3金属材料的冲击韧性实验
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，亦即冲击中试样所吸收的功为
Ak
WG(H0H1)
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/T229-1994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。
图2－29 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αK.
KAK ((J/cm2)) S0
式中：AK为缺口试样的冲击吸收功(J)；S0为试样缺口处断面面积(cm2)。
冲击韧性值αK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αKU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？