金属夏比缺口试验方法精选文档.ppt

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1、金属夏比缺口试验方法本讲稿第一页，共六十四页 第一章 概述 第一节 金属夏比冲击试验的用途 1 选材及新材料研制 2 冶金产品检查控制 3 工艺质量监督 4 各种条件下韧性评定 5 冶金产品交货重要指标之一（详见金属夏比冲击试验方法国家标准实施指南)本讲稿第二页，共六十四页 第二节 金属夏比冲击试验方法的标准化 1 常规冲击试验标准的进展 2 相关标准的引用 3 国际标准ISO现状 4 国外标准（EN、ASTM、JIS等）现状 5 仪器化冲击试验方法的标准化本讲稿第三页，共六十四页 第二章 GB/T229-07 金属夏比缺口冲击试验方法 技术内容说明 本讲稿第四页，共六十四页 GB/T 229

2、-2007 金属材料 夏比摆锤冲击试验方法技术说明 金属材料夏比冲击试验方法是用于测定金属材料韧性应用最广泛的一种传统力学性能试验，也是评定金属材料在冲击载荷下韧性的重要手段之一。对于金属材料力学性能的要求，除了具有足够的强度、硬度和塑性之外，还应具有一定的韧性，即在一定条件下受到冲击载荷时，在断裂过程中吸收足够能量的能力，以保证金属构件及零件的安全性。本试验方法的标准化对于金属材料的质量保证、新材料新工艺的研制以及冶金、压力容器、机械、船舶、军工等部门设备及构件的安全性提供了可靠保证。（详见金属夏比冲击试验方法国家标准实施指南一书）本讲稿第五页，共六十四页 GB/T229-2007金属材料

3、夏比摆锤冲击试验方法于2008年6月1日实施，代替了GB/T229-1994金属夏比缺口冲击试验方法标准。本标准修改采用了（MOD）了国际标准ISO1481：2006金属材料 夏比摆锤冲击试验 第1部分：试验方法。国际标准ISO148以金属材料夏比冲击试验为总称由以下3部分组成：ISO148.1 金属材料 夏比摆锤冲击试验 第1部分：试验方法 ISO148.2 金属材料 夏比摆锤冲击试验 第2部分：试验机的校验 ISO148.3 金属材料 夏比摆锤冲击试验 第3部分：用于校验试验机的夏比V型缺口标准试样的制备与表征本讲稿第六页，共六十四页影响夏比缺口冲击试验结果 主 要 因 素 在金属力学性能

4、试验中，导致夏比缺口冲击试验结果分散性相对大的原因来自两方面：试验因素和材料结构。从试验角度看，由于冲击试验是在动态力作用下进行的，因此影响试验结果正确性和分散性的因素很多，试验方法标准化的目的就是对各种影响冲击试验结果的因素进行限定，以得到准确的和可比较的试验结果。这些影响因素大致上可以分为如下几个方面：本讲稿第七页，共六十四页一.试样1.冲击样坯的切取 确定样坯的加工余量及各种冶金产品的取样位置及方向。2.试样尺寸及形状 试样长度、宽度、高度的公称尺寸及及加工偏差；缺口根部曲率半径、深度及角度尺寸及偏差；夏比缺口冲击试样的形位公差。3.冲击试样的加工与置备 主要为缺口根部曲率半径、深度及角

5、度的加工质量；试样尺寸、缺口根部曲率半径、深度及角度的检查方法。本讲稿第八页，共六十四页二.试验装置1.试验机结构 确保试样正确的放置及打击瞬间试验机的刚性。2.试验机性能参数 直接参数：机架、摆锤、砧座及支座、指示装置。综合性能：试验机误差及重复性。3.温度控制仪器 恒温装置温度控制的准确性及稳定性。本讲稿第九页，共六十四页三.试验技术1.试验前准备 指示装置的回零差及砧座跨距检查与保证。2.试样的定位 试样打击中心准确性以及试样缺口对称面与砧座间中线的吻合程度。3高、低温冲击试验操作试样整体温度均匀性保证、打击试样瞬间温度的准确性。4.转变温度测定 剪切断面率的测定、侧膨胀值的测定。5.试

