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冲击韧度试验和冲击试验原理

日期:2021-03-11浏览:1853次

金属材料在使用过程中除要求有足够的强度和塑性外,还要求有足够的韧性。所谓韧性,就是材料在弹性变形、塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。韧性好的材料在服役条件下不至于突然发生脆性断裂,从而使安全得到保证。

韧性指标可分为静力韧度、冲击韧度和断裂韧度,其中评价冲击韧度(即在冲击载荷下材料塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力)的实验方法,按其服役工况有简支梁下的冲击弯曲试验(夏比冲击试验)、悬臂梁下的冲击弯曲试验(艾氏冲击试验)以及冲击拉伸试验。夏比冲击试验是由法国工程师夏比(Charpy)建立起来的,虽然试验中测定的冲击吸收功Ak值缺乏明确的物理意义,不能作为表征金属材料实际抵抗冲击载荷能力的韧性判据,但因其试样加工简便、试验周期短、试验数据对材料组织结构、冶金缺陷等敏感而成为评价金属材料冲击韧度应用广泛的一种传统力学性能试验。

缺口冲击韧度实验是综合运用了缺口、低温及高应变速率这三个因素对材料脆化的影响,使材料由韧性状态变为脆性状态,这样可用来显示和比较材料因成分和组织的改变所产生的脆断倾向。在影响材料脆化的这三个因素中,缺口所造成的脆化是主要的,如果不用缺口试样而用光滑试样,即使降至很低温度,也难以使低中强度钢产生脆断。同样,在规定的实验方法中,由冲击而造成的高应变速率也是有限的,它只在试样有缺口的前提下促进了材料的脆化。

夏比冲击试验按试验温度可分为高温、低温和常温冲击试验,按试样的缺口类型可分为V型和U型两种冲击试验。

现行国家标准GB/T229-1994《金属夏比缺口冲击试验方法》将以上所涉及的试验方法统一合并在一个标准内,更加便于执行。

冲击试验原理

夏比冲击试验是将具有规定形状、尺寸和缺口类型的试样,放在冲击试验机的试样支座上,使之处于简支梁状态。

然后用规定高度的摆锤对试样进行一次性打击,如图5.5-1所示,实质上就是通过能量转换过程,测量试样在这种冲击下折断时所吸收的功。

 

5.5-1 夏比冲击试验原理

试样的冲击吸收功在试验过程中用摆锤冲击前后的位能差测定,如不考虑空气阻力及摩擦力等能量损失,则冲断试样的吸收功为

AK=A1-A (5.5-1)

A1=FH1=FL(1-cosα)  (5.5-2)

A2=FH2=FL(1-cosβ)  (5.5-3)

AK=F X L(cosβ-cosα)  (5.5-4)

式中,A1为摆锤起始位能,JA2为摆锤打击试样后的位能,JF为摆锤的重力,NL为摆长(摆轴至锤重心之间的距离),mmα为冲击前摆锤扬起的*大角度,radβ为冲击后摆锤扬起的*大角度,rad

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