金属材料夏比摆锤冲击试验方法
夏比摆锤冲击试验方法是一种常用的金属材料力学性能测试方法，广泛应用于材料科学与工程领域。本文将详细介绍夏比摆锤冲击试验方法的原理、设备和试验步骤。
一、夏比摆锤冲击试验方法的原理
夏比摆锤冲击试验方法是通过用摆锤撞击试样，测定试样在冲击载荷作用下的断裂特性和韧性。其原理基于能量守恒定律，即摆锤的势能转化为试样的变形能和破坏能。
二、夏比摆锤冲击试验方法的设备
夏比摆锤冲击试验所需的主要设备包括夏比摆锤冲击试验机、试样夹具和测量系统。夏比摆锤冲击试验机由摆锤、支撑杆和基座组成，能够提供一定的冲击能量和冲击速度。
三、夏比摆锤冲击试验方法的步骤
1. 样品制备：根据试验要求，制备符合规格要求的金属样品。
2. 样品夹持：将试样夹在试样夹具上，确保试样夹持牢固且不会滑动。
3. 调整试验参数：根据试验要求，设置合适的摆锤质量、摆锤高度和摆锤释放角度等试验参数。
4. 试验操作：将摆锤提升到一定高度，然后释放摆锤使其撞击试样。试验过程中要保持稳定和准确的操作。
5. 记录测试数据：使用测量系统记录试样断裂的能量吸收能力和断裂模式等数据。
6. 数据分析：根据测试数据进行数据分析，得出试样的冲击韧性和断裂特性等结果。
夏比摆锤冲击试验方法的优点在于简单易行、试验过程可控制，能够提供关于金属材料在冲击载荷下的力学性能信息。它可以用来评估材料的韧性、耐冲击性和断裂特性等，为材料的选择和设计提供重要依据。
然而，夏比摆锤冲击试验方法也存在一些限制和注意事项。首先，试样的准备和夹持对试验结果有着重要影响，因此需要严格控制试样的制备和夹持过程。其次，试验结果受到试验参数的影响，因此需要根据具体要求选择合适的试验参数。此外，夏比摆锤冲击试验方法仅能提供样品在冲击载荷下的力学性能信息，不能完全代表材料的整体性能。
夏比摆锤冲击试验方法是一种简便有效的金属材料力学性能测试方法。通过准确控制试验参数和精确记录测试数据，可以得到金属材料在冲击载荷下的韧性、断裂特性等重要信息，为材料的选择和设计提供依据。
金属材料夏比摆锤冲击试验研究 摘要：通过测量金属材料的冲击吸收能量并分析测量结果得到相关质量数据， 夏比冲击就是这样一种为确定金属材料受到负荷的能力而开发的一项实验，他可 以将这一能力量化为数据，并以此来作为选择相对应的适用材料的指标，或是作 为研发新材料的依据。当材料被确定冶金质量、热加工质量和韧脆转变温度后， 冲击的能量K会显仪器设备上。本文通过分析其标准制定、试验设备要求和范围 来研究这一传统的力学性能试验方法。 关键词：夏比冲击、金属材料 引言 夏比冲击是当今被应用最为广的试验方法，大多用于评定材料能够受到荷载 冲击的能力或是说上限，它是一种动态试验，主要特点在于实行起来简单方便快捷。当下的第二产业极度高速发展使得制造者和研发人员对于金属的要求也逐步 提高，而以往曾有许多事故的发生是由于诸如金属疲劳这一些有关于金属本身特 性受限而发生的，也是人们对此未曾注意到的点。但是由于不同的金属材料差异 过大，很难有一个统一的测量标准、测量方法，如拉伸试验无法测量出材料对缺 口的敏感程度和韧脆性。在这种情况下，夏比摆锤冲击试验作为可以测量出金属 材料的受冲击极限，是十分重大的发现，必须被仔细的反复试验研究，争取尽量 完整的掌握这一试验的优缺点以及不确定因素。 1 夏比摆锤冲击试验 首先，夏比摆锤冲击试验可以评定的范围有：材料的韧性以及脆性、材料的 冶炼质量、加工质量和材料对冲击载荷的敏感性。材料韧性也分为多种，如冲击 韧性、断裂韧性等等，差韧性材料较容易因突然发生的脆性断裂而影响整体机器，用作测试冲击韧性的多种实验中，夏比摆锤试验是最为传统的一种。本文中的金 属材料夏比摆锤冲击试验研究主要用的试验机器是名为数控式摆锤冲击试验机的 检测机器，其精密度是被绝对保障的。其原理是利用指针式金属摆锤冲击试验机，在恒定室温下打击机器背对放置的两个支座间的U或V型缺口，后冲击能量即为 摆锤前后的势能差[1]。 2 冲击试样准备、过程 根据GB/T229-2007《金属材料夏比摆锤冲击实验方法》，实验为在冲击试验 机两支架间防止背对支架的试验金属材料，后放下规定高度的摆锤，最后读取显 示的数值。据标准。实验环境要求在18-22℃之间，所选用的小摆锤量程在1- 150J之间，试样要求。长度在54.40mm-55.60mm之间，宽度在9.89mm- 10.11mm之间，高度在9.925mm-10.075mm之间，偏差必须在以上的数值之内。 测试前要检测监测设备的钳口和摆锤固定情况，并测试摆锤空打的空载能耗，保 证误差最小。此外，试验样品必须放置在试验机砧座和锤刃缺口正中间对称位置，紧贴放置，偏离中点的误差应小于0.5mm。否则实验结果将作无效处理。对于高 温类实验，例如温度不超过200的高温试验，试样材料应该受限提前在-2至2℃ 的液池中浸泡10分钟以上，而高于200摄氏度的试验要在-5到5摄氏度的液池 中浸泡20分钟以上。浸泡后到开始试验间隔不得超过2秒。 试验用标准设备必须遵循国家或者国际的标准，每过一定周期校准、进行检 查安装；摆锤的刀刃半径由于对低能量冲击试验有一定影响，因此分为2mm和 8mm两种摆锤进行不同的试验，具体参考相关的产品标准。 试验设备为数控式摆锤冲击试验机，量程为0-150J，分辨力是1J，冲击试样
