1、实验 3 金属材料的冲击韧性实验一、实验目的1、了解冲击韧性的含义。2、测定低碳钢和铸铁的冲击韧性，比较两种材料的冲击性能和破坏断口的形貌。二、实验概述衡量材料抗冲击能力的指标用冲击韧度来表示。冲击韧度是通过冲击实验来测定的。这种实验在一次冲击载荷作用下显示试件缺口处的力学特性(韧性或脆性)。虽然试验中测定的冲击吸收功或冲击韧度不能直接用于工程计算，但它可以作为判断材料脆化趋势的一个定性指标,还可作为检验材质热处理工艺的一个重要手段。测定冲击韧度的试验方法有多种。国际上大多数国家所使用的常规试验为简支梁式的冲击弯曲试验。在室温下进行的实验一般采用 GB/T229-1994 标准金属夏比冲击试验
2、方法 ，另外还有“低温夏比冲击实验” ， “ 高温夏比冲击实验” 。由于冲击实验受到多种内在和外界因素的影响。1实验原理冲 击 实 验 机 由 摆 锤 、 机 身 、 支 座 、 度 盘 、 指 针 等 几 部 分 组 成 （ 图 3-1） 。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 的 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
3、 即 冲 击 中 试样 所 吸 收 的 功 为 )(10HWAk图 1 冲击实验机及原理图Ak值 可 由 指 针 指 示 的 位 置 从 度 盘 上 读 出 。 因 为 试 样 缺 口 处 的 高 度 应 力 集中 ， Ak的 绝 大 部 分 为 缺 口 局 部 所 吸 收 。依 据 GB/T229-1994 金 属 夏 比 缺 口 冲 击 试 验 方 法 ， 夏 比 缺 口 冲 击 试 验的 原 理 是 ： 用 扬 起 一 定 高 度 的 摆 锤 一 次 性 打 击 处 于 简 支 梁 状 态 的 缺 口 试 样 ，测 定 试 样 折 断 时 所 吸 收 的 功 。冲 击 过 程 中 所 消
4、 耗 的 能 量 ， 除 大 部 分 为 试 样 断 裂 所 吸 收 外 ， 还 有 一 小 部分 消 耗 于 机 座 振 动 等 方 面 ， 只 因 这 部 分 能 量 相 对 较 小 ， 一 般 可 以 省 略 。2实验设备冲击试验机，如上图所示。游标卡尺3冲击试样冲击韧性的数值与试样的尺寸、缺口形状和支撑方式有关。国家标准规定两种形式的试样：(1)U 型缺口试样（梅氏试样） ，尺寸形状如图 3-2 所示；（2）V 型缺口试样，尺寸形状如下图所示。两者皆为简支梁形式。式样上开有缺口是为了使缺口区形成高度应力集中，吸收较多的能量。本次试验采用冲击试样，尺寸及偏差应根据 GB/T229-199
5、4 规定。加工缺口试样时，应严格控制其形状尺寸精度以及表面粗糙度。试样缺口底部应光滑无与缺口轴线平行的明显划痕。(a) V 型 缺 口 试 样(b) U 型 缺 口 试 样图 2 冲击试样要求三实验步骤1测量试样的几何尺寸及缺口处的横截面尺寸。2根据估计材料冲击韧性来选择试验机的摆锤和表盘。3安装试样。如图 3 所示。支 座 试 样 摆 锤 刀 刃图 2 9 冲 击 实 验 示 意 图图 3 试样安放位置示意图4进行试验。将摆锤举起到高度为 H 处并锁住，然后释放摆锤，冲断试样后，待摆锤扬起到最大高度，再回落时，立即刹车，使摆锤停住。5记录表盘上所示的冲击功 AKU 值.取下试样，观察断口。试验完毕，将试验机复原。6冲击试验要特别注意人身的安全。四实验结果处理1.计算冲击韧性值 K.(J/cm2)0SAK式中：A K 为缺口试样的冲击吸收功(J)；S 0 为试样缺口处断面面积(cm2)。冲击韧性值 K 是反映材料抵抗冲击载荷的综合性能指标，它随着试样的绝对尺寸缺口形状试验温度等的变化而不同。2.比较分析两种材料的抵抗冲击时所吸收的功。观察破坏断口形貌特征。五思考题1击韧性值 KU 为什么不能用于定量换算，只能用于相对比较？2冲击试样为什么要开缺口？
