材料的冲击实验.pdf

实验七材料的冲击实验一、实验目的 1) 掌握常温与低温下材料冲击性能的实验方法。 2) 测定金属和高分子材料的冲击吸收功(冲击韧性) ,观察分析两类材料的冲击断口形貌,并用能量法或断口形貌法确定金属材料的冷脆转变温度 t K 。 3) 熟悉冲击试验机的结构、工作原理及正确使用方法。二、实验原理材料冲击实验是一种动态力学实验,它是将具有一定形状和尺寸的 U 型或 V 型缺口的试样,在冲击载荷作用下折断,以测定其冲击吸收功 A K 和冲击韧性值α K 的一种实验方法。 1 )冲击实验原理冲击实验通常在摆锤式冲击试验机上进行,其原理如图 2-7-1 所示。实验时将试样放在试验机支座上,缺口位于冲击相背方向,并使缺口位于支座中间(图 2-7-1b ) 。然后将具有一定重量的摆锤举至一定的高度 H 1 ,使其获得一定位能 mg H 1。释放摆锤冲断试样,摆锤的剩余能量为 mg H 2,则摆锤冲断试样失去的势能为 mg H 1 -mg H 2 。如忽略空气阻力等各种能量损失, 则冲断试样所消耗的能量(即试样的冲击吸收功)为: A K = mg ( H 1 -- H 2 ) A K 的具体数值可直接从冲击试验机的表盘上读出,其单位力 J 。将冲击吸收功 A K 除以试样缺口底部的横截面积 S N (cm 2 ) ,即可得到试样的冲击韧性值α K ( J/cm 2): α K = A K / S N 对于 Charpy U 型缺口和 V 型缺口试样的冲击吸收功分别用 A KU 和 A KV 表示,它们的冲击韧性值分别用α KU 和α KV 表示。α K作为材料的冲击抗力指标,不仅与材料的性质有关,试样的形状、尺寸、缺口形式等都会对α K值产生很大的影响,因此α K 只是材料抗冲击断裂的一个参考性指标。只能在规定条件下进行相对比较,而不能代换到具体零件上进行定量计算。 2 )低温系列冲击实验低温系列冲击实验是对体心立方的中、低强度结构钢的标准夏比冲击试样, 从高温( 通常为室温)到低温的一系列温度下进行冲击实验,以测定材料的冲击吸收功随温度变化的规律(图 2-7-2 ),从而揭示材料的低温脆性倾向,确定材料的冷脆转变温度 t K。在温度较高时,冲击功较高,存在一上平台,称为高阶能,在这一区间表现为暗灰色、纤维状的韧性断裂。在低温范围,冲击功很低,表现结晶状的脆性断裂,冲击功的下平台称为低阶能;在高阶能和低阶能之间,存在一很陡的过渡区,该区的冲击功变化较大,冲击功由高阶能转变为低阶能,断口形式也由纤维状断口经过不同比例的纤维状/ 结晶状混合断口过渡为结晶状断口。此温度范围即为冷脆转变温度区间。( a )冲击试验机的结构图( b )冲击试样与支座的安放图图 2-7-1 冲击实验的原理图根据以上曲线,可分别采用能量法或断口形貌法来确定材料的冷脆转变温度 t K : a )能量法以冲击吸收功降低到某一个具体数值时的温度定为 t K 。对夏比 U 型缺口试样,取冲击能量为 AKUmax 所对应的温度为 t K,或取所 ( AKUmax + AKUmin ) 对应的温度为 t K 。 AKUmax 是指室温下 100% 韧性断口所对应的冲击吸收功, AKUmin 是指刚刚出现 100% 结晶状断口时所对应的冲击吸收功。图 2-7-2 冲击吸收功或