金属材料夏比摆锤冲击试验不确定度的评定 ： An analysis of the sources of uncertainty of the impact energy of the high strength low alloy structural steel has been studied by measuring the impact energy of the high strength low alloy structural steel. Then assess the uncertainty by using the experimental results and other related information. 0 引言 测量是通过实验合理地赋予某量一个或多个量值的过程。测量的过程中，因为测量人员、测量方法、测量程序、测量所使用的仪器设备、测量的环境条件等的不同会产生测量误差，所得的被测量值具有分散性。测量不确定度是表征赋予被测量之值分散性的非负参数，是通过对测量过程的分析和评定得出的一个区间。是与测量结果相联系的参数，用于表示测量结果的可信性。通过测量不确定度可以了解到被测量的值在什么范围内，是定量说明测量结果的质量的一个参数，不确定度越小，表示测量结果的可信度越高。不确定度的评定在我国的应用越来越来广泛，在我国国家标准GB/T 27025-2008中明确规定了校准试验室或进行自校准的检测实验室，对所有的校准和各种校准类型都应具有并应用测量不确定度的程序。测量不确定度是评价检验机构检验能力和检验水平的科学性的指标。
1993年由国际标准化组织（ISO）计量技术顾问组第三工作组（ISO/TAG4/WG3）起草并发布了《测量不确定度表示指南》（Guide to the expression of uncertainty in measurement 以下简称GUM），GUM采用当时国际通行的观点和方法，使涉及测量的技术领域和部门，可以用统一的准则对测量结果及其质量进行评定、表示和比较。JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》标准中所规定的评定与表示测量不确定度的通用方法适用于各种准确度等级的测量领域，为测量结果的比较提供了国际上公认一致的依据。 1 试验方法概述 按GB/T229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》标准规定的要求，测量厚度为20mm的牌号为Q345B的低合金高强度结构钢钢板的冲击吸收能量。分析测量冲击吸收能量的不确定度的来源，评定测量结果的不确定度。 ①测量依据：GB/T 229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》。②试验环境要求：GB/T 1591-2008标准规定试验温度为：20±2℃。③测量仪器：经市级计量所检定合格的JB-300B 半自动冲击试验机，其准确度满足国家相应的检定规程的规定，选用小摆锤（量程为0～150J）。④试样制备：试样的制备符合国家标准GB/T229-2007，试样为标准尺寸冲击试样，长度为 55±0.60mm。宽度为10±0.11mm。高度为10±0.075mm。加工好的试样尺寸偏差应符合标准要求并经检查合格后才能进行试验。
材料冲击实验 Prepared on 22 November 2020
5、描述材料和结构冲击的实验技术,包括测试手段和试验方法，并分别简单介绍其用途、优缺点。 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K A 和冲击韧性值K ?的一种实验方法。冲击试验是材料性能不可缺少的检验项目。冲击功能够直观反应材料的冲击韧性。 1 材料冲击实验原理 冲击实验通常在摆锤式冲击试验机上进行，其原理如图1a 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1b ）。然后将具有一定重量的摆锤举至一定的高度1H ，使其获得一定位能1mgH 。释放摆锤冲断试样，摆锤的剩余能量为2mgH ，则摆锤冲断试样失去的势能为21m g -H mgH 。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： K A 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K A 除以试样缺口底部的横截面积N S (cm 2)，即可得到试样的冲击韧性值K ?（J/cm 2）： 对于Charpy U 型缺口和V 型缺口试样的冲击吸收功分别用KU A 和KV A 表示，它们的冲击韧性值分别用KU ?和KU ?表示。 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K ?值产生很大的影响，因此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 实验设备 冲击试验对试验机砧座和支座的要求
