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GB/T229-2020与ASTME23差异及摆锤冲击试验应注意的问题

发布时间:2021-07-01      点击次数:453

适用范围:

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℃
 参数名称和符号:

 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。

术语和定义

 a)直接检定方法。该方法实际上是静态检定方法,即通过对试验机关键部件的检定,以确保其满足本规程要求。所用的检定仪器应证明可溯源到我国法定计量单位的国家基准。又称部件检定方法

b)间接检定方法。该方法实际上是动态检定方法,即使用标准试样检定试验机。又称示值检定方法。

3.1.2直接检定(directverification)n---是这样一种过程,该过程能确保那些可能影响到吸收能量测量值的所有零件均在规定的尺寸公差之内。
3.1.3间接检定(indirectverification)n---是这样一种过程,该过程能确保因对一组检定试样进行测试而所得的平均吸收能量对应了合格吸收能量,并在规定的公差之内(见A2.4.1

 

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精准。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,就有可能对在低实验温度和高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。
 XI.2.4脆性断裂还是延性断裂,取决于在剪切应力超过抗剪强度之前垂直应力是否超过了结合强度。从这可以得出几个非常重要的关于缺口特性的事实。如果缺口比较尖锐,剪切应力会随着垂直于缺口底部的应力的增加而增加,试样将更易于发生脆性断裂(见表XI.I)。 同样,当随着变形速度的增加,剪切强度也增加,发生脆性断裂的可能性也增加。另外一方面,提高温度,保持缺口不变,变形速度也不变,剪切强度就会降低而塑性增加,从而形成剪切断裂。

 试样

6.1.1 标准尺寸冲击试样长度为55mm,横截面为10mm×10mm 方形截面。在试样长度的中间位置有 V 型或 U 型缺口,见6.2.1和6.2.2。
6.1.2 如试料不够制备标准尺寸试样,如无特殊规定,可使用厚度7.5mm、5mm 或2.5mm 的小尺寸试样(见图2和表2),通过协议也可使用其他厚度的试样。
注1:只有采用形状和尺寸均相同的试样才可以对结果进行直接比较。
注2:对于低能量的冲击试验,用垫片使小尺寸试样位于摆锤中心位置以避免额外的能量吸收非常重要。对于高能量的冲击试验采用垫片的重要性会有所降低。垫片可以置于支座上方或者下方,使试样厚度的中心位置位于10mm 支座以上5mm 的位置(即标准试样的打击中心位置)。
6.1.3 对于需要进行热处理的试验材料,应在最终热处理后的试料上进行精加工和开缺口,除非可以证明在热处理前加工试样不会影响试验结果。

 形状和取向

8.1.1试样应从使用的产品标准规定的材料上选取。
8.1.2选取试样的类型很大程度上决定于所要进行测试材料的特性。某一类型试样可能并不完个适合于软有色金属材料和淬火钢材料。因此有多种类的试样。通常,对于韧性较好的材料或在较低的冲击速度下试验,需要较尖锐和较深的缺口。
8.1.3图1和图2所示的是应用最广泛且效果理想的试样。特别适用于除了铸钢之外的钢铁材料。@夏比样本标号为v型缺口和U型缺口。
8.1.4通常发现适用于粉末冶金材料的样本见图3和图4所示。粉末冶金冲击试验样本应遵循规程B925程序进行生产。这些材料的冲击试验结果受到样本取向的影响。因此,除非另有规定,样本在机器中的位置应使得摆锤将能打击到平行于压制方向的某一表面。对于粉末冶金材料,冲击试验结果报告为无缺口吸收能量。
 
机加工试样
6.1.3 对于需要进行热处理的试验材料,应在最终热处理后的试料上进行精加工和开缺口,除非可以证明在热处理前加工试样不会影响试验结果。

  6.4 试样的制备

试样样坯的切取应按相关产品标准或 GB/T2975的规定执行,试样制备过程应使任何可能令材料发生改变(例如加热或冷作硬化)的影响减至最小。
6.5 试样的标记
试样标记可以标在不与支座、砧座及摆锤锤刃接触的试样表面上。由试样标记导致的塑性变形和表面不连续性不应对吸收能量产生影响(见8.8)。

 8.2.1当对热处理材料进行评估的时候,试样应在最后的热处理工序之后对表面及缺口进行机械加工,除非可以证明在热处理之前加工和热处理之后加工的试样的冲击性能是相同的。

