受到冲击时，就显得更敏感。如表2所示夏比V型缺口试样尺寸。其实，冲击试验有多种试验方法，亦有不同的尺寸、不同缺口和不同形状的试样。它