一、实验目的 1、观察分析低碳钢材料在常温冲击下的破坏情况和断口形貌。 2、测定低碳钢材料的冲 击韧度?k值。 3、了解冲击试验方法。 二、实验设备 液晶全自动金属摆锤冲击试验机，游标卡尺。 三、实验材料 本实验采用gb/t 229?1994标准规定的10mm?10mm?55mm u形缺口或v形缺口试件。 四、实验步骤及注意事项 1、测量试件缺口处尺寸，测三次，取平均值，计算出横截面面积。 2、检查回零误差和能量损失：正式试验开始前在支座上不放试件的情况下“空打”一次： （1）取摆：按“取摆”键，摆锤逆时针转动；（2）退销：按“退销”键，保险销退销； （3）冲击：按“冲击”键，挂/脱摆机构动作，摆锤靠自重绕轴开始进行冲击；（4） 放摆：按“放摆”键，保险销自动退销，当摆锤转至接近垂直位置时便自动停摆；（5）清 零：按“清零”键，使摆锤角度值复位为零。注意：必须在摆锤处于垂直静止状态时方可执 行此动作。 第一次“空打”后显示屏上显示的空打冲击吸收功n1即为回零误差，此值经校正后应不 大于此摆锤标称能量值的0.1%。 3、正式试验：按“取摆”键，摆锤逆时针转动上扬，触动限位开关后由挂摆机构挂住， 保险销弹出，此时可在支座上放置试件（注意试件缺口对中并位于受拉边）。然后顺序执行以 上“取摆”、“退销”、“冲击”、“放摆”动作。显示屏上将显示该试件的冲击吸收功和相应的 冲击韧度。 4、摆锤抬起后，严禁在摆锤摆动范围内站立、行走和放置障碍物。 1 n6n1，此值应不大于此摆锤标称能量值的10 五、实验数据记录及结果处理 篇二：冲击实验报告 冲击实验报告 一．实验目的 1. 掌握常温下金属冲击试验方法； 2. 了解冲击试验机结构、工作原理及正确使用方法。 二．实验设备 jbw-300冲击试验机及20#钢试样和 40cr试样。 三．实验原理： 冲击试验是根据许多机器零件在 工作时受到冲击载荷作用提出来的。冲 击载荷是动载荷，它在短时间内产生较 大的力，在这种情况下往往对材料的组 织缺陷反映更敏感。在冲击试验中，我们认为材料存在截面突变、即缺口，冲击动能在 零件内的分布是不均匀的，在缺口处单位体积内将吸取较多的能量，从而使该处的应力、应 变值增大。因此，ak或ak值都是代表材料缺口敏感度。冲击载荷与静拉伸的主要区别在于 加载速度不同。拉伸速度一般在10-4~10-2mm/s，而冲击速度为102~104mm/s，静载荷作用于 构件，一般不考虑惯性力的影响，而冲击载荷作用下惯性的作用不可忽视。 四﹑试样的制备
金属夏比缺口冲击试验不确定度评估报告 1概述 1.1参考文献 检测方法：GB/T 229-2007《金属夏比缺口冲击试验方法》 评定依据：JJF 1059-1999 《测量不确定度评定与表示》 1.2分析仪器 摆锤冲击试验机（深圳市新三思材料检测有限公司），校準證書給出的最大偏差為 0.34%；試樣尺寸由0~200mm的數顯卡尺測量，校準證書給出的最大偏差為 0.01mm。 1.3实验过程 試驗溫度為23℃，相對濕度為60%。 2建立数学模型 冲击吸收功由显示屏直接读出，冲击强度的数学模型为： y=x 式中: y ——被测试样冲击强度的检测结果，J x ——被测试样冲击吸收功的读出值，J； 3测量不确定度来源的分析 冲击试验测量不确定度评定来源因果图如下所示：
4 测量不确定度分量的评定 4.1 实验结果重复性所引入的不确定度分量u (a) 由于试样的不同材料材质的均匀性，每批甚至每个试样的加工、不同检测人员的操作甚至统一人员各次的操作、各个试验机的重复性等因素都在不同程度上存在着差异，因此，上述因素引起的试验重复性所引入的不确定度分量必须加以评定。这可对多个试样的操作重复测试所得到的多组观测列，通过统计得到标准差来进行评定（即采用A 类评定方法）。 A 的平均值：496.01 == ∑n A n A 标准偏差：0.0182J 1 )(2=--= ∑n A A s i 测试结果平均值的不确定度为： 00407.0472.4/0.0182)1(=== k s u 4. 2 试验机误差所引入的不确定度分量u(2) 实验室用于检测工作的冲击试验机，即工作试验机必须按照GB/T 3808-2002标准进行检定。在通过各个项目检验后，还必须使用标准试样进行间接检验，并达到标准的各项要求。 试验机（深圳市新三思材料检测有限公司），校準證書給出的最大偏差為0.34% u(2)=3/0034.0=0.00196 4.3标准试样的不确定度分量u(3) 根据GB/T 18658-2002标准，标准试样的允许误差s 当A ＜40J 时，s ≤±2J
