金属系列冲击试验报告

金属系列冲击试验报告

一．试验目的

1.了解摆锤冲击试验的基本方法。

2.通过系列冲击试验，测定低碳钢、工业纯铁和T8钢在不同温度下的冲击吸收功，

拟合三种金属韧脆转变温度。

二．基本原理：

韧性是材料承受载荷作用导致发生断裂的过程中吸收能量的特性。冲击吸收功的测量原理为冲击前以摆锤位能形式存在的能量中的一部分被试样在受冲击后发生断裂的过程中所吸收。摆锤的起始高度与它冲断试样后达到的最大高度之间的差值可以直接转换成试样在冲断过程中所消耗的能量，试样吸收的功称为冲击功（A k）。

采用系列冲击试验，即测定材料在不同温度下的冲击吸收功，可以确定其韧脆转变温度，即当温度下降时，由韧性转变成脆性行为的温度范围，在A k-T曲线上表现为Ak值显著降低的温度。曲线冲击功明显变化的中间部分称为转化区，脆性区和塑性区各占50%时的温度称为韧脆转变温度（DBTT）。当断口上结晶或解理状脆性区达到50%时，相应的温度称为断口形貌转化温度（FATT）。

脆性断裂：材料在低温断裂时会呈现脆性断裂，所谓脆性断裂即材料在极微小甚至没有塑性变形及其预警的情况下所发生的断裂，低倍放大镜下断口形貌往往是光亮的结晶状。

解理断裂：当外加正应力达到一定数值后，以极速率沿特定晶面产生的穿晶断裂现象称为解理。解理断口的基本微观特征是台阶、河流、舌状花样等。

全韧型断口：断口晶状区面积百分比定为0%；

全脆型断口：断口晶状区面积百分比定为100%；

韧脆型断口：断口晶状区面积百分比需用工具显微镜进行测量，计算出断口解理部分面积，计算出断口晶状区面积百分比

三．试验材料、试样、以及设备仪器

2.1按照相关国标标准GB/T229-1994(金属夏比缺口冲击试验方法)要求完成试验测量

工作。

2.2试验材料：低碳钢、工业纯铁和T8钢。试样外型尺寸：10mm*10mm*55mm，缺

口部位为U型槽。

2.3试验设备与仪器

实验仪器：

冲击试样机：JB-30B，冲击试验机的标准打击能量为300J(±10J)，打击瞬间摆锤的冲击速度应为5.0~5.5m/s。冲击试验机一般在摆锤最大能量的10%~90%范围内使用；实验前应检查摆锤空打时被动指针的回零道，回零差不应超过最小分度值的四分之一。

工具显微镜：目镜10X，物镜2.5/0.08，160/0.

保温杜瓦瓶：对于高温或低温冲击试验，保温瓶应能将试验温度稳定在规定

值的±2℃之内。

温度计：测高温用的玻璃温度计最小分度值应不大于1℃，测低温用数字显示式热电偶测温器。

加热用电炉，烧杯，液氮，酒精，加持试样用镊子

四．实验步骤

4.1了解摆锤冲击试验装置，工作原理及冲击方式。

4.2将三种试样分别做标记，标号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，然后放置于温度分别为-60℃、-40℃、

-30℃、-20℃、0℃、室温、沸水的介质中保温。

4.3达到预定温度后，保温3分钟以上，然后准备进行冲击试验。

4.4试样的支座要符合规定距离，坚固不松动，摆锤的刀口处于支座跨度的中央，摆锤空

载运动时指针应指在零位。

4.5冲击吸收功的试验测量。将试样快速准确的装卡到试验装置上，然后放下摆锤完成冲

击试验。注意，当试验不在室温进行时，试样从高温或低温装置中移出至打断的时间不应大于5秒，如不能满足要求，应采取过热或过冷的方法补偿温度损失。调试温度，以达到试样规定的试验温度。

4.6记录冲击功，并且根据断后形貌，在显微镜下观察计算韧脆区域比例，填入班级统计

栏中。

五．试验数据记录及处理

5.1试验数据记录

表1 系列冲击试验第1组数据

表2 系列冲击试验第2组数据

5.2断口形貌及晶状区面积计算

5.2.1断口形貌

断口脆性区没有塑性变形，断口呈结晶状、平整且基本无形状变化，呈现亮白色；

塑性区有明显的塑性变形，断口不平整伴随较大的形状改变，呈现暗灰色。

5.2.2断口晶状区面积%计算

根据国标GB/T 12778-2008，按断口上晶状区的形状，若能归类成矩形、梯形时（图1），可用量具测出相应尺寸，按公式(1)计算出断口晶状区面积%。

图1 量具测定断口解理面积示意图

式中，A c为断口中晶状区的总面积，单位为mm2；A0为原始横截面积，单位为mm2。

5.2.3我自己的样品计算：本人所测样品为-60度纯铁，A k=6J，其断口中晶状区的总面

积100%，绘制图像如下：

5.3用绘制韧脆转变曲线的方法确定韧脆转变温度。

利用Origin软件拟合各样品的韧脆转变曲线，根据已有的研究结果选择Boltzmann 函数进行拟合，可以较好的模拟出各类试样的韧脆转变温度。

i m p a c t a b s o r b i n g e n e r g y /A k (J )

T (centigrade)

图二：Q235钢的韧脆转变行为曲线

在origin 中对冲击功曲线取点，得知A K 最大值197J,最小值：0J ；所以当A K =100J 时，温度T=-17.5 ℃，即利用冲击吸收功所得韧脆转变温度ETT 50为-17.5 ℃.

对脆性断面率曲线取点 P=50%时，T=-7.7℃，即利用脆性断面率所得的韧脆转变温度FATT 50=-7.7℃. 5.3.2.

T8钢的韧脆转变曲线绘制

i m p a c t a b s o r b i n g e n e r g y (J )

p e r c e n t a g e o f b r i t t l e f a i l u r e a r e a (%)

Temperature (centigrade)

图三：T8钢的韧脆转变行为曲线

由两组拟合的曲线可知，T8钢没有明显的韧脆转变现象，它是一种完全脆性的材料。