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金属材料夏比摆锤冲击试验方法差异

发布时间:2021-04-12      点击次数:431
GB/T 229-2020为测定金属材料在夏比冲击试验中吸收能量的方法。适用于室温、高温或低温条件下夏比摆锤冲击试验,但不包括仪器化冲击试验方法,这部分内容参见 GB/T19748。对室温试验,GB/T 229-2020的环境温度要求为23±5℃
ASTM E23-18标准规定了采用夏比试验(简支梁)和艾氏试验(悬臂梁)进行的金属材料缺口试样冲击试验的方法。本试验方法不适用于温度在-196 ℃(77K)以下的冲击试验。对室温试验ASTM E23-18为20±5℃
GB/T 229-2020的试验结果参数为冲击吸收能量,用K表示,后面用字母VUW来表示试样的缺口类型,最后用数字右下角标表示试验所用的摆锤刀刃半径(mm),一般为2或8。
ASTM E23-18基本不适用符号来表示参数,仅使用参数名称。

试验原理

本标准规定的试验采用摆锤单次冲击的方式使试样破断,试验条件由第6章、第7章和第8章出。试样的缺口有规定的几何形状并位于两支座的中心、打击中心的对面。测定参数包括吸收能量、侧膨胀值和剪切断面率等。由于很多材料的冲击结果会随温度变化而变化,试验应在给定温度条件下进行,当给定温度不是室温时,试样应在可控温度下进行加热或冷却。

意义和用途

5.1本试验方法反映了施加一次性载荷时由缺口、高速施加的载荷以及高温或低温情况下而产生的多轴向应力时金属的特性。在与服役条件相关的情况下己经发现,对于某些材料和某些温度,缺口冲击试样的试验结果预测脆性断裂更为准确。有关该试验的更多意义参见附录Xl
Xl.l缺口特性
XI.I.I研究表明,近几十年,夏比V型缺口冲击试验(CVN)广泛应用在钢材产品的力学性能试验中并形成了规范。与断裂机理相关的参数可用的情况下,就有可能对在实验温度和载荷使用率条件下的疲劳裂纹试样规定用来确保材料的弹性塑性或塑性特征的CVN 韧性值。
XI.1.2大量非铁素体材料和奥氏体钢,面心立方金属和合金的缺口特性,可以通过普通的抗拉性能来判断。如果拉伸时是脆性的,当有缺口存在时也呈脆性,如果拉伸时是塑性的,那么有缺口的时候也是塑性的,除非是非常尖锐或深的缺口(较标准夏比V型缺口或艾氏试样严重的多)。即使在低温下,这些材料的特性也不会改变。相比之下,铁素体钢在有缺口的情况下,其特性不能通过拉伸试验所显示的特性进行预测。为了研宄这些材料,夏比试验和艾氏试验就显得非常有用。一些材料在拉伸试验时显现出正常的韧性,但是在进行试验或在存在缺口的情况下可能会发生脆性断裂。缺口的状态包括抑制那些与主应力力向相垂直的变形或多向应力以及应力集中。己经证明,夏比试验和艾氏试验对于测定钢的缺口脆性的敏感性是非常有用的,虽然这些方法不能直接用于评价其服役能力。 
XI.2缺口效应
XI.2.1缺口导致了多向应力和在缺口底部的应力集中的复合,抑制垂直主应力方向的变形。较为尖锐的缺口状态实际上并不希望,突然的脆性断裂和完全的脆性断裂其有研究价值。某些金属在非常低的温度下仍然以塑性的方式变形,但其他的金属则可能出现裂纹。这种特性上的不同可以通过考虑材料的结合强度(或其相互结合的性能)及其与屈服点的关系来解释。在脆性断裂的情况下,在发生较大的塑性变形以前,应力就超过了结合强度,因此其断口呈现结晶状。在发生塑性断裂或剪切断裂的情况下,最终断裂时会有大量的变形产生,因而断口呈现纤维状而不是结晶状。介于二者之间的情况,断裂发生在中等变形之后,断口呈现部分的纤维状和部分结晶状。
XI.2.2当缺口试样承受载荷时,通过缺口底部的垂直应力造成了初始断裂。保持其不发生解理断裂或相互结合在一起的特性就是“结合强度"。当垂直应力超过结合强度时,试样就产生断裂。当试样没有发生变形就发生断裂,就称为脆性断裂

尺寸影响

XI.3.1增加试样的宽度或厚度都会使试样受变形的金属的体积增加,当试样断裂的时候会因为这一因素的影响使吸收能量变大。然而,任何尺寸的增加,特别是厚度的增加,也将引起约束度的增加,而这将增加脆性断裂的倾向,而这可能导致吸收能量的降低。标准v型缺口的试样处在脆性断裂的边缘时更是如此,双倍厚度试样断裂实际需要的吸收能量可能比一个标准厚度的试样的吸收能量要小。

 
XI.3.2在受材料尺寸限制而不能制备标准试样时,例如当材料是6.35 mm厚度的钢板时,采用的就是小尺寸试样这样的试样(图A3.1 )按图1中的V型缺口试样制备。
XI.3.3不同尺寸或形状的试样获得吸收能量数值一般不可换算,但经过对给定材料和特定试样专门研究后,为满足技术条件使用,可以建立有限的关联性。另一方面,在各种有关工艺变化相对影响的研究中,使用一些人为选择的具有特定缺口的试样时,在多数情况下都应在其适当的订货合同中注明。
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