ISO 148-1-2010 金属材料夏比摆锤冲击试验第1部分：试验方法 1 范围 本标准规定了测定金属材料在夏比冲击试验中吸收能量的方法（V型和U型缺口试样）。 本标准不包括仪器化冲击试验方法，这部分内容在ISO 14556中规定。 2术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。 2.1 能量 2.1.1初始势能（势能） K p 冲击试验中，摆锤势能释放前的势能与冲击试验时其势能的差值，为试验机直接测定的值。 2.1.2 吸收能量 K 对摩擦校正后，摆锤冲击试验仪破坏试样所需要的能量。 注：用字母V和U表示缺口几何形状，即KV或KU。用下标数字2或8表示摆锤刀刃半径，例如KV2。 2.2试样 根据试样在试验机支座上的试验位置，使用下列的术语（见图1）： 2.2.1高度 h 开缺口面与其相对面之间的距离。 2.2.2宽度 w 与缺口轴线平行且垂直于高度方向的尺寸。 2.2.3 长度 l 与缺口方向垂直的最大尺寸。 3 符号和缩略语 本标准使用的符号见表1和表2及图2。 表1 符号、名称及单位
4 原理 将规定几何形状的缺口试样置于试验机两支座之间，缺口背向打击面放置，使用第5、6和7章的条件，用摆锤一次打断试样，测定试样的吸收能量。 由于大多数材料冲击值随温度变化，因此试验应在规定温度下进行。当不在室温下试验时，试样必须在规定条件下加热或冷却，以保持规定的温度。 5试样 5.1 一般要求 标准尺寸冲击试样长度为55 mm，横截面为10 mm×10 mm方形截面。在试样长度中间有V型或U型缺口，分别见5.2.1和5.2.2规定。 如试料不够制备标准尺寸试样，可使用宽度7.5 mm、5 mm或2.5 mm的小尺寸试样（见图2和表2）。 注：对于低能量的冲击试验，因为摆锤要吸收额外能量，因此垫片的使用非常重要。对于高能量的冲击试验并不十分重要。应在支座上放置适当厚度的垫片，以使试样打击中心的高度为5 mm（相当于宽度10 mm标准试样打击中心的高度）。 试样表而粗糙度Ra应优于5 μm，端部除外。 对于需热处理的试验材料，应在最后精加工前进行热处理，除非已知两者顺序改变不导致性能的差别。 5.2缺口几何形状 对缺口的制备应仔细，以保证缺口根部处没有影响吸收能的加工痕迹。 缺口对称面应垂直于试样纵向轴线（见图2）。 5.2.1 V型缺口 V型缺口应有45o夹角，其深度为2 mm，底部曲率半径为0.25 mm [见图2a）和表2]。 5.2.2 U型缺口 U型缺口深度应为2 mm或5 mm（除非另有规定），底部曲率半径为1 mm [见图2b）和表2]。 5.3试样尺寸及偏差 规定的试样及缺口尺寸与偏差在图2和表2中示出。 5.4试样的制备 试样制备过程应使由于过热或冷加工硬化等过程而改变材料冲击性能的影响减至最小。 5.5试样的标记 试样标记不应标在与支座、砧座或摆锤刀刃接触的面上，并避免塑性变形和表面不连续性对冲击吸收能量的影响（见7.7）。 6试验设备 6.1 一般要求 所有测量仪器均应溯源至国家或国际标准。这些仪器应在合适的周期内进行校准。 6.2安装及检验 试验机应按ISO 148-2进行安装及检验。 6.3摆锤刀刃 摆锤刀刃半径应为2 mm和8 mm两种。建议用符号的下标数字表示，如KV2或KV8。 摆锤刀刃半径的选择应参考相关产品标准。 注：对于低能量的冲击试验，一些材料用2 mm和8 mm摆锤刀刃试验测定的结果有明显不同，2 mm摆锤刀刃的结果可能高于8 mm摆锤刀刃的结果。 7试验程序 7.1 一般要求
冲击试验 一、实验目的 1．了解金属材料常温一次冲击的试验方法。 2．测定处于简支梁受载条件下的碳钢和铸铁试样在一次冲击载荷下的冲击韧性αku。 3．观察比较上述两种材料抵抗冲击载荷的能力及破坏断口的特征。 二、实验设备和仪器 1．冲击试验机 2．游标卡尺 三、试样的制备 冲击试样的类型和尺寸不同，得出的试验结果不能直接换算和相互比较，GB/T229-1994对各种类型和尺寸的冲击试样都作了明确的规定。本次试验采用金属材料夏比（U型缺口）试样，其尺寸及公差要求如图1-39所示。 （a）标准试样（b）深U型和钥匙孔型试样 图1-39 夏比U型缺口冲击试样图1-40缺口处应力集中现象
在试样上制作切口的目的是为了使试样承受冲击载荷时在切口附近造成应力集中，使塑性变形局限在切口附近不大的体积范围内，并保证试样一次冲断且使断裂发生在切口处。分析表明，在缺口根部发生应力集中。图1-40所示为试样受冲击弯曲时缺口所在截面上的应力分布图，图中缺口根部的N 点拉应力很大，在缺口根部附近M 点处，材料处于三向拉应力状态，某些金属在静力拉伸下表现出良好的塑性，但处于三向应力作用下却有增加其脆性的倾向，所以塑性材料的缺口试样在冲击载荷作用下，一般都呈现脆性破坏方式（断裂）。 试验表明，缺口的形状，试样的绝对尺寸和材料的性质等因素都会影响断口附近参与塑性变形的体积。因此，冲击试验必须在规定的标准下进行，同时缺口的加工也十分重要，应严格控制其形状、尺寸精度及表面粗糙度，试样缺口底部光滑，没有与缺口轴线平行的明显划痕。 四、实验原理 由于冲击过程是一个相当复杂的瞬态过程，精确测定和计算冲击过程中的冲击力和试样变形是困难的。