6、验结果处理及试验报告 打击能量不足、卡锤、断口检查、结果有效位数。这些影响因素均应在试验方法标准中加以限定。本讲稿第十页，共六十四页一.新旧标准技术内容的变动 本标准是在原标准GB/T2291994金属夏比缺口冲击试验方法的基础上修订的。修改采用了ISO148.1技术内容。本标准修改后技术内容变化如下：本讲稿第十一页，共六十四页1 范围 原标准在适用范围中规定温度范围-1921000，草案考虑到国际标准，没有规定使用温度范围，但本标准实际上包括了室温、低温和高温夏比缺口冲击试验。本标准适用于夏比V型缺口试样冲击吸收能量的测定，不包括仪器化冲击试验方法，因为已有GB/T197482005钢材 夏

7、比V型缺口摆锤冲击试验 仪器化试验方法。本讲稿第十二页，共六十四页2.引用标准2.1 取消了原引用的GB/T10623金属力学试验用术语标 准，使用本标准中第3部分内容。2.2 取消了引用标准中GB/T12778金属夏比冲击断口测定方法，本冲击试验方法标准在附录C中给出了侧膨胀值的测定方法及测量装置，在附录D中给出了冲击样断口形貌的评定方法。2.3 取消了以下检定规程：JJG130 工作用玻璃液体温度计检定规程 JJG141 工作用铂铑10铂热电偶检定规程 JJG145 摆锤式冲击试验机检定规程 JJG351 工作用镍铬镍硅、镍铬考铜热电偶检定规程 JJG368 工作用铜康铜热电偶检定规程本讲

8、稿第十三页，共六十四页3.符号及术语 本标准草案采用的符号、单位及名称与ISO148.1是相同的。这些符号代替了原标准中相应的符号。主要变化为：，冲击吸收能量用K代替原标准的冲击吸收功AK,新标准中的符号见标准表1。KV2、KU2 2mm锤刃的冲击值。KV8、KU8 8mm锤刃的冲击值 本讲稿第十四页，共六十四页4.试样 4.1 增加了宽度2.5 mm的小尺寸试样，宽度机加工偏差为0.04mm。4.2 对原标准试样尺寸机加工偏差规定做了修改，与国际标准ISO 148.1一致，见表2.V型缺口试样 尺寸 机加工偏差 U型缺口试样 尺寸 机加工偏差本讲稿第十五页，共六十四页 对原标准修改后放宽了试

9、样加工公差要求的规定。但应指出，对于试验结果的稳定性影响较原来要大，因为试样纵向面夹角从原来的 垂直度 0.1mm/10mm（相当于900.57）改为902后，试样放置后与砧座贴紧程度变差，冲击试样时稳定性自然变差，902相当于垂直度0.35mm/10mm。关于缺口对称面试样端部距离的规定，新标准提出，对于自动定位试样的试验机，建议偏差用0.165mm代替0.42mm。本讲稿第十六页，共六十四页5.试验装置5.1 增加了附录A（资料性附录）对中夹钳，与ISO148.1相同。5.2 新标准规定了两种冲击刀，即锤刃半径2mm或8mm的冲击刀，在原标准上增加了8mm冲击刀。这符合了GB/T3808要

10、求，与国际标准ISO148.1中规定相同。标准在7.3条注中明确指出，对低能量冲击试验，一些材料用两种尺寸的锤刃测定的结果明显不同。5.3 对冲击试验机适用范围由原标准的1090改为上限80，其下限建议不低于试验机最小分辨力的25倍。这与GB/T3808规定相同，在这个标准中规定，在标称能量的0、10、20、30、50、60、80进行检查冲击试验机。本讲稿第十七页，共六十四页6 试验 6.1 对于室温冲击试验，原标准规定一般在1035进行，严格的试验在202进行，新标准改为：应在规定温度2内试验，如对温度没有规定，应在235范围进行。严格了室温冲击温度适用范围。6.2 增加了8.2.2条关于在

