錘擊韌性試驗(yàn)夏比沖擊試驗(yàn)

Charpy impact test 是用以測定金屬材料抗缺口敏感性(韌性)的試驗(yàn)。制備有一定形狀和尺寸的金屬試樣，使其具有U形缺口或V形缺口，在夏比沖擊試驗(yàn)機(jī)上處于簡支梁狀態(tài)，以試驗(yàn)機(jī)舉起的擺錘作一次沖擊，使試樣沿缺口沖斷，用折斷時(shí)擺錘重新升起高度差計(jì)算試樣的吸收功，即為Aku和Akv。可在不同溫度下作沖擊試驗(yàn)。吸收功值(焦耳)大，表示材料韌性好，對(duì)結(jié)構(gòu)中的缺口或其他的應(yīng)力集中情況不敏感。對(duì)重要結(jié)構(gòu)的材料近年來趨向于采用更能反映缺口效應(yīng)的V形缺口試樣做沖擊試驗(yàn)。 2100433B

沖擊試驗(yàn)分成三種：1、規(guī)定脈沖試驗(yàn)方法，采用正弦波進(jìn)行試驗(yàn)；2、沖擊譜試驗(yàn)方法；3、規(guī)定試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)方法。

因試驗(yàn)溫度不同而分為常溫、低溫和高溫沖擊試驗(yàn)三種；若按試樣缺口形狀又可分為"V"形缺口和"U"形缺口沖擊試驗(yàn)兩種。

常溫沖擊試驗(yàn)，在常溫下進(jìn)行試驗(yàn)，一般在23±5℃的范圍內(nèi)。

低溫沖擊試驗(yàn)；在低溫介質(zhì)下保存一定時(shí)間，使溫度達(dá)到要求后快速取出完成沖擊試驗(yàn)。

1. 使用介質(zhì)可為冰水混合物（0攝氏度）

2. 其他溫度可用低溫槽，根據(jù)不同的溫度，可選用酒精或液氮進(jìn)行試樣的保溫。

錘擊韌性試驗(yàn)是一種動(dòng)態(tài)力學(xué)性能試驗(yàn)，主要用來測定沖斷一定形狀的試樣所消耗的功，又叫沖擊韌性試驗(yàn)。

根據(jù)試樣形狀和破斷方式，沖擊試驗(yàn)分為彎曲沖擊試驗(yàn)、扭轉(zhuǎn)沖擊試驗(yàn)和拉伸沖擊試驗(yàn)三種。橫梁式彎曲沖擊試驗(yàn)法操作簡單，應(yīng)用最廣。中國有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用橫梁式試驗(yàn)法，所用標(biāo)準(zhǔn)試樣以U形缺口試樣和V形缺口試樣為主。

沖擊試樣所消耗的功稱為沖擊功Ak。將Ak除以缺口處橫截面積F，則得沖擊韌度ak，單位為J/cm2。ak值沒有明確物理意義，因?yàn)闆_擊功并非沿著缺口處截面積均勻消耗。因此，ak值不能直接用于設(shè)計(jì)計(jì)算。同一種金屬材料，缺口越尖越深，則塑性變形體積愈小，吸收功也愈小，材料的韌性也就愈低。因此，對(duì)于不同尺寸和缺口的試樣，所得結(jié)果不能互相換算和比較。

彎曲沖擊試驗(yàn)是20世紀(jì)初夏比(G.Charpy)提出的，以后獲得廣泛使用。在工程上主要是用它評(píng)定冶金質(zhì)量和加工工藝質(zhì)量，以及測定韌性－脆性轉(zhuǎn)變溫度。如試樣上預(yù)制疲勞裂紋，用示波圖或其他方法求出載荷-時(shí)間曲線和載荷-位移曲線，還可測得動(dòng)態(tài)開裂發(fā)生的斷裂韌度KId和已擴(kuò)展裂紋停止擴(kuò)展的斷裂韌度KIA等(見金屬的強(qiáng)化)。

韌性－脆性轉(zhuǎn)變是金屬材料隨溫度降低由韌性狀態(tài)過渡到脆性狀態(tài)致使沖擊韌度急劇降低的現(xiàn)象。從韌性角度選材，最重要的是要知道韌性-脆性轉(zhuǎn)變溫度Tk(℃)。Tk通常是根據(jù)沖擊功(或沖擊韌度)、斷口形貌特征、變形特征與溫度的關(guān)系求得。其方法是：①選取一定沖擊功所對(duì)應(yīng)的溫度為Tk；②若用夏比V形缺口試樣，則對(duì)應(yīng)于沖擊功為15英尺-磅(20.34J)的Tk用V15TT表示；③或用斷口面積上出現(xiàn)50%結(jié)晶狀斷口時(shí)的溫度為Tk，以50?TT表示；④還有以沖擊功曲線開始上升的溫度來定義Tk，為零塑性轉(zhuǎn)變溫度，用NDT表示。顯然，Tk因選用標(biāo)準(zhǔn)不同而異，使用Tk時(shí)，一定要注意定義Tk的標(biāo)準(zhǔn)。