为了避免研究冲击的复杂过程，研究冲击问题一般采用能量法。能量法只需考虑冲击过程的起始和终止两个状态的动能、位能（包括变形能），况且冲击摆锤与冲击试样两者的质量相差悬殊，冲断试样后所带走的动能可忽略不计，同时亦可忽略冲击过程中的热能变化和机械振动所耗损的能量，因此，可依据能量守恒原理，认为冲断试样所吸收的冲击功，即为冲击摆锤试验前后所处位置的位能之差。还由于冲击时试样材料变脆，材料的屈服极限σs 和强度极限σb 随冲击速度变化，因此工程上不用σs 和σb ，而用韧度αk 衡量材料的抗冲能力。 图1-41 冲击试验原理图 试验时，把试样放在图1-41的B 处，将摆锤举至高度为H 的A 处自由落下，摆锤冲断试样后又升至高度为h 的C 处，其损失的位能)(2h H G A ku -=通常称为冲击吸收功，
金属材料夏比摆锤冲击试验方法 夏比摆锤冲击试验方法是一种常用的金属材料力学性能测试方法，广泛应用于材料科学与工程领域。本文将详细介绍夏比摆锤冲击试验方法的原理、设备和试验步骤。 一、夏比摆锤冲击试验方法的原理 夏比摆锤冲击试验方法是通过用摆锤撞击试样，测定试样在冲击载荷作用下的断裂特性和韧性。其原理基于能量守恒定律，即摆锤的势能转化为试样的变形能和破坏能。 二、夏比摆锤冲击试验方法的设备 夏比摆锤冲击试验所需的主要设备包括夏比摆锤冲击试验机、试样夹具和测量系统。夏比摆锤冲击试验机由摆锤、支撑杆和基座组成，能够提供一定的冲击能量和冲击速度。 三、夏比摆锤冲击试验方法的步骤 1. 样品制备：根据试验要求，制备符合规格要求的金属样品。 2. 样品夹持：将试样夹在试样夹具上，确保试样夹持牢固且不会滑动。 3. 调整试验参数：根据试验要求，设置合适的摆锤质量、摆锤高度和摆锤释放角度等试验参数。 4. 试验操作：将摆锤提升到一定高度，然后释放摆锤使其撞击试样。试验过程中要保持稳定和准确的操作。
5. 记录测试数据：使用测量系统记录试样断裂的能量吸收能力和断裂模式等数据。 6. 数据分析：根据测试数据进行数据分析，得出试样的冲击韧性和断裂特性等结果。 夏比摆锤冲击试验方法的优点在于简单易行、试验过程可控制，能够提供关于金属材料在冲击载荷下的力学性能信息。它可以用来评估材料的韧性、耐冲击性和断裂特性等，为材料的选择和设计提供重要依据。 然而，夏比摆锤冲击试验方法也存在一些限制和注意事项。首先，试样的准备和夹持对试验结果有着重要影响，因此需要严格控制试样的制备和夹持过程。其次，试验结果受到试验参数的影响，因此需要根据具体要求选择合适的试验参数。此外，夏比摆锤冲击试验方法仅能提供样品在冲击载荷下的力学性能信息，不能完全代表材料的整体性能。 夏比摆锤冲击试验方法是一种简便有效的金属材料力学性能测试方法。通过准确控制试验参数和精确记录测试数据，可以得到金属材料在冲击载荷下的韧性、断裂特性等重要信息，为材料的选择和设计提供依据。
金属力学及工艺性能试验方法国家标准 一.金属力学试验通用标准 1.GB/T1172-99 黑色金属硬度及强度换算值 2.GB/T2975－98 钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备 3.GB/T10623－08 金属力学性能试验术语 二.金属拉伸、压缩、弯曲、扭转试验 1. GB/T228-09 金属室温拉伸试验方法第1部分：试验方法 2. GB／T4338-06 金属材料高温拉伸试验 3. GB／Tl3239-05 金属低温拉伸试验方法 4. GB/T22315－08 金属弹性模量和泊松比试验方法 5. GB/T8358－06 钢丝绳破断拉伸试验方法 6. GB/T7314－05 金属材料室温压缩试验方法 7. GB/Tl0128-07 金属室温扭转试验方法 8. GB/T17600.1-98 钢的伸长率换算第1部分：碳钢和低合金钢 9. GB/T17600.2-98 钢的伸长率换算第2部分：奥氏体钢 三.金属硬度试验方法标准 1. GB／T231.1-09 金属布氏硬度试验第1部分：试验方法 2. GB/T 230.1－09 金属洛氏硬度试验第1部分：试验方法 3. GB／T4340.1-09 金属维氏硬度试验第1部分：试验方法 4. GB／T18449.1-09 金属努氏硬度试验方法 5. GB/T4341-0l 金属肖氏硬度试验方法 6. GB／T17394-98 金属里氏硬度试验方法 7. GB/T21838.1-08 金属材料硬度和材料参数的仪器化压痕试验第1部分：试验方法 四.韧性试验标准 1. GB／T229-07 金属材料夏比摆锤冲击试验方法 2. GB/T19748－05 钢材夏比V型缺口摆锤冲击试验仪器化试验方法 3. GB/T5482-07 金属材料动态撕裂试验方法 4. GB/T6803-08 铁素体钢无塑性转变温度落锤试验方法 5. GB/T8363-07 铁素体钢落锤撕裂试验方法 6. GB/T4160-04 钢的应变时效敏感性试验方法（夏比冲击法） 五.金属延性试验标准 1. GB／T232—99 金属材料弯曲试验方法