11、液体介质中放置试样的规定，此规定与ISO148.1的8.2.2条规定相同。本讲稿第十八页，共六十四页6.3 试样的转移 新标准取消了原标准中7.10条规定：“试样从液体介质中移出至打击的时间应在2s之内，试样离开气体介质至打击的时间应在1s之内”。对高低温冲击试验规定试样从装置中移出至打断时间应不大于5秒。为保证试样在打击瞬间温度处于规定范围，在注1中建议了温度补偿值（见附E），此规定与原标准附录A规定相同。但应指出，转移试样时间35s的间隔所补偿的温度是近似的，因为在此间隔内温度的变化受到环境温度、材料导热系数、试样移送时间长短等多种因素影响（见金属夏比冲击试验国家标准实施指南一书）。本讲稿

12、第十九页，共六十四页6.4 端面定位 本标准取消了原标准如下规定：对于端面定位的高温冲击试验，应根据试样膨胀量调整定位机构，其膨胀量按公式L27.5（tt0）计算。对于高温冲击试验，由于试样从高温炉中取出至打击时间间隔太长而导致试样温度降低很多，可能获得不准确的冲击能量，因此这一间隔应减至最小，要采用端面定位放置试样。原标准7.6条规定由新标准8.1条的原则保证。本讲稿第二十页，共六十四页6.5 转变温度的测定 在用冲击吸收能量温度曲线测定转变温度时增加了冲击吸收能量达到某一特定值的规定（例如KV8=27J）。也规定了冲击吸收能量达到上平台某一百分数（例如50）的规定。本讲稿第二十一页，共六十

13、四页 第一节 适用范围及试验原理 1 冲击试验温度（室温、高温、低温冲击）2 冲击试样及缺口类型（V型、U型，标准和小试样）3 试验原理 用打击试样时能量前后的变化评定材料的韧性。KV(U)=FL（cos cos ）F摆锤重力 L摆长（摆轴至F作用点距离）冲击前摆锤的落角 冲击后摆锤的升角 本讲稿第二十二页，共六十四页第二节 对冲击试样的要求 一 冲击样坯的取样 1 样坯加工余量 2 型钢的取样 3 条钢的取样 4 钢板的取样 5 钢管的取样如无其他规定，按GB/T2975规定取样。本讲稿第二十三页，共六十四页二 冲击试样1 试样长度：垂直于缺口方向最大尺寸2 试样宽度：与缺口平行方向尺寸3

14、试样高度：带缺口面与相对面距离（图 1）4 试样尺寸公差 a）试样主体 b）缺口形状及尺寸 （见标准图 2）本讲稿第二十四页，共六十四页冲击缺口试样的意义 ASTM E23 详细分析了缺口冲击试验必要性，缺口产生的三个效应：1）应力集中和应变集中 2）应力状态的改变 3）约束引起的强化和脆化 决定应力集中系数的参数：缺口尖度、缺口深度、缺口角度。应力集中系数Ktmaxm，Kt的大小取决于缺口锐度。由于缺口产生的脆化倾向，导致工程材料服役安全性降低，尤其对铁素体钢类，在有缺口的工件上在低温下受到冲击力时，必需考虑冲击韧性。本讲稿第二十五页，共六十四页三 试样缺口的加工及检查 1 缺口加工方法 定

