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原创 金属材料测试面面观-夏比冲击测试

_本文原始标题：金属材料测试面面观-夏比冲击测试
金属材料的冲击性能是指材料在冲击载荷作用下的力学行为 ， 其作用主要有以下几个方面：
(1)评定材料的冶金质量和热加工质量 。 通过测定冲击吸收功和对冲击试样的断口分析 ， 可揭示材料中是否含有夹渣、气泡、偏析、分层等冶金缺陷和过烧、过热、回火脆性等锻造、热处理缺陷 ， 因为这些缺陷会使冲击吸收功明显下降 。
(2)通过低温系列冲击试验可确定材料的低温脆变倾向和韧脆转变温度 。
下面以金属材料常用的夏比冲击试验（Charpyimpacttest）来详细说明该实验的相关步骤及要求：
一、试验原理
【原创 金属材料测试面面观-夏比冲击测试】原创 金属材料测试面面观-夏比冲击测试
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图1夏比冲击试验原理
试验是在摆锤式冲击试验机上进行的 。 将试样水平放在试验机支座上 ， 缺口位于冲击相背方向 。
然后将具有一定重量G摆锤举至一定高度H1 ， 使其获得一定位能GH1 。 释放摆锤一次冲断试样 ， 摆锤的剩余能量为GH2 ， 则摆锤冲断试样失去的位能为GH1-GH2 ， 此即为试样变形和断裂所消耗的功 ， 称为冲击吸收功(Ak) ， 单位为J 。
由于大多数材料冲击值随温度变化 ， 因此试验应在规定温度下进行 。 当不在室温下试验时 ， 试样必须在规定条件下加热或冷却 ， 以保持规定的温度 。
二、试样要求
标准尺寸冲击试样长度为55mm ， 横截面为10mm×10mm方形截面 。 在试样长度中间有V型或U型缺口 ， 如试料不够制备标准尺寸试样 ， 可使用宽度7.5mm、5mm或2.5mm的小尺寸试样 ， 试样表面粗糙度Ra应优于5mm ， 端部除外 。
夏比冲击试验试样有两种 ， V型缺口和U型缺口 。 V型缺口应有45?夹角 ， 其深度为2mm ， 底部曲率半径为0.25mm；U型缺口深度应为2mm或5mm(除非另有规定) ， 底部曲率半径为1mm 。
原创 金属材料测试面面观-夏比冲击测试
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图2夏比冲击试样
三、试验过程
1、检验试样的标识是否正确；
2、检查冲击摆锤、砧座是否磨损或损坏；
3、根据测试试样的产品标准确定摆锤刀刃半径；
4、对于低能量的小尺寸冲击试样（试样的宽度为7.5mm ， 5mm ， 2.5mm）应在砧座上放置适当厚度的垫片 ， 以确保试样打击中心的高度为5mm；
5、试样冷却与保温：
5.1试验前 ， 试样至少应保温5分钟 ， 应将夹持试样的机械装置（比如夹钳）放在液浴中至少5分钟 ， 并在两次试验的过程中将该装置放回到液浴中；
5.2试验时 ， 应在5秒钟内将试样移送到试验机进行试验；
6、试样定位：缺口背面朝向冲击刀刃 ， 且要居中 ， 紧贴钳口 ， 冲击结束后于显示器上读取吸收能量数据；
7、剪切断裂百分比的测量（选测）；
8、侧膨胀量的测量（选测）；
9、试验结束；
四.异常情况分析
1、如果试样没有断成两段：
1.1未断裂试样的冲击功小于试验机能力的80%的时候可以和断裂试样的冲击功值进行平均；
1.2如果冲击功超过了试验机能力的80% ， 并且试样在砧座上彻底断裂 ， 则直接报告冲击功数值 ， 而不与其他的数值进行平均；
2、如果试样没有在砧座上彻底断裂（比如 ， 摆锤卡住） ， 则应报告超过了试验机能力；
3、如果试样卡在试验机上 ， 则应废弃此次测量结果并对试验机进行彻底检查 ， 查看是否有损坏 ， 因为这将影响到试验机的校准；
4、由于断电设备故障影响测试结果时 ， 实验员应在24小时内通知客户 ， 若试验仍未失效 ， 测试记录应包括以下几点：中断日期及时间 ， 故障描述 ， 采取的纠正措施 。
五、影响冲击试验结果的因素
金属材料的冲击韧性和脆性转变温度 ， 对材料内部组织结构、宏观缺陷及试验条件很敏感 。 因此 ， 影响冲击试验结果的因素很多 。 现仅就试验条件的影响做些简要分析 。
1、试样的影响
用气焊烧割截取试样加工余量不足及机械加工中冷却液不足 ， 造成试样金相组织变化 ， 对Ak值有较大影响；在热处理过程中工艺控制不当 ， 造成悦碳、氧化、过热、过烧等 ， 都会严重影响材料的冲击性能 。
试样尺寸精度、缺口形状 ， 特别是V形缺口底部弧度半径甚小 。 稍有偏差对试验结果将产生较大的影响 。 缺口处的表面粗糙度对低碳钢及塑性好的材料的冲击功影响不明显 ， 但对高强度钢则影响较大 。
取样方向不同 ， Ak也下同 。 沿轧制方向取样 ， Ak值偏高；沿垂直于轧制方向取样 ， Ak值偏低 。
2、试验温度的影响
试验温度对某些脆性转变温度范围较窄的材料的Ak值影响较大 。 从室温到低温会出现Ak值降低 ， 并当温度下降到某一值时 。 Ak值会突然下跌很多 。 从室温到高温 ， 一般随温度升高而Ak值增加 。
3、试验机和操作的影响
一般地讲 ， 摆锤的功能和速度越大 ， 试样破断所吸收的能量越小 ， 脆性转变温度也越高：试样放置缺口不对中 ， Ak值偏高 ， 因此 ， 在测试工作中 ， 应经常注意检查 。
六、常用测试标准：
GB/T229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》
GB/T12778-2008《金属夏比冲击断口测定方法》
GB/T19748-2019《金属材料夏比V型缺口摆锤冲击试验仪器化试验方法》
ISO148-1:2016《金属材料夏比摆锤冲击试验--第1部分：试验方法》
HB5144-1996《金属室温冲击试验方法》
ASTME23-18《金属材料切口试棒冲击测试的试验方法》
程诚小编结语：夏比冲击试验就是是用以测定金属材料抗缺口敏感性(韧性)的试验 。 因其试样加工简便、试验时间短 ， 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性应用最广泛的一种传统力学性能试验 。


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