金属材料的性能 金属材料的性能分为使用性能和工艺性能。 ●使用性能是指金属材料为保证机械零件或工具正常工作应具备的性能，即在使用过程中所表现出的特性。金属材料的使用性能包括力学性能、物理性能和化学性能等； ●工艺性能是指金属材料在制造机械零件和工具的过程中，适应各种冷加工和热加工的性能。工艺性能也是金属材料采用某种加工方法制成成品的难易程度，它包括铸造性能、锻 一、金属材料的力学性能 ●金属材料的力学性能是指金属材料在力作用下所显示的与弹性和非弹性反应相关或涉及应力──应变关系的性能，如强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等。 ●物体受外力作用后导致物体内部之间相互作用的力，称为内力。 ●单位面积上的内力，称为应力σ(N/mm2)。 ●应变є是指由外力所引起的物体原始尺寸或形状的相对变化(%) 金属材料的力学性能主要有：强度、刚度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。 ●金属材料在力的作用下，抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。 ●塑性是指金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。金属材料的强度和塑性指标 1 ●拉伸试验是指用静拉伸力对试样进行轴向拉伸，测量拉伸力和相应的伸长，并测其力 （1）拉伸试样。拉伸试样通常采用圆柱形拉伸试样，分为短试样和长试样两种。 长试样L0=10d0；短试样L0=5d0。 a）拉断前 b）拉断后 图1-5 圆形拉伸试样 （2）试验方法。 2．力伸长曲线 ●在进行拉伸试验时，拉伸力F和试样伸长量△L之间的关系曲线，称为力伸长曲线。 试样从开始拉伸到断裂要经过弹性变形阶段、屈服阶段、变形强化阶段、缩颈与断裂四个阶段。
图1-7 退火低碳钢力伸长曲线 3． 金属材料的强度指标主要有:屈服点σs、规定残余伸长应力σ0.2、抗拉强度σb等。 （1）屈服点和规定残余延伸应力。 ●屈服点是指试样在拉伸试验过程中力不增加(保持恒定)仍然能继续伸长(变形)时的应力。屈服点用符号σs表示。单位为N/mm2或MPa ●规定残余延伸应力是指试样卸除拉伸力后，其标距部分的残余伸长与原始标距的百分 比达到规定值时的应力，用应力符号σ并加角标“r和规定残余伸长率”表示，如σr0.2表示规定残余伸长率为0.2% （2）抗拉强度。 ●抗拉强度是指试样拉断前承受的最大标称拉应力。用符号σb表示，单位为N/mm2或MPa。 4．塑性指标 （1）断后伸长率。 ●试样拉断后的标距伸长量与原始标距的百分比称为断后伸长率，用符号δ表示。 使用长试样测定的断后伸长率用符号δ10表示，通常写成δ；使用短试样测定的断后伸长率用符号δ5表示。 （2）断面收缩率。 ●断面收缩率是指试样拉断后缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。 ●硬度是衡量金属材料软硬程度的一种性能指标，也是指金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。 硬度测定方法有压入法、划痕法、回弹高度法等。在压入法中根据载荷、压头和表示方法的不同，常用的硬度测试方法有布氏硬度(HBW)、洛氏硬度(HRA、HRB、HRC等)和维氏硬度(HV)。 1 布氏硬度的试验原理是用一定直径的硬质合金球，以相应的试验力压入试样表面，经规定的保持时间后，卸除试验力，测量试样表面的压痕直径d，然后根据压痕直径d计算其硬度
金属材料夏比缺口冲击试验测定结果不 确定度评定 前言：测量不确定度用于描述测量结果的可疑程度。不确定越小，测量结果 越高。JJF1059—1999《测量不确定度评定与表示》是测量中评定与表示不确定 度的一种通用规则，适用于各种准确度等级的测量领域。为使冲击功检测结果更 可靠准确，本人对金属夏比冲击试验测量结果不确定度进行了以下评定。 1.实验条件被测量对象 1）测量方法GB/T 229—2007《金属夏比缺口冲击试验方法》 2）评定依据：JJF 1059—1999《测量不确定度评定与表示》 3）试验条件：室温28℃ 4）使用仪器:JB30B吴忠摆锤式冲击试验机，冲击刀刃R=2mm 5）测量过程：按照GB/T 229—2007进行试验，标准试样冲击 值为28.6J,80.9J,127.0J和224 J每个能量组别使用5个试样，测量试样冲击功。 2.数学模型和输入量A类不确定度评定 2.1 试样重复测量引起的分量评定 1）标准试样进行试验冲击值水平为28.6J ,80.9J,127 J和224 J每个能量 组别使用5个试样，各得到一个测量值见表1. 2）每个能量组别使用5个试样，各得到一个测量值，实验标准偏差采用A 类方法进行评定，按照JJF1059—1999推荐的极差法进行计算。查表n=5时， c=2.33，实验标准差按式（1）计算，结果见表1.