15、型砂轮磨制 铣床加工 拉床加工 线切割加工 2 缺口的检查 缺口深度 根部曲率半径 缺口角度本讲稿第二十六页，共六十四页三种V型缺口加工方法比较1光学磨2机加工3线切割比较：1）形貌 2）组织 3）残余应力 4）断面 5）硬度 6）AK值本讲稿第二十七页，共六十四页第三节 对冲击试验机的要求及检查 直接检验 一 机架 二 摆锤 三 砧座及支座 四 指示装置 间接检验 温度控制装置 按GB/T3808-2002摆锤式冲击试验机的检验本讲稿第二十八页，共六十四页一机架摆轴轴线基准面 平行度：2/1000自由状态刀刃试样间隙：0.5mm摆动平面摆轴角度：900.1刀刃试样面：良好接触刀刃中心砧座中心

16、：0.5mm摆轴轴向间隙：0.25mm（横向加4W）摆轴径向间隙：0.08mm(垂直施加150N)本讲稿第二十九页，共六十四页二 摆锤 *势能Ap标称能量AN 允差：1 *指示能量As 的检查：As 1%AV(测量的吸收功)或 As 0.5%Ap(初始位能)*冲击速度：55.5m/s *摩擦能量损失：空气、轴承、指针 *打击中心：0.995L0.005L *刀刃尺寸：宽度、角度、半径 *刀刃试样纵轴线夹角：902 本讲稿第三十页，共六十四页冲击能量相关术语及符号标称能量 AN 出厂给出的值实际初始势能 AP 实测的标称能量指示能量 As 指示装置的指示值 实际吸收能量 Av 实测的指示能量标准

17、能量 AR 标准试样能量值本讲稿第三十一页，共六十四页夏比缺口冲击试验的打击中心 摆锤摆动时，全部质量集中于摆锤一个点上，即打击中心。当与试样中心偏差较大时，摆杆在冲击瞬间就会承受较大的弯曲应力，产生的震动使测得的冲击吸收能量不准确。打击中心与试样中心的偏差来自于：摆杆长度、与钳口位置的配合、试样宽度的变化等因素。因此冲击试验时要保证打击中心与试样宽度方向上的中点吻合，即摆轴轴线距打击中心距离L1与摆轴轴线距试样打击点距离L一致，允许偏差为：L1=0.995L0.005L（0.9901.000）L L可通过测定摆锤的摆动周期算出（见GB/T3808的9.5条）本讲稿第三十二页，共六十四页三 砧

18、座和支座砧座跨距 40（0.2）mm。冲击能量会随跨度的增加下降，对脆性材料尤其明显。支座在冲击试验中反复受力有增大的倾向，会使冲击能量值偏低。砧座圆角半径 1（0.5）mm。砧座圆角偏大时，会导致冲击能量偏低，对韧性材料的影响高于脆性材料。试验中由于与试样反复摩擦有变大倾向，要定期检查。砧座斜度 111本讲稿第三十三页，共六十四页四 指示装置模拟指示装置 刻度盘（角或能量）及指针的检查 分度值小于标称能量1/100数字指示装置 分辨力：标称能量的1/400本讲稿第三十四页，共六十四页 冲击试验机的间接检验 标准试样 按 GB/T18658-02要求 误差 能量级小于40J:4J 能量级大于等

19、于40J：10AR 重复性 能量级小于40J:6J 能量级大于等于40J：15AR 本讲稿第三十五页，共六十四页二 试样的放置与对中 试样应紧贴砧座和支座放置（8.1条）。1 试样对中偏差对试样结果的影响2 试样对中偏差的规定3 高温冲击试验的对中4 小尺寸试样放置注意事项本讲稿第三十六页，共六十四页 四 打击瞬间温度的保持 1 直冲法 液体介质：2s内转移完毕 气体介质：1s内转移完毕 2 高温冲击试验过热法 转移试样 在35s内完成 过热温度补偿 3 低温冲击试验过冷法 转移试样35s内完成 过冷温度补偿本讲稿第三十七页，共六十四页 冲击转变温度的测定1 转变温度的形成（43页）2 转变温

