衝擊韌度試驗和衝擊試驗原理

金屬材料在使用過程中除要求有足夠的強度和塑性外，還要求有足夠的韌性。所謂韌性，就是材料在彈性變形、塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力。韌性好的材料在服役條件下不至於(yu) 突然發生脆性斷裂，從(cong) 而使安全得到保證。

韌性指標可分為(wei) 靜力韌度、衝(chong) 擊韌度和斷裂韌度，其中評價(jia) 衝(chong) 擊韌度（即在衝(chong) 擊載荷下材料塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力）的實驗方法，按其服役工況有簡支梁下的衝(chong) 擊彎曲試驗（夏比衝(chong) 擊試驗）、懸臂梁下的衝(chong) 擊彎曲試驗（艾氏衝(chong) 擊試驗）以及衝(chong) 擊拉伸試驗。夏比衝(chong) 擊試驗是由法國工程師夏比（Charpy）建立起來的，雖然試驗中測定的衝(chong) 擊吸收功Ak值缺乏明確的物理意義(yi) ，不能作為(wei) 表征金屬材料實際抵抗衝(chong) 擊載荷能力的韌性判據，但因其試樣加工簡便、試驗周期短、試驗數據對材料組織結構、冶金缺陷等敏感而成為(wei) 評價(jia) 金屬材料衝(chong) 擊韌度應用廣泛的一種傳(chuan) 統力學性能試驗。

缺口衝(chong) 擊韌度實驗是綜合運用了缺口、低溫及高應變速率這三個(ge) 因素對材料脆化的影響，使材料由韌性狀態變為(wei) 脆性狀態，這樣可用來顯示和比較材料因成分和組織的改變所產(chan) 生的脆斷傾(qing) 向。在影響材料脆化的這三個(ge) 因素中，缺口所造成的脆化是主要的，如果不用缺口試樣而用光滑試樣，即使降至很低溫度，也難以使低中強度鋼產(chan) 生脆斷。同樣，在規定的實驗方法中，由衝(chong) 擊而造成的高應變速率也是有限的，它隻在試樣有缺口的前提下促進了材料的脆化。

夏比衝(chong) 擊試驗按試驗溫度可分為(wei) 高溫、低溫和常溫衝(chong) 擊試驗，按試樣的缺口類型可分為(wei) V型和U型兩(liang) 種衝(chong) 擊試驗。

現行標準GB/T229-1994《金屬夏比缺口衝(chong) 擊試驗方法》將以上所涉及的試驗方法統一合並在一個(ge) 標準內(nei) ，更加便於(yu) 執行。

衝(chong) 擊試驗原理

夏比衝(chong) 擊試驗是將具有規定形狀、尺寸和缺口類型的試樣，放在衝(chong) 擊試驗機的試樣支座上，使之處於(yu) 簡支梁狀態。

然後用規定高度的擺錘對試樣進行一次性打擊，如圖5.5-1所示，實質上就是通過能量轉換過程，測量試樣在這種衝(chong) 擊下折斷時所吸收的功。

圖5.5-1 夏比衝(chong) 擊試驗原理

試樣的衝(chong) 擊吸收功在試驗過程中用擺錘衝(chong) 擊前後的位能差測定，如不考慮空氣阻力及摩擦力等能量損失，則衝(chong) 斷試樣的吸收功為(wei)

AK=A1-A2  (5.5-1)

A1=FH1=FL(1-cosα)  (5.5-2)

A2=FH2=FL(1-cosβ)  (5.5-3)

AK=F X L(cosβ-cosα)  (5.5-4)

式中，A1為(wei) 擺錘起始位能，J；A2為(wei) 擺錘打擊試樣後的位能，J。F為(wei) 擺錘的重力，N；L為(wei) 擺長（擺軸至錘重心之間的距離），mm；α為(wei) 衝(chong) 擊前擺錘揚起的*大角度，rad；β為(wei) 衝(chong) 擊後擺錘揚起的*大角度，rad。