缺口冲击韧性实验

材料力学性能实验报告
姓名：刘玲班级：材料91 学号：09021004 成绩：实验名称缺口冲击韧性实验
实验目的 1.掌握常温及低温下金属冲击试验方法
2.学会用能量法确定金属冷脆能变温度tk
3.了解冲击试验结构、工作原理及正确使用方法
实验设备 1.JBW-300示波冲击试验机一台
2.游标卡尺一把
3.U型缺口40Cr、20#钢试样各九个
试样示意图
试样宏观断口示意图（韧断、脆断）
试验结果
根据裂纹形成能量、裂纹扩展能量以及总冲击能量，以及冲击记录的示波图，得到：裂纹萌生功= 裂纹形成能量；
裂纹扩展功=裂纹扩展能量-裂纹形成能量；
裂纹撕裂功=总冲击能量-裂纹扩展能量；
本实验采用能量准则法测金属的韧脆转变温度，是对冲击吸收功—温度曲线上平台下平台区间规定百分数（η）所对应的温度定义为韧脆转变温度
韧脆转变温度采用（A
KUmax +A
KUmin
）/2计算
将40Cr实验所得数据汇总如下表1
表1
温度（℃）裂纹萌生功（J）裂纹扩展功（J）总功（J）
20 50.2343 51.6349 70.0308
42.0885 44.2498 70.7756
29.9055 32.7116 55.9972
39.1657 40.2443 46.2756
0 41.4050 42.8701 57.5456
33.6908 34.4371 60.2994
39.5793 40.7428 45.3348
-30 52.5369 54.5625 66.1010
33.9825 35.2039 40.3858
26.9017 29.5676 58.6040
14.2706 15.2029 38.4356
7.1500 7.6639 10.4566
-60 32.2844 33.7660 53.3414
22.0375 22.5524 66.8944
47.6899 48.0445 57.2222
27.2240 29.6517 66.2480
-90 40.5959 42.9239 52.9788
21.5016 22.5200 42.5026
将其试验数据求平均值后列于下表2
表2
温度（℃）裂纹萌生功（J）裂纹扩展功（J）裂纹撕裂功（J）总功（J）20 40.35 1.86 18.56 60.77
0 38.22 1.13 15.04 54.39
-30 33.97 1.47 14.36 42.80
-60 32.31 1.19 27.43 60.93
-90 30.05 1.67 15.02 47.74
根据以上数据可做出40Cr 的总功、萌生功、扩展功、撕裂功与温度的关系图线
-100
-80
-60
-40
-20
20
262830323436384042W (J )
T
图1裂纹萌生功与温度关系曲线
-100
-80
-60
-40
-20
20
1.11.21.31.41.51.6
1.71.81.9W (J )
T
图2裂纹扩展功与温度关系曲线
-100
-80-60-40-20020
1415
16
17
18
19
W (J )
T
图3裂纹撕裂功功与温度关系曲线
-100
-80-60-40-20020
4045
50
55
60
W (J )
T
图4总吸收功与温度关系曲线
由图4总功与温度关系曲线可计算（A KUmax +A KUmin ）/2=（60.77+46.74）/2=53.76J 对应图4 可知40Cr 的韧脆转变温度约为-44℃
将20#钢实验所得数据汇总如下表1 表1
温度（℃） 裂纹萌生功（J ） 裂纹扩展功（J ） 总功（J ）
20
45.8112 46.2812 47.6182 44.0039 46.2121 66.3852 30.6656 32.4322 47.8142 0
38.8878 39.1750 40.2290 38.8078 39.0765 41.4736 37.4989 38.2328 40.7092 35.4670 35.8164 37.5830 -30
6.6485 6.9589 9.3590 6.7921
7.1159
9.9274
将其试验数据求平均值后列于下表2 表2
温度（℃） 裂纹萌生功（J ） 裂纹扩展功（J ） 裂纹撕裂功（J ）
总功（J ） 20 40.16 1.48 12.3 53.94 0 37.66 0.42 1.92 40.00 -30
6.72 0.32
2.6
9.64
根据以上数据可做出20#钢的总功、萌生功、扩展功、撕裂功与温度的关系图线
-30
-20
-10
10
20
5
1015202530354045W (J )
T
图5裂纹萌生功与温度关系曲线
-30-20-1001020
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
W (J )
T
图6裂纹扩展功与温度关系曲线
-30
-20
-10
10
20
2
4
6
8
10
12
14
W (J )
T
图7裂纹撕裂功功与温度关系曲线
-30
-20
-10
10
20
10
20
30
40
50
60
W (J )
T
图8总吸收功与温度关系曲线
由图8总功与温度关系曲线可知（A KUmax +A KUmin ）/2=（53.94+9.64）/2=31.79J 对应图8可知20#钢的脆韧转变温度为-12.5℃
思考题：
1.缺口冲击韧性试验能评定哪些材料的低温脆性？哪些材料不能用此方法检验和评定？这种试验方法本身在防止材料脆性断裂方面有什么局限？
答：能评定冲击韧性对温度很敏感的低、中强度的体心立方金属如低碳钢或低合金高强度钢以及Be 、Zn ；不能评定不会发生冷脆的面心立方金属以及高强度钢、铝合金和钛合金等对温度不敏感的材料。

塑性 很好的材料以及表面十分光滑无裂纹的材料一般不能使用此方法。

局限性表现在材料 的冲击韧性是定性的，无法用理论公式来确定，只能通过实验来获取，而且由于它对 缺口、材料缺陷很敏感，故不能定量的研究。

缺口冲击试样尺寸小，其几何约束要比厚的实物构件小，由于变形的几何约束小带来的脆化程度也相应的小一些，故其测量的冷脆转化温度在一般情况下并不能代表实物构件的脆化温度，所确定的温度总是偏低。

2.20#钢正火态用夏比U 型缺口和夏比V 型缺口两种缺口试样得到的冷脆转变温度是否相同？为什么？由此讨论冷脆转化温度的意义和实际应用中应该注意的问题。

答：不相同，因为两种缺口的试验条件不同，故其所测结果无法进行比较。

冲击材料存在缺口时，冲击动能在零件内的分布是不均匀的，而且冲击韧性对材料的缺口很敏感，故用夏比U 型和夏比V 型缺口两种缺口试样得到的冷脆转变温度是不同的。

金属材料的冲击性能和韧脆转变温度，对材料内部组织结构、宏观缺陷及试验条件均很敏感，因此影响冲击试验结果的因素很多，主要有以下几点：（1）材料中化学成份，S、P 会使冲击值降低，Ni 的含量会提高；（2）处理工艺：脆碳、过热、过烧都会降低冲击韧性; （3）材料中的缺陷如夹杂、偏折、气泡、夹渣等均会降低冲击韧性；（4）试样的形状和表面粗糙度；（5）试样缺口中心不对称。

指导教师：陈黄浦、余钊辉
年月日。