20、度的测定 能量测定法 冲击吸收能量达到某一规定值，或上平台某一百分数。断口测定法 剪切断面率达到某一百分数，例如50。侧膨胀值测定法 侧膨胀值达到某一个量，例如0.9mm。本讲稿第三十八页，共六十四页冲击试验转变温度1 转变温度 在一系列温度的冲击试验中，冲击能量急剧变化或断口形貌急剧转变的温度区域。2 物理本质 通常认为，钢铁材料转变温度的产生是由于材料屈服强度随温度降低而明显上升所致。材料的屈服强度和断裂强度会随温度的上升而下降，但前者比后者随温度下降速率要快，两者的交点即为转变温度点，低于此温度时，屈服强度高于断裂强度，即材料首先屈服，然后才发生断裂，表现为韧性断裂，断口为纤维状断口；低

21、于此温度时，材料还没有屈服产生即发生断裂，则表现为脆性断裂，断口为结晶状脆性断口。3 工程应用 在压力容器、锅炉、桥梁船舶等工程中常用的结构钢，工作在低温下的一些钢铁材料，必需工作在转变温度以上以保证其安全性。例如锅炉用钢板20g，在常温要求夏比V型缺口试样的冲击能量为27J；19Mng在0时31J等。本讲稿第三十九页，共六十四页本讲稿第四十页，共六十四页 六 钢应变敏感性的测定按照GB/T41602004钢的应变时效敏感性试验方法进行。1 拉伸样坯的应变量2 试样的人工时效3 应变时效敏感性系数的测定本讲稿第四十一页，共六十四页第五节 试验结果处理及试验报告一 试验结果的比较及有效位数二 试

22、验结果的点数三 试验报告本讲稿第四十二页，共六十四页 5 评定实例 a 试验材料：结构钢 b 采用标准：GB/T229 c 评定依据：JJG1059、GB/T3808、GB/T18658 d 测量装置：德制RKP450摆锤冲击机 e 试验对象：夏比V型缺口标准冲击试样 f 试验结果：3名试验员6组数据 本讲稿第四十三页，共六十四页 1)试验重复性引入的不确定度分量 样本平均值（10点平均值）：205.3、206.6、208.2、207.2、203.3、206.1样本标准差Sj(J):12.17、11.48、10.15、11.43、9.117、9.351 总平均值(J)206 合并样本标准差SP

23、(J)10.68 本讲稿第四十四页，共六十四页 3）校准标样偏差引入的不确定度分量 由于冲击机是用标准冲击试样检定，所以必须考虑标样偏差引入的不确定度。根据GB/T 186582002，当能量大于40J时，标样允许最大标准偏差是0.05AR，对于25个标样，置信度为68时：本讲稿第四十五页，共六十四页5 5）合成标准不确定度的评定）合成标准不确定度的评定 本讲稿第四十六页，共六十四页 7 7）测量不确定度的报告与表示）测量不确定度的报告与表示 检测结果不确定度的报告为：U31J，K2。表明：可以期望在（20631）J到（20631）J的区间包含了该钢材夏比冲击吸收功测量结果可能置值的95。本讲

24、稿第四十七页，共六十四页 仪器化冲击试验方法的标准化 修改采用（MOD）了ISO14556：2000 钢的夏比V型缺口摆锤冲击试验 仪器化试验方法本讲稿第四十八页，共六十四页二 术语力的表征 屈服力 最大力 不稳定裂纹扩展起始力 不稳定裂纹扩展终止力本讲稿第四十九页，共六十四页 位移的表征 屈服位移 最大力时的位移 不稳定裂纹扩展起始位移 不稳定裂纹扩展终止位移 总位移本讲稿第五十页，共六十四页三.力位移曲线 1.力 测 量 系 统（6.2条）a 力传感器 b 放大器 c 记录装置 2.位 移 测 量 系 统（6.3条）a 力时间法 b 位移传感器本讲稿第五十一页，共六十四页 1 a屈服特性点

