金属材料冲击试验

1、材料实验中心实验报告课程名称：材料性能研究技术成绩：实验名称：弯曲冲击实验及韧脆转变温度测定批阅人：实验时间：2实验地点：实验室-报告完成时间：2姓名：学号：班级：材同组实验者:指导教师：一、实验目的1. 了解冲击韧性的含义及其表达方式。2. 掌握金届冲击试验机的操作方法。3. 分析温度对材料韧脆转变的影响，理解金届的低温脆性。二、实验原理1、冲击试验原理冲击载荷是指载荷在与承载构件接触的瞬间内速度发生急剧变化的情况，即有一定的加载速率的载荷。冲击韧性是指金届材料在冲击载荷作用下吸收塑性变 形功和断裂功能力，常用标准试样的冲击吸收功 Ak来表示。冲击吸收功Ak值越 大，表明材料的抗冲击性能越好

2、。本试验通过缺口试样的冲击弯曲试验来测量材 料的冲击吸收功。缺口试样的冲击弯曲试验的原理 如图1所示，试验是在摆锤式冲击试验机上 进行的。将试样水平放在试验机支座上，缺口位丁冲击相背方向上。然后将具有 一定质量m的摆锤举至一定高度Ho,使其获得一定位能mgH。释放摆锤冲击试 样，摆锤的剩余能量为 mgH1，侧摆锤冲击试样失去的位能 mgH0-mgH1,即为试样变性和断裂所消耗的功，就是冲击吸收功Ak图1摆锤式冲击试验机图2V形缺口试样在冲击试验机上实际操作过程中，冲击前先将指针调零，冲击完成后指针自动转向表盘上冲击吸收功 Ak所指的刻度处，单位为 J,实验者只需按要求按放 好试样，调零和读数即

3、可，不需要测量 Ho和的大小。2、冲击试验试样冲击吸收功Ak值与试样的尺寸、缺口形状和支撑方式有关。为了便丁比较， 国标给定了两种缺口的冲击弯曲标准试样，它们是U形缺口和V形缺口，本实验使用的是 GB/T229-1994规定10X 10标准夏氏 V型缺口试样，其尺寸为： 10mmx10mmx55mm,2mm深V形缺口 12mm （如图2）这里指出，用 V型缺口试 样测定的冲击吸收功用Akv表示，用U型缺口试样测定的冲击吸收功用 Aku表示。3、低温脆性对丁体心立方晶体金届及合金或某些密排六方晶体金届及合金，特别是中低强度结构钢（F-P钢），在试验温度低丁某一温度tk时，会由韧性状态转变为脆 性

4、状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型变为穿晶解理型，断口形貌由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。转变温度tk为韧脆转变温度。低温脆性是材料的屈服强度随温度的降低急剧增加的结果。如图3所示，随着温度的降低，材料的屈服点升高， 但其解理断裂强度吼却变化很小，丁 是两条线相交丁一点，交点对应的温 度即为tk。高丁 tk时，电电,材料 受载后先屈服再断裂；低丁 tk时，外力先达到Oc，材料变现为脆性断裂。图3知和oc随温度变化三、实验设备及材料1、实验设备：冲击试验机、保温瓶、热电偶测温计。2、实验材料：20Cr（ 10mmx:10mmx:55mm,2mm®V形缺口）、液氮、无水乙

5、醇。四、实验内容1、试样预处理首先，取6个保温瓶，分别加入少量的无水乙醇（可没过试样即可）。然后 取18个V形缺口试样，分别放入6个保温瓶内（每组3个）完全浸没在无水乙 醇中。再在每一个保温瓶中，分别插入数字显示式热电偶。一切准备就绪后，开 始向每一个保温瓶中倾倒液氮，通过控制加入液氮量的多少，把6组试样的温度 分别控制在室温、0C、-25 C、-35 C、-45 C和-65C左右，最后保温15分钟, 使每一个保温瓶内的温度稳定下来。2、冲击试验保温结束后，开始对每一组试样进行缺口冲击试验。 在取试样前先记录试样 所在保温瓶的温度，把冲击试验机调好是其处丁待命状态。 然后迅速用火具取出 试样，

6、迅速准确地把试样置丁试验机在载物台上， 保证摆锤轴向与缺口中心线一 致。最后，马上启动试验机使摆锤落下，冲击试样，记录表盘上所指示的冲击吸 收功用Akv。3、观察断口所有试样冲击完成后，把6组试样收集在一起，观察其断裂形貌，分析其韧 脆转变的倾向。五、试验结果及分析1、实验结果对6组试样全部进行完冲击试验后，整理试样温度和冲击吸收功等数据，得 到如表1所示的试验数据。表1试验数据试样组号温度/ c冲击吸收功/J1#式样21#式样31#式样第1组16145129142.5第2组-1109139125第3组-24767168第4组-328568.544第5组-46312221第6组-6941172

7、、结果分析根据表1中的数据，做出冲击吸收功Akv随试验温度的变化曲线，如图4所 示：图4冲击吸收功与温度的关系曲线分析图4,可以活晰地得出缺口试样在做冲击试验时，其冲击吸收功Akv随温度的降低下降明显，关系十分明确。冲击吸收功 Akv减小，可以定性的反映出 材料的脆性有所增大，因此，可以得出随着温度的降低，材料脆性变大的结论。 从而验证了材料的低温脆性。3. 断裂形貌分析通过对六组试样的断裂形貌做宏观的观察对比， 第一组试样(室温下)的断 裂有明显的塑性变形，且没有完全断开；第六组试样(-69 C)完全断开，且断 口平齐，表现为脆断；试样从按温度从高到低，其断裂塑性变形越来越不明显， 断裂形貌越来越倾向丁脆性断裂，这也从另一反面验证了材料会出现低温脆性的 规律。4、误差分析本实验的误差主要来自丁三个方面：(1) 由丁操