实验十一 金属冲击韧性试验
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• 5．因操作不当（例如提早制动等），试样卡锤， 其试验结果无效，应重做。
• 6．比较低碳钢和硬铝合金两种材料的Ak值，绘出 两种试样的断口形貌，指出各自的特征。
图1 摆锤冲击试验机示意图
图4 冲击试样对中示意图
实验十一 金属冲击韧性 试验
一、 实 验 目 的
• 1．了解冲击韧性的含义。
• 2．测定钢材和硬铝合金的冲击韧 性，比较两种材料的抗冲击力 和破坏断口的形貌。
二、 实 验 原 理
• 材料在冲击载荷作用下，产生塑性变形和 断裂过程吸收能量的能力，称为材料的冲 击韧性。用实验方法测定材料的冲击韧性 时，是把材料制成标准试样，置于能实施 打击能量的冲击试验机上进行的，并用折 断试样的冲击吸收功来衡量。
• 1．检查试样的形状、尺寸及缺口质量是 否符合标准的要求。
• 2．选择合适的摆锤，冲击试验机一般在 摆锤最大打击能量的10%- 90%范围内使用。
• 3．空打试验：举起摆锤，试验机上不放 置试样，把指示针（即从动针）拨至最大 冲击能量刻度处（数显冲击机调零），然 后释放摆锤空打，指针偏离零刻度的示值 （即回零差）不应超过最小分度值的1/4。 若回零差较大，应调整主动针位置，直至 空打从动针指零。
2．冲击吸收功在100J以上时，取三位有效数； 在10-100J时，取二位有效数；小于10J时，保 留小数后一位，并修约到0.5J。
3．试样断口有明显的夹渣、裂纹等缺陷时，应 加以注明。
• 4．如因试验机打击能量偏低，试样受冲后未完全 折断，应在试验数据之前加大于符号“>”，其他 情况则应注明“未折断”。
• 按照不同的实验温度、试样受力方式、实 验打击能量等来区分，冲击实验的类型繁 多，不下十余种。现在介绍常温、简支梁 式、大能量一次性冲击实验。依据是国家 标准GB/T 229-1994《金属夏比缺口冲击试 验方法》。
图1 摆锤冲击试验机示意图
• 实验时，将带有缺口的受弯试样安放于试验机的 支座上，举起摆锤使它自由下落将试样冲断。若 摆锤重量为G，冲击中摆锤的质心高度由H0变为H1， 势能的变化为G(H0-H1)，它等于冲断试样所消耗的 功W，亦即冲击中试样所吸收的功为：
• 4．用专用对中块，按图4使试样贴紧支座安放， 缺口处于受拉面，并使缺口对称面位于两支座对 称面上，其偏差不应大于0.5mm。
• 5．将摆锤举高挂稳后，把从动针拨至最大刻度处， 然后使摆锤下落冲断试样。待摆锤回落至最低位 置时，进行制动。记录从动针在度盘上的指示值 或数显装置的显示值，即为冲断试样所消耗的功。
三、 实 验 试 样
• 冲击韧性Ak的数值与试样的尺寸、缺口形 状和支承方式有关。为便于比较，国家标 准规定两种型式的试样：
• (1)U型缺口试样尺寸，形状如图2所示； (2) V型缺口试样，尺寸形状如图3所示。
图2 U型缺口试样 图3 V型缺口试样
此外，尚有缺口深度为5mm的U型标准试样。 当材料不能制成上述标准试样时，允许采用宽度 7.5mm或5mm等小尺寸试样，缺口应开在试样的窄 面上。V型缺口与深U型缺口适用于韧性较好的材料。 用V型缺口试样测定的冲击韧性记为Ak，U型缺口试 样则应加注缺口深度，如Aku2（缺口深度为2mm） 或Aku5（缺口深度为5mm）。
• 材料的内部缺陷和晶粒的大小对Ak值有明显影响， 因此可用冲击实验来检验材料质量，判定热加工
和热处理工艺质量。Ak值对温度的变化也很敏感， 随着温度的降低，在某一狭窄的温度区间内，低
碳钢的Ak值骤然下降，材料变脆，出现冷脆现象。 所以常温冲击实验一般在10℃-35℃的温度下进行， Ak值对温度变化很敏感的材料，试验应在 20℃±2℃进行。温度不在这个范围内时，应注明 实验温度。