= (1) 式中，R为极差（测量结果中的最大值与最小值之差），C为极差系数。平均值按公式(2)计算，计算结果见表1 (2) 表1 测量结果和标准偏差 标准偏 差 3）试样测量重复性所引起的标准不确定度分量的评定
根据GB/T 229—2007，对每个能量水平都采用了3次测量的平均值来报测量结果，按均匀分布，根据JJF 1059—1999要求，其标准不确定度按公式（3）计算，计算结果见表（2）。 表2 试样测量重复性引起的标准不确定度分项 2.2 标准试样检定的平均值的标准不确定项的评定 按照JJF 1059—1999推荐的方法，5个标准冲击式样检定平均值不确定度按公式（4）计算计算结果见表3 表3—标准试样检定时平均值的标准不确定度分项 3.数学模型和输入量B类不确定度的评定
冲击试验 一、金属夏比冲击试验 金属材料在使用过程中除要求有足够的强度和塑性外，还要求有足够的韧性。所谓韧性，就是材料在弹性变形、塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。韧性好的材料在服役条件下不至于突然发生脆性断裂，从而使安全得到保证。 韧性可分为静力韧性、冲击韧性和断裂韧性，其中评价冲击韧性（即在冲击载荷下材料塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力）的实验方法，按其服役工 况有简直梁下的冲击弯曲试验（更比冲击试验）、悬臂梁下的冲击弯曲试验（艾尔冲击试验）以及冲击拉伸试验。夏比冲击试验是由法国工程师夏比（Charpy）建立起来的，虽然试验中测定的冲击吸收功Ak值缺乏明确的物理意义，不能作为表征金属制作实际抵抗冲击载荷能力的韧性判据，但因其试样加工简便、试验 时间短，试验数据对材料组织结构、冶金缺陷等敏感而成为评价金属材料冲击韧性应用最广泛的一种传统力学性能试验。 更比冲击试验的主要用途如下： （1）评价材料对大能量一次冲击载荷下破坏的缺口敏感性。零部件截面的急剧变化从广义上都可视作缺口，缺口造成应力应变集中，使材料的应力状态变硬，承受冲击能量的能力变差。由于不同材料对缺口的敏感程度不同，用拉伸试验中测定的强度和塑性指标往往不能评定材料对缺口是否敏感，因此，设计选材或研制新材料时，往往提出冲击韧性指标。 （2）检查和控制材料的冶金质量和热加工质量。通过测量冲击吸收功和对冲击试样进行断口分析，可揭示材料的夹渣、偏析、白点、裂纹以及非金属夹杂物超标等冶金缺陷；检查过热、过烧、回火脆性等锻造、焊接、热处理等热加工缺陷。 （3）评定材料在高、低温条件下的韧脆转变特性。 用系列冲击试验可测定材料的韧脆转变温度，供选材时参考，使材料不在冷脆状态下工作，保证安全。而高温冲击试验是用来评定材料在某些温度范围如蓝脆、重结晶等条件下的韧性特性。 按试验温度可分为高温、低温和常温冲击试验，按试样的缺口类型可分为V型和U型两种冲击试验。现行国家标准GB/T229-1994《金属夏比缺口冲击试验 方法》将以上所涉及的试验方法统一合并在意个标准内，更加便于执行。
夏比冲击试验报告 夏比冲击试验报告 一、实验目的 1. 掌握冲击试验机的结构及工作原理 2. 掌握测定试样冲击性能的方法 二p实验内容 测定低碳钢和铸铁两种材料的冲击韧度，观察破坏情况，并进行比较。 三p实验设备 3. 冲击试验机 4. 游标卡尺 图1-1冲击试验机结构图 四p试样的制备 若冲击试样的类型和尺寸不同，则得出的实验结果不能直接比较和换算。本次试验采用U型缺口冲击试样。其尺寸及偏差应根据GB/T229-1994规定，见图1-2。加工缺口试样时，应严格控制其形状p尺寸精度以及表面粗糙度。试样缺口底部应光滑p无与缺口轴线平行的明显划痕。 图1-2 冲击试样 五p实验原理 冲击试验利用的是能量守恒原理，即冲击试样消耗的能量是摆锤试验前后的势能差。试验时，把试样放在图1－2的B处，将摆锤举至高度为H的A处自由落下， 冲断试样即可。 摆锤在A处所具有的势能为： E=GH=GL(1-cosα) (1-1) 冲断试样后，摆锤在C处所具有的势能为：
E1=Gh=GL(1-cosβ)。(1-2) 势能之差E-E1,即为冲断试样所消耗的冲击功AK: AK=E-E1=GL(cosβ-cosα) (1-3) 式中，G为摆锤重力（N）；L为摆长（摆轴到摆锤重心的距离）（mm）；α为冲断试样前摆锤扬起的最大角度；β为冲断试样后摆锤扬起的最大角度。 图1-3冲击试验原理图 六p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1－4所示。 图1-4冲击试验示意图 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。 七p实验结果处理 1.计算冲击韧性值αKU. AKU αKU =S02 (J/cm) (1-4) 式中,AKU为U型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αKU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p缺口形状p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。 八p思考题
第一章金属材料的力学性能 【教学组织】 1．提问5分钟 2．讲解75分钟 3．小结5分钟 4．布置作业5分钟 【教学重点与难点】 1．重点：金属材料的强度与塑性、硬度 2．难点：韧性、疲劳现象和疲劳强度 【教学方法与教学手段】 1．利用试样、挂图等教具。 2．利用多媒体资料进行短时演示。 【教学内容】 金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。 ●使用性能是指金属材料为保证机械零件或工具正常工作应具备的性能，即在使用过程中所表现出的特性。 使用性能包括力学性能（或机械性能）、物理性能和化学性能等。 ●工艺性能是指金属材料在制造机械零件或工具的过程中，适应各种冷、热加工的性能，也就是金属材料采用某种成形加工方法制成成品的难易程度。 工艺性能包括铸造性能、锻压性能、焊接性能、热处理性能及切