25、 2 b最大力点 3 c裂纹扩展起点 4 d裂纹扩展终点 5 e 零力值点四四.曲线特性点（图曲线特性点（图2 2）本讲稿第五十二页，共六十四页力位移曲线中的特性点（力位移曲线中的特性点（74）本讲稿第五十三页，共六十四页五.曲线类型根据材料韧脆特性规定了6种类型曲线：1 脆 性 类 型（A型和B型）2 过 渡 类 型（C、D、E型）3 韧 性 类 型（F型）本讲稿第五十四页，共六十四页 五.与ISO14577比较 1.术语方面 不稳定 裂纹扩展起始力 不稳定 裂纹扩展终止力 不稳定 裂纹扩展起始位移 不稳定 裂纹扩展起始位移 不稳定 裂纹扩展起始能量 不稳定 裂纹扩展起始能量 2.增加了WI

26、与WP符号及定义 本讲稿第五十五页，共六十四页 六.几点说明 1.与GB/T229的相关性 a）试样 b）试验主机 c）试验步骤 2.与常规冲击试验结果的比较 偏差应在5J之内。3.韧性断面率的计算和测定 力无急剧下降：韧性断面率为100。本讲稿第五十六页，共六十四页 法）金属夏比冲击试验方法相关国内外标准一 GB/T2291994 金属夏比缺口冲击试验方法二 GB/T 3808-2002 摆锤式冲击试验机的检验三 GB/T 18658-2002 摆锤式冲击试验机检验用夏 比V型缺口标准试样四 GB/T4160-2004 钢 应变时效敏感性试验方 法（夏比冲击法）本讲稿第五十七页，共六十四页8

27、.3 试样的移送当试验不在室温进行时，试样从加热或冷却装置中移出至打断的时间应不大于5秒。移送装置的设计和使用应能使试样温度保持在允许的温度范围内。移送装置与试样接触部分应与试样一起加热或冷却。注1：对于试样从加热或冷却装置中移出至打断时间在35s的试验，应考虑采用过冷或过热试样的方法补偿温度损失，过冷或过热度见附录A（资料性附录）。对于高温试验应充分考虑过热对材料性能的影响。58本讲稿第五十八页，共六十四页8.4 试验机能力范围试样吸收能量K不应超过实际初始位能Ap的80，如果试样吸收能超过此值，在试验报告中应报告为近似值并注明超过试验机能力的80。注：理想的冲击试验应在恒定的冲击速度下进行

28、。在摆锤式冲击试验中，冲击速度随断裂进程降低，对于冲击吸收能量接近摆锤打击能力的试样，击断期间摆锤速度已下降至不再能准确获得冲击能量。本讲稿第五十九页，共六十四页本讲稿第六十页，共六十四页本讲稿第六十一页，共六十四页D.2 D.2 纤维断面率可用如下任一种方法测定：纤维断面率可用如下任一种方法测定：通常使用以下方法测定纤维断面率：a)测量断口晶状断裂部分（即“闪亮”部分）的长度和宽度，如图D.1所示，按表D.1计算纤维断面率；b)使用图D.2所示的断口形貌卡与试样断口进行比较；c)将断口放大，并与预先制好的对比图进行比较，用求积仪测量的纤维断面率（100%）减去晶状断面率计算；d)断口拍成放大

29、照片，用求积仪测量纤维断面率（100%）减去晶状断面率计算；e)用图像分析技术测量纤维断面率。本讲稿第六十二页，共六十四页本讲稿第六十三页，共六十四页E.2 E.2 转变温度转变温度转变温度Tt冲击吸收能量-温度曲线陡峭上升的部分。这部分一般出现在较宽的温度范围，因此应用中转变温度要明确定义为一个温度。可用如下几种判据规定转变温度：a)冲击吸收能量达到某一特定值（例如KV8=27J）的温度；b)冲击吸收能量达到上平台某一百分数（例如50%）的温度；c)纤维断面率达到某一百分数（例如50%）的温度；d)侧膨胀值达到某一个量（例如0.9mm）的温度；用以确定转变温度的方法应在产品标准规定，或通过协议规定。本讲稿第六十四页，共六十四页