冲击试验

《钢材质量检验》单元教学设计一、教案头

二、教学过程设计

三、讲义

1.材料的韧性

韧性是指金属材料受冲击力的作用下，抵抗破坏的能力。

大部分金属在使用过程中，不仅受到静态力的作用，还受到快速形成的冲击力的作用。例如，火车车轮对铁轨的冲击，海水对轮船的冲击，压力容器受到的冲击。由于冲击力加载的速度非常快，金属受冲击时，应力分布和变形不均匀，极易发生断裂。因此，对承受冲击力的零件或工具来说，仅有强度指标是不够的，还要有足够的抵抗冲击负荷的能力，即韧性。

金属材料冲击韧性的评价采用冲击试验来完成。我国1994年颁布了金属韧性的测试标准

GB/T229—1994《金属夏比缺口冲击试验方法》。

2.冲击试验

（1）冲击试验原理

将标准试样置于冲击试验机的支座上，然后释放具有一定重力势能的重锤，重锤在下降过程中的快速冲击力作用下，将试样一次性冲断。测试试样在折断过程中的吸收功A k（能量差值）。

冲击功A k的测定原理是能量守恒原理，即摆锤在最高处静止时有一定的重力势能，将试样冲断后继续向前上升到最大位置处有一定的重力势能，二者的能量差即为试样在折断过程中的吸收功A k。冲击功可在试验机表盘上直接读出。

通常，金属的冲击功A k数值越大，其抵抗冲击破坏的能力就越强。有时候为了便于比较，不仅要测试试样的冲击功A k，还要将冲击功换算成冲击韧性。冲击韧性规定为单位面积上所受到的冲击力，即：a k = A k/S0

式中A k——冲击功；

S0——试样在冲击缺口处的横截面积。

（2）冲击试样

冲击功A k的大小受试样形状的影响较大。GB/T229—1994中规定可以采用以下两种缺口试样，即U型缺口试样和V型缺口试样。样坯切取应参照GB2975标准中的规定，式样的加工制造应符合下表中的规定。

m m

3. 冲击试验注意事项

（1）室温冲击试验应在23士5℃下进行,有温度要求的试验应在规定温度士2℃下进行。

（2）试验机一般在摆锤最大能量的10%～90%范围内使用。打击速度：～s。

（3）试验前应检查摆锤空打时被动指针回零差不超过最小分度值的四分之一。

（4）试样应紧贴支座放置，缺口对称面与两支座对称面偏差不应大于。

（5）数值修约：至少保留2位有效数字，大于100J的取3位。

4.冲击功和冲击试验在工程上的应用

作为韧性指标，为设计的选材和研制新型材料提供理论依据；检查和控制冶金产品的质量；监督热加工工艺的质量；评定材料在不同温度下的韧脆性转变趋势；确定应变时效的敏感性；缺口敏感性指标。

四、训练任务

1.任务名称：冲击试验测试钢的冲击韧性

2.任务要求：①小组长明确分工，组内协助完成任务。

②工作细致认真，能熟练操作冲击试验机。

③数据结果分析要思路清晰，任务单填写要求工整整洁。

④小组展示语言要大方得体，小组评价时要客观公正。

3.实训用具：冲击试验试样、冲击试验机、游标卡尺。

4.操作步骤：

（1）利用螺旋测微器测试拉伸试样的原始直径，沿垂直方向各测一次，取平均值，计算其原始横截面积S0。

（2）将制备好的拉伸试样夹持在拉伸试验机的夹具上，启动拉伸试验机。注意上下两夹具的中心线在一条直线上，保证加载力沿轴线方向。

（3）试样受拉伸力的作用产生变形，直至断裂，取下拉断后的拉伸试样，做塑性分析的备用件。试验过程中注意防止试样断裂时伤人。

（4）试验机的自动检测装置记录试样在拉伸过程中的力和变形，自动绘制力-伸长曲线，即拉伸曲线。

（5）打印拉伸曲线，将拉伸曲线贴在任务训练书的指定位置，在图上分析找出屈服点和抗拉强度点，依次找到屈服点对应的力F s和最大力F b，除以原始截面积S0即可算出屈服强度和抗拉强度。

（6）将分析过程和计算结果记录在任务训练书的指定位置。

（7）各组派代表上讲台展示本组的测试结果，并简要分析数据或结果的处理过程。

（8）教师给出标准值和评分标准，学生完成组内自评、小组互评。

（9）教师对本次训练项目和知识点做总结，布置下次课的任务。

参考资料：GB/T229—1994《金属夏比缺口冲击试验方法》。

5.实训任务单

本次实训将学生分为三组，按照GB/T228—2002《金属材料的拉伸试验方法》中的相关要求和测试方法，测试碳素结构钢Q195拉伸前后的标准试样，并按要求计算其塑性指标。将测试的指标与标准值对照，判别本批次产品是否合格。

五、教学评价

教师给出评分标准。各小组进行小组间互评、小组内自评打分，教师做整体评价。具体评分标准如下：