3 金屬材料的沖擊韌性實驗

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1、實驗3金屬材料的沖擊韌性實驗一、實驗目的1、了解沖擊韌性的含義。2、測定低碳鋼和鑄鐵的沖擊韌性，比較兩種材料的沖擊性能和破壞斷口的形貌。二、實驗概述衡量材料抗沖擊能力的指標用沖擊韌度來表示。沖擊韌度是通過沖擊實驗來測定的。這種實驗在一次沖擊載荷作用下顯示試件缺口處的力學特性(韌性或脆性)。雖然試驗中測定的沖擊吸收功或沖擊韌度不能直接用于工程計算，但它可以作為判斷材料脆化趨勢的一個定性指標,還可作為檢驗材質(zhì)熱處理工藝的一個重要手段。測定沖擊韌度的試驗方法有多種。國際上大多數(shù)國家所使用的常規(guī)試驗為簡支梁式的沖擊彎曲試驗。在室溫下進行的實驗一般采用GB/T229-1994標準《金屬夏比沖擊試

2、驗方法》，另外還有“低溫夏比沖擊實驗”，“高溫夏比沖擊實驗”。由于沖擊實驗受到多種內(nèi)在和外界因素的影響。1．實驗原理沖擊實驗機由擺錘、機身、支座、度盤、指針等幾部分組成（圖3-1）。實驗時，將帶有缺口的受彎試樣安放于試驗機的支座上，舉起擺錘使它自由下落將試樣沖斷。若擺錘的重量為G，沖擊中擺錘的質(zhì)心高度由H0變?yōu)镠1,勢能的變化為G(H0-H1),它等于沖斷試樣所消耗的功W，亦即沖擊中試樣所吸收的功為圖1沖擊實驗機及原理圖Ak值可由指針指示的位置從度盤上讀出。因為試樣缺口處的高度應力集中，Ak的絕大部分為缺口局部所吸收。依據(jù)GB/T229-1994《金屬夏比缺口沖擊試驗方法》，夏比缺口沖

3、擊試驗的原理是：用揚起一定高度的擺錘一次性打擊處于簡支梁狀態(tài)的缺口試樣，測定試樣折斷時所吸收的功。沖擊過程中所消耗的能量，除大部分為試樣斷裂所吸收外，還有一小部分消耗于機座振動等方面，只因這部分能量相對較小，一般可以省略。2．實驗設備沖擊試驗機，如上圖所示。游標卡尺3．沖擊試樣沖擊韌性的數(shù)值與試樣的尺寸、缺口形狀和支撐方式有關。國家標準規(guī)定兩種形式的試樣：(1)U型缺口試樣（梅氏試樣），尺寸形狀如圖3-2所示；（2）V型缺口試樣，尺寸形狀如下圖所示。兩者皆為簡支梁形式。式樣上開有缺口是為了使缺口區(qū)形成高度應力集中，吸收較多的能量。本次試驗采用沖擊試樣，尺寸及偏差應根據(jù)GB/T229-1

4、994規(guī)定。加工缺口試樣時，應嚴格控制其形狀﹑尺寸精度以及表面粗糙度。試樣缺口底部應光滑﹑無與缺口軸線平行的明顯劃痕。(a)V型缺口試樣(b)U型缺口試樣圖2沖擊試樣要求三﹑實驗步驟1．測量試樣的幾何尺寸及缺口處的橫截面尺寸。2．根據(jù)估計材料沖擊韌性來選擇試驗機的擺錘和表盤。3．安裝試樣。如圖3所示。圖3試樣安放位置示意圖4．進行試驗。將擺錘舉起到高度為H處并鎖住，然后釋放擺錘，沖斷試樣后，待擺錘揚起到最大高度，再回落時，立即剎車，使擺錘停住。5．記錄表盤上所示的沖擊功AKU值.取下試樣，觀察斷口。試驗完畢，將試驗機復原。6．沖擊試驗要特別注意人身的安全。四﹑實驗結果處理1.計算沖擊韌

5、性值αK.((J/cm2))式中：AK為缺口試樣的沖擊吸收功(J)；S0為試樣缺口處斷面面積(cm2)。沖擊韌性值αK是反映材料抵抗沖擊載荷的綜合性能指標，它隨著試樣的絕對尺寸﹑缺口形狀﹑試驗溫度等的變化而不同。2.比較分析兩種材料的抵抗沖擊時所吸收的功。觀察破壞斷口形貌特征。五﹑思考題1．擊韌性值αKU為什么不能用于定量換算，只能用于相對比較？2．沖擊試樣為什么要開缺口？