Ak=W=G(H0－H1)
---------------- ( 1)
• 设摆锤质心至摆轴的长度为l（称为摆长），摆锤 的起始下落角为α，击断试样后最大扬起的角度为 β，式1又可写为
Ak=Gl(cosβ-cosα)
---------------- (2)
• α一般设计成固定值，为适应不同打击能量的需要，
• 冲击时，由于试样缺口根部形成高度应力集中， 吸收较多的能量，缺口的深度、曲率半径及角度 的大小都对试样的冲击吸收功有影响。为保证尺 寸准确，缺口应采用铣削、磨削或专用的拉床加 工，要求缺口底部光滑，无平行于缺口轴线的刻 痕。试样的制备亦应避免由于加工硬化或过热而 影响其冲击性能。
四、 实 验 步 骤 与 方 法
动位置。
项
• 3．在摆锤摆动范围内，不得有任何人员活动 或放置障碍物，以确保安全。
• 4．带有保险销的机动冲击试验机，冲击前应 先退销再释放摆锤进行冲击。
六、 实 验 报 告 要 求
1．实验报告的内容应包括：试验标准号；材料 种类；试样尺寸及类型；试验温度；试验机型 号及打击能量；冲击吸收功及备注。报告格式 由学生自行拟定。
图4 冲击试样对中示意图
五、 • 1．不带保险销的机动冲击试验机或手动冲 击试验机，在安装试样前，最好先把摆锤用
实
木块搁置在支座上，试样安装完毕再举摆。
验 • 2．手动冲击试验机当摆锤举到需要高度时，
注
Βιβλιοθήκη Baidu
可听到销钉锁住的声音，为避免冲断销钉应
意
轻轻放摆，在销钉未锁住前切勿放手。摆锤
事
下落尚未冲断试样前，不应将控制杆推向制
冲击试验机都配备两种以上不同重量的摆锤，β则
随材料抗冲击能力的不同而变化，如事先用β最大
可能变化的角度计算出Ak值并制成指示度盘，Ak 值便可由指针指示的位置从度盘上读出。Ak值的 单位为J（焦耳）。
• Ak值越大，表明材料的抗冲击性能越好。Ak值是 一个综合性的参数，不能直接用于设计，但可作
为抗冲击构件选择材料的重要指标。
• 6．比较低碳钢和硬铝合金两种材料的Ak值，绘出 两种试样的断口形貌，指出各自的特征。
图1 摆锤冲击试验机示意图
图4 冲击试样对中示意图
实验十一 金属冲击韧性 试验
一、 实 验 目 的
• 1．了解冲击韧性的含义。
• 2．测定钢材和硬铝合金的冲击韧 性，比较两种材料的抗冲击力 和破坏断口的形貌。
二、 实 验 原 理
• 材料在冲击载荷作用下，产生塑性变形和 断裂过程吸收能量的能力，称为材料的冲 击韧性。用实验方法测定材料的冲击韧性 时，是把材料制成标准试样，置于能实施 打击能量的冲击试验机上进行的，并用折 断试样的冲击吸收功来衡量。
• 1．检查试样的形状、尺寸及缺口质量是 否符合标准的要求。
• 2．选择合适的摆锤，冲击试验机一般在 摆锤最大打击能量的10%- 90%范围内使用。
• 3．空打试验：举起摆锤，试验机上不放 置试样，把指示针（即从动针）拨至最大 冲击能量刻度处（数显冲击机调零），然 后释放摆锤空打，指针偏离零刻度的示值 （即回零差）不应超过最小分度值的1/4。 若回零差较大，应调整主动针位置，直至 空打从动针指零。
2．冲击吸收功在100J以上时，取三位有效数； 在10-100J时，取二位有效数；小于10J时，保 留小数后一位，并修约到0.5J。
3．试样断口有明显的夹渣、裂纹等缺陷时，应 加以注明。
• 4．如因试验机打击能量偏低，试样受冲后未完全 折断，应在试验数据之前加大于符号“>”，其他 情况则应注明“未折断”。
• 按照不同的实验温度、试样受力方式、实 验打击能量等来区分，冲击实验的类型繁 多，不下十余种。现在介绍常温、简支梁 式、大能量一次性冲击实验。依据是国家 标准GB/T 229-1994《金属夏比缺口冲击试 验方法》。