其他試驗(yàn)：傳統(tǒng)的彎曲沖擊試樣過小，不能反映實(shí)際構(gòu)件中的應(yīng)力狀態(tài)，所以不能滿足特殊要求。50年代起，先后提出了落錘試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)撕裂試驗(yàn)等方法，實(shí)際上都是使用大型夏比試樣的彎曲沖擊試驗(yàn)。落錘試驗(yàn)(DWT)主要用于測定金屬鋼板的NDT，試樣的厚度與實(shí)際使用的板厚相同，并且寬度加大。動(dòng)態(tài)撕裂試驗(yàn)(DT)用來測定動(dòng)態(tài)撕裂功和NDT。

根據(jù)落錘試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)撕裂試驗(yàn)求得的NDT，可以建立表征應(yīng)力、缺陷和工作溫度關(guān)系的斷裂分析圖(FAD)。

錘擊試驗(yàn) chuíjī shìyàn

[hammer test] 從逐漸增加的高度落下重錘,一直到重錘產(chǎn)生一種特定的撓度為止的沖擊試驗(yàn)

已有許多研究人員用各種不同的方法試驗(yàn)了鋼材的缺口韌性。下表列出了用于評(píng)定缺口韌性的典型方法，大體可分成四類：

1．小試件的沖擊試驗(yàn)；

2．小試件的靜載試驗(yàn)，

3．焊件動(dòng)載斷裂試驗(yàn)；

4．寬板拉伸試驗(yàn)。

有些研究所的試驗(yàn)重點(diǎn)在研究解理裂紋的起裂，而另外一些則放在阻止解理裂紋的擴(kuò)展。但幾乎所有的試驗(yàn)都包含這樣的內(nèi)容，即試樣開有缺口并在試驗(yàn)溫度降低時(shí)觀察其脆性行為。既然每一種試驗(yàn)側(cè)重于脆性斷裂過程的不同特征，則用不同的方法去評(píng)定材料阻止解理斷裂的能力就不足為奇了。這些試驗(yàn)幾乎總能確定一個(gè)轉(zhuǎn)變溫度，低于這個(gè)轉(zhuǎn)變溫度在試驗(yàn)條件下就會(huì)發(fā)生解理斷裂。

下面僅介紹一種試驗(yàn)原理——小試樣的擺錘沖擊試驗(yàn)

試驗(yàn)的原理是將試樣置于擺錘沖擊刃所經(jīng)路徑的最低點(diǎn)處。開始時(shí)將擺錘提到某一高度然后釋放，擺錘就橫擊試樣并使之?dāng)嗔?。此時(shí)擺錘繼續(xù)前進(jìn)，并升至試樣另一邊的某一高度（小于初始的高度），兩個(gè)高度之差乘以擺錘的質(zhì)量就相當(dāng)于試樣斷裂時(shí)所吸收的能量。斷口表面的現(xiàn)象（晶狀斷面百分率）和試樣的變形情況對(duì)評(píng)價(jià)斷口的脆性提供了補(bǔ)充線索。

一般是在不同溫度下對(duì)一系列試樣進(jìn)行這類試驗(yàn)，以考察溫度對(duì)其它變數(shù)的影響。

通常采用兩種試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。在艾索德（Izod）試驗(yàn)機(jī)中，試樣夾在虎鉗內(nèi)，成為懸臂粱伸入擺錘所經(jīng)路徑中。因試樣及虎鉗須同時(shí)保持所要求的試驗(yàn)溫度，故控制溫度比較困難。這種裝置不如卻貝（Charpy）試驗(yàn)機(jī)好，目前很少使用。

研究了鋼筋混凝土梁在各級(jí)損傷狀態(tài)下的錘擊試驗(yàn)結(jié)果，提取了跨中位移、跨中加速度和跨中附近加加速度響應(yīng)向上和向下的最大值，分析了三種信號(hào)最大值與加載等級(jí)之間的關(guān)系，通過比較發(fā)現(xiàn)，錘擊試驗(yàn)梁向下位移最大值、向上加速度最大值、加加速度向上和向下最大值隨加載等級(jí)增加，整體上表現(xiàn)出單調(diào)地上升或下降趨勢，因此可以用這三種信號(hào)的最大值來判斷結(jié)構(gòu)的損傷程度。向下位移最大值與加載等級(jí)之間的關(guān)系曲線接近直線，因而，在這幾種最大值中用向下位移最大值來判斷結(jié)構(gòu)的損傷程度效果最好。錘擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)的傅立葉變換和時(shí)頻分析表明，頻率與加載等級(jí)之問是曲線關(guān)系，而向下位移最大值與加載等級(jí)之間接近直線關(guān)系，因此用梁向下位移最大值判斷結(jié)構(gòu)的損傷程度與用頻率變化判斷結(jié)構(gòu)損傷程度的方法相比較更加方便。2100433B