削加工性能等。 第一节金属材料的强度与塑性 一、力学性能的概念 ●金属材料的力学性能是指金属材料在力作用下所显示的与弹性和非弹性反应相关或涉及应力—应变关系的性能，又称机械性能，主要包括强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等。 注：根据载荷性质，零件受力情况可分为静载荷和动载荷两类。静载荷是指逐渐而缓慢地作用在工件上的力，如机床床头箱对床身的压力、钢索的拉力、梁的弯矩、轴的扭矩和剪切力等。动载荷包括冲击载荷和交变载荷等，如空气锤锤杆所受的冲击力；齿轮、曲轴、弹簧等零件所受的大小与方向是随时间周期变化的载荷等。 ●物体受外力作用后导致物体内部之间相互作用的力称为内力。 ●单位面积上的内力称为应力σ(N/mm2或Mpa）。 ●材料在外力作用下引起形状和尺寸改变，称为变形，包括弹性变形（卸载后可恢复原来形状和尺寸）和塑性变形（卸载后不能完全恢复原来形状和尺寸）。 ●应变є是指由外力所引起的物体原始尺寸或形状的相对变化(%)。 二、拉伸试验过程分析 ●拉伸试验是指用静（缓慢）拉伸力对试样进行轴向拉伸，通过测量拉伸力和伸长量，测定试样强度、塑性等力学性能的试验。 圆柱形拉伸试样分为短圆柱形试样和长圆柱形试样两种。 长圆柱形拉伸试样L0=10d0；短圆柱形拉伸试样L0=5d0。
力学性能检测样品制样作业指导书 ⏹使用目的： 规范金属原材及焊接件力学性能试样的制样方法及尺寸。 ⏹试样依据： 《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》GB/T2975-1998 《金属材料拉伸试验第1部分：室温拉伸试验方法》GB/T228.1-2010 《金属材料弯曲试验方法》GB/T232-2010 《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》GB/T229-2007 《厚度方向性能钢板》GB/T5313-2010 《承压设备产品焊接试件的力学性能检验》NB/T47016-2011 《钢筋焊接接头试验方法标准》JGJ/T27-2001 一、拉伸试样取样方法：GB/T 228.1-2010 1、厚度＜3mm的薄板和薄带试样加工类型 1）试样形状： 试样的夹持头部一般比其平行长度部分宽（见图1）。试样头部与平行长度之间应有过渡半径至少为20mm的过渡弧相连接。头部宽度应≥1.2b0，b0为原始宽度。 通过协议，也可使用不带头试样。 2）试样尺寸： 比例试样尺寸见表1。 较广泛使用的三种非比例试样尺寸见表2。 平行长度不应小于L0+b0/2。 有争议时，平行长度应为L0+2b0，除非材料尺寸不足够。 对宽度等于或小于20mm的不带头试样，除非产品标准中另有规定，原始标距L0应等于50mm。对于这类试样，两夹头间的自由长度应等于L0+3b0。 加工尺寸应满足表3给出的形状公差。 3）试样制备： 制备试样应不影响其力学性能，应通过机加工方法去除由于剪切或冲切而产生的加工硬化部分材料。 这些试样优先从板材或带材上制备。如果可能，应保留原轧制面。
图1 机加工的矩形横截面试样表1 矩形横截面比例试样 表2 矩形横截面非比例试样
夏比Ｖ型冲击试验的尺寸效应及工程应用 夏比V型冲击试验广泛应用于钢制品的质量检验并形成了规范，用以评价材料（或构件）的冶金质量，特别是规定温度下材料的抗断裂能力。试验通常采用尺寸为10mm×10mm×55mm的标准试样，将试验结果与技术要求值进行比较后，可以判断材料是否合格。当工件受尺寸限制，不能制备标准试样时，可采用非标准小尺寸试样，且各标准或规范给出了采用小尺寸试样时要求值按有效截面积折算的方法。然而，工程实践中这样的折算方法时常被“泛化”，被误认为小尺寸试样与标准试样之间始终存在着比例关系。为此，笔者以Q245R钢板为研究对象，对不同尺寸的试样在不同温度下进行了夏比V型冲击试验，研究了夏比V型冲击试验的尺寸效应问题，同时对小尺寸试样在工程应用中主流标准处置方法以及方法之间差异等问题进行了探讨，以期为相关人员提供参考。 1 试样制备与试验方法 1.1 试样制备 试验材料为正火态Q245R钢板，钢板厚度为25mm，其化学成分（质量分数/%）为0.19C,0.28Si,0.64Mn,0.01P, 0.004S,0.05Al,0.001Nb,0.014Ti,0.002V；该钢板的显微组织为铁素体+珠光体，晶粒度为7.5级。
沿钢板横向取样，试样轴线位于钢板1/2处，V型缺口垂直于钢板表面，试样表面采用磨床磨光，缺口采用专用成形铣刀加工，缺口底部高度为（8±0.025)mm，在投影仪下50倍放大检查，加工质量需符合GB/T 229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》的要求。试样共制备5组，第1组为10mm×10mm×55mm标准试样（以下简称为标准试样）72个；第2～4组分别为7.5 mm×10mm×55mm,5 mm×10 mm ×55 mm,2.5mm×10mm×55mm非标准小尺寸试样（以下分别简称为7.5,5,2.5mm小尺寸试样）各72个；第5组为取自钢板不同部位的厚度为5,2.5mm小尺寸试样各18个。 1.2 试验方法 将上述第1～4组试样每组分成8份，每份9个试样，按GB/T 19748-2005《钢材夏比V型缺口摆锤冲击试验仪器化试验方法》分别在-80,-60,-40,-30,-20,0,20,40℃共8个温度下采用RKP450型冲击试验机对每份试样进行冲击试验。第5组两种试样各分为2份，一份在砧座上加装垫片，另一份砧座上不加装垫片，在室温下采用RKP450型冲击试验机进行冲击试验，这样一方面评估试验材料冲击韧度的均匀性，另一方面评估试样尺寸改变后，摆锤打击中心的微小变化对于试验结果的影响。