图1 摆锤冲击试验机示意图
• 实验时，将带有缺口的受弯试样安放于试验机的 支座上，举起摆锤使它自由下落将试样冲断。若 摆锤重量为G，冲击中摆锤的质心高度由H0变为H1， 势能的变化为G(H0-H1)，它等于冲断试样所消耗的 功W，亦即冲击中试样所吸收的功为：
• 4．用专用对中块，按图4使试样贴紧支座安放， 缺口处于受拉面，并使缺口对称面位于两支座对 称面上，其偏差不应大于0.5mm。
• 5．将摆锤举高挂稳后，把从动针拨至最大刻度处， 然后使摆锤下落冲断试样。待摆锤回落至最低位 置时，进行制动。记录从动针在度盘上的指示值 或数显装置的显示值，即为冲断试样所消耗的功。
三、 实 验 试 样
• 冲击韧性Ak的数值与试样的尺寸、缺口形 状和支承方式有关。为便于比较，国家标 准规定两种型式的试样：
• (1)U型缺口试样尺寸，形状如图2所示； (2) V型缺口试样，尺寸形状如图3所示。
图2 U型缺口试样 图3 V型缺口试样
此外，尚有缺口深度为5mm的U型标准试样。 当材料不能制成上述标准试样时，允许采用宽度 7.5mm或5mm等小尺寸试样，缺口应开在试样的窄 面上。V型缺口与深U型缺口适用于韧性较好的材料。 用V型缺口试样测定的冲击韧性记为Ak，U型缺口试 样则应加注缺口深度，如Aku2（缺口深度为2mm） 或Aku5（缺口深度为5mm）。
• 材料的内部缺陷和晶粒的大小对Ak值有明显影响， 因此可用冲击实验来检验材料质量，判定热加工
和热处理工艺质量。Ak值对温度的变化也很敏感， 随着温度的降低，在某一狭窄的温度区间内，低
碳钢的Ak值骤然下降，材料变脆，出现冷脆现象。 所以常温冲击实验一般在10℃-35℃的温度下进行， Ak值对温度变化很敏感的材料，试验应在 20℃±2℃进行。温度不在这个范围内时，应注明 实验温度。
Ak=W=G(H0－H1)
---------------- ( 1)
• 设摆锤质心至摆轴的长度为l（称为摆长），摆锤 的起始下落角为α，击断试样后最大扬起的角度为 β，式1又可写为
Ak=Gl(cosβ-cosα)
---------------- (2)
• α一般设计成固定值，为适应不同打击能量的需要，
• 冲击时，由于试样缺口根部形成高度应力集中， 吸收较多的能量，缺口的深度、曲率半径及角度 的大小都对试样的冲击吸收功有影响。为保证尺 寸准确，缺口应采用铣削、磨削或专用的拉床加 工，要求缺口底部光滑，无平行于缺口轴线的刻 痕。试样的制备亦应避免由于加工硬化或过热而 影响其冲击性能。
四、 实 验 步 骤 与 方 法
动位置。
项
• 3．在摆锤摆动范围内，不得有任何人员活动 或放置障碍物，以确保安全。
• 4．带有保险销的机动冲击试验机，冲击前应 先退销再释放摆锤进行冲击。
六、 实 验 报 告 要 求
1．实验报告的内容应包括：试验标准号；材料 种类；试样尺寸及类型；试验温度；试验机型 号及打击能量；冲击吸收功及备注。报告格式 由学生自行拟定。
图4 冲击试样对中示意图
五、 • 1．不带保险销的机动冲击试验机或手动冲 击试验机，在安装试样前，最好先把摆锤用
实
木块搁置在支座上，试样安装完毕再举摆。
验 • 2．手动冲击试验机当摆锤举到需要高度时，
注
Βιβλιοθήκη Baidu
可听到销钉锁住的声音，为避免冲断销钉应
意
轻轻放摆，在销钉未锁住前切勿放手。摆锤
事
下落尚未冲断试样前，不应将控制杆推向制
冲击试验机都配备两种以上不同重量的摆锤，β则
随材料抗冲击能力的不同而变化，如事先用β最大
可能变化的角度计算出Ak值并制成指示度盘，Ak 值便可由指针指示的位置从度盘上读出。Ak值的 单位为J（焦耳）。
• Ak值越大，表明材料的抗冲击性能越好。Ak值是 一个综合性的参数，不能直接用于设计，但可作
为抗冲击构件选择材料的重要指标。