冲击试验的若干问题分析

冲击试验的若干问题分析

胡荣

首钢迁钢公司，河北迁安（064404）

E-mail：qghr@

摘要：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，而夏比冲击能与温度的关系图可以确定测试钢种的韧性向脆性转变的温度。由于冲击试验数据容易分散，在试验的过程中，冲击试验设备、试样加工及试验过程中的问题会影响试验数据的分散。本文将从这三个方面对冲击试验中若干问题进行简单分析。

关键词：冲击试验，试验设备，试样，试验，问题，分析

冲击试验是材料性能不可缺少的检验项目。目前各国常用的试样为夏比V型缺口冲击试样。冲击的试验原理，自冲击试验机问世以来就一直按能量守恒定律进行设计制造冲击试验机，按摆锤打断试样后势能损失多少计算冲击功。目前，我国常用的冲击试验标准是GB/T229-1994《金属夏比缺口冲击试验方法》。

由于冲击过程持续时间很短，所以在服役中的构件往往会发生无预兆的突然断裂，而造成重大事故，因而研究材料在冲击载荷作用下的力学性能具有重要的现实意义。

冲击试验对材料的组织缺陷很敏感，它能灵敏地反映出材料的宏观缺陷和显微组织的微小变化，因而冲击试验在材料生产上成为用来检验冶炼、热处理及热加工工艺质量的有效方法之一。又由于冲击试验加工简单，试验时间短，所以得以广泛应用。

在工厂做冲击试验的过程中，经常会碰到试验设备、试样加工及试验过程的问题而影响试验结果。本文将在冲击试验过程中碰到的问题作一简单分析。

1. 试验设备

1.1 冲击试验对试验机砧座和支座的要求

1.1.1 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。

1.1.2 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°。

1.1.3 砧座曲率半径1mm。曲率圆弧应与支撑面平面相切。

1.1.4 砧座之间跨距为40+0.2。[2]

1.1.5 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。如图1所示。[5]

图1 砧座沾有铁屑导致冲击值偏高

1.1.6 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。

1.2 冲击试验机摆锤的要求

1.2.1 摆锤势能与标称能量最大允许误差为±1%。[2]

1.2.2 摆杆必须要有足够的刚度，打击时不能产生弹性形变。

1.2.3 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。

1.2.4 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。[5]

1.3 冲击试验机冲击刀的要求

1.3.1 刀刃半径一般为2mm与8mm。

1.3.2 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。[5]

图2 不合格的冲击刀刃

1.3.3 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。

2 试样

2.1 冲击试样的表面粗糙度和尺寸精度对冲击功的影响

2.1.1 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。

2.1.2 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。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。

2.2 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。

表1 夏比U型缺口试样尺寸

名称尺寸公差

长度55mm ±0.60mm

高度10mm ±0.05mm

宽度：

标准试样小尺寸试样小尺寸试样10mm

7.5mm

5mm

±0.10mm

±0.10mm

±0.10mm

缺口角度/ / 缺口下面的高度 8mm或5mm ±0.05mm

缺口底部半径1mm ±0.07mm 试样两端至缺口对称面的距离27.5mm ±0.30mm 缺口对称面与试样纵轴的角度90˚≈±1 ˚

试样相邻纵向面间的夹角90˚≈±0.5 ˚

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