8.2.2试样的缺口应光滑,一般不需要对其进行抛光。

2:缺口尺寸的变化将影响到试验结果

8.2.3标识标记应只位于样本的以下位置.10mm正方形端部的任一端;当样本放置在砧(见注4)上时,朝上的样本面;或者背对缺口的样本面。样本任一面应没有标记在缺口中心线 10mm之内。长期性标记器,激光雕刻版,划线器,静电铅笔和其它合适的标记方法可用于识别用途。然而,某些标记方法如果不正确使用,可导致损伤样本。例如,静电铅笔产生过量热或压印时导致样本发生变形,这可以改变样本的机械性能。因此,必须总是小心避免损伤样本。压印和其它标记工艺如果可导致样本发生变形,在缺口加工之前,应只能在样本端部使。

8.2.4试样应满足图1或本试验方法内任何其它使用图形内所示的尺寸和公差。

 

试验标准

GB/T229-2020

ASTME23-18

标准冲击试样缺口类型

V型

 

名义尺寸

机加工公差

试样长度

55mm

±0.60mm

+0/-2.5mm

试样宽度

10mm

±0.075mm

±0.075mm

试样厚度

10mm

±0.11mm

±0.075mm

缺口角度

45°

±2°

±1°

缺口根部半径

0.25mm

±0.025mm

±0.025mm

韧带宽度

8mm

±0.075mm

±0.025mm

标准冲击试样缺口类型

U

 

名义尺寸

机加工公差

试样长度

55mm

±0.60mm

+0/-2.5mm

试样宽度

10mm

±0.11mm

±0.075mm

试样厚度

10mm

±0.11mm

±0.075mm

缺口根部半径

1mm

±0.07mm

±0.025mm

韧带宽度

8mm

±0.09mm

 

5mm

±0.09mm

±0.075mm

 

试验标准

GB/T229-2020

ASTME23-18

 

V型和U型

 

名义尺寸

机加工公差

缺口对称面-端部距离

27.5mm

±0.42mm

±1mm

缺口对称面-试样纵轴角度

90°

±2°

±2°

试样相邻纵向面间夹角

90°

±1°

±0.17°

表面粗糙度

 

5μm

4μm

4μm

缺口表面的粗糙度

/

/

2μm

2μm

缺口类型

 

 

无缺口试样

/

名义尺寸

公差

名义尺寸

公差

试样要求

     要求与V型缺口试样相同(缺口除外)

L-全长

55.0±1.0mm

W-宽度

10.00±0.13mm

T-厚度

10.00±0.13mm

相邻边

90°±10°

试验标准

GB/T229-2020

ASTME23-18

GB/T229-2020

ASTME23-18

V型

U型

小试样冲击尺寸求

名义尺寸

机加工公差

试样宽度

1/2宽度(5.0mm

/

±0.050

/

无U型缺口小试样

1/3宽度(3.0mm

/

±0.030

/

试样厚度

1/4厚度(2.5mm

±0.05mm

±0.025mm

/

1/2厚度(5.0mm

±0.06mm

±0.050mm

±0.06mm

3/4厚度(7.5mm

±0.11mm

±0.075mm

±0.11mm

2倍厚度(20.0mm)

/

±0.075mm

/

韧带宽度

1/2韧带长(4.0mm

/

±0.025mm

/

1/3韧带长(2.4mm

/

±0.025mm

/

其他尺寸要求

/

其他尺寸要求与标准V型缺口试样相同

其他尺寸要求与标准V型缺口试样相同

其他尺寸要求与标准U型缺口试样相同

 

 表X1.1 标准试样不同缺口深度对吸收能量的影响

 

 

高吸收能量试样

中吸收能试样

低吸收能试样

标准尺寸试样

缺口深度,2.13mmA

缺口深度,2.04mmA

缺口深度,1.97mmA

缺口深度,1.88mmA

缺口底圆角半径0.13mmB

缺口底圆角半径0.38mmB

103.±5.2

97.9

101.8

104.1

107.9

98.0

108.5

60.3±3.0

56.0

57.2

61.4

62.4

56.5

64.3

16.9±1.4

15.5

16.8

17.2

17.4

14.6

21.4

 

A标准尺寸2.0±0.025mm(0.079±0.001 in)。

B标准尺寸0.25±0.025mm(0.010±0.001 in)

 

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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