冲击实验完整版.doc

PAGE PAGE 4 冲击实验 一、实验目的 1．了解摆锤式冲击试验机的构造原理、操作方法及冲击试样的形状和尺寸。 2．掌握金属材料的冲击试验方法及以在不同热处理状态下的冲击试验 二、实验原理 冲击实验是一种动态力学试验，它是将一定形状及尺寸的试样放置在冲击试验机的固定支座上，然后将具有一定位能的摆锤释放，使试样在冲击弯曲负荷下断裂。用梅氏试样试验时；把冲断试样所消耗的功Ak，除以试样缺口处的横截面积F所得的商称为冲击韧性（或冲击值），以ak表示。 金属在常温下的冲击试验较为简便易行，其冲击韧性受材料的质量，如晶粒粗细、回火脆性、过热、过烧、内部裂纹、白点、夹杂、纤维组织的各向异性等的影响，并常用这种方法确定低碳钢材的应变时效敏感性。 具有体心立方或密排六方的金属及其合金，特别是工业上常用的结构钢，均会产生冷脆断裂现象，即当试验温度低于某一温度Tk时，材料将转变为脆性状态。其冲击值明显降低，这种现象称为冷脆转变现象，Tk称为冷脆转变温度，这是衡量材料冷脆倾向的性能指标。 系列冲击试验就是将所需试验的材料，加工成一定形状和尺寸相同的冲击试样，分别在一系列不同温度下进行冲击试验，以确定材料冷脆转化温度的方法． 常用冷脆转变温度表示方法有两种；一种是用U形缺口的梅氏冲击试样，在规定的摆锤刀口尺寸及支座尺寸的冲击试验机上，进行不同温度下的冲击试验，测出冲击韧性ak随试验温度变化的曲线，在曲线上与0.4akmax对应温度定为冷脆转变温度Tk；另一方法是用V形缺口的夏氏冲击试样，在另一种规定的刀口尺寸支座尺寸的冲击试验机上进行不同温度下的冲击试验，然后测量试样断口上纤维状韧性断口一结晶状脆性断口面积的比，通常取这种微口面积均为50％时的相应温度，定为冷脆转变温度，用符号50％FATT表示。我国和苏联以前多用前一种表示方法，英、美等西方国家多用后一种表示方法。两种表示方法都在规定试验条件下得到结果，相互没有换算关系。 冲击试样—侧开有U型或V型缺口，与之相对应的另一侧不开缺口，承受摆锤的撞击。 一般说来，在拉伸断口中出观的断口三区域，也都在冲击断口中出现。“首先在缺口附近形成裂纹源，然后是纤维区、放射区及剪切屑，剪切唇沿无切口的其他三侧边分布。纤维区向放射区或剪切唇相连接的边界常呈弧形。 冲击断口的另一特征是，由于在摆锤的冲击下，V缺口一侧受张应力，不开缺口的另一侧受压应力，在整个断面上受力方向不同，所以当受张应力的放射区进入受压区时可能消失 V型缺口试样的冲击断口及其示意图 三、实验设备及试验 1、冲击试验机 常用的摆锤式冲击试验机的构造如图１所示。 用梅氏试样做冷脆转变温度试验和用夏氏试样做FATT实验所用的冲击试验机，其刀口和支座的形状及尺寸如图2所示。目前我国生产上使用较多的为适用于梅氏冲击试样的试验机，如果用这种试验机来冲断夏氏试样，以测定材料的FATT值，其结果与严格依照规范做出来的值往往是不一致的。 JB—3０型梅氏试样冲击试验机的使用方法如下： 试验前，必须对试验机进行检查并进行空击试验，校正指针零点。安放试样时采用专用样规，以保证试样缺口与支座跨距中心相重合。 试验时，首先搬动开关接通电源，然后按“摆臂下降”按钮，摆臂取摆锤后升高至一定角度停下，用样规把试样放在试验机支座的钳口中间，同时把试验机读数盘指针拨至满刻度处。 然后按“冲击”按钮，摆锤脱离摆臂下降冲击试样，当摆锤冲击试样后又返回到新的最高位置后再按“停止”按钮，使摆锤制动停车，记下试验机指针在表盘上所指位置的数值（Ｊ）。即为冲断试样所消耗的冲击功Ak，以此计算试样的冲击韧性ak。 目前我国材料试验机厂还生产有高低温冲击试验机，能够自动扬摆和冲击，自动控温和从加热或低温度器中将试样自动推送到试验机支座上，是一种较为优越的试验机。 无论使用何种类型试验机，都应特别注意安全，防止摆锤和击断的试样飞出伤人。 图１ 摆锤冲击试验机 图２ 冲击试样及冲击试验机刀口、支座的形状及尺寸 （ａ） 梅氏 （ｂ） 夏氏 ２．试样 常用的梅氏及夏氏冲击试样的形状及尺寸如图2所示。 试样坯料经热处理后，在平面磨床上磨光再开缺口。对硬度较低的材料，可用铣、拉、钻等方法加工。对硬度较高的材料，则需用砂轮磨削，缺口加工后最好在其根部加少许金刚砂，用一根直径相当的细铁丝进行研磨，以除去刀痕。缺口的几何形状及尺寸的偏差，会使试验结果误差较大，甚至无效。因此，对缺口应严格检查；如能用放大20～50倍轮廓投影仪或工具显微镜检查则更好。 四、实验步骤 本实验测定 Q235低碳钢（正火状态）的冲击韧性．试验温度定