强文江 材料力学行为冲击试验

金属系列冲击试验报告一、试验目的1、通过测定低碳钢、工业纯铁和T8钢在不同温度下的冲击吸收功（AK），观察比较金属韧脆转变特性。2、预习GB229(金属夏比缺口冲击试验方法)文件，并结合夏比冲击试验归纳总结降低金属韧性的致脆因素。二、试验要求：按照相关国标标准（GB/T229-1994：金属材料室温拉伸试验方法）要求完成试验测量工作。三、试验原理冲击韧性是指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。冲击吸收功（AK）：摆锤的起始高度与它冲断试样后达到的最大高度之间的差值，即试样在冲击过程中所消耗的能量。本实验采用一系列的冲击实验，测定材料在不同温度下的冲击吸收功，据GB229规定确定其韧脆转变温度。四、试验准备内容1、试验材料与试样根据国标规定，试样需符合GB/T229-1994金属夏比缺口冲击试验方法试样制备的标准。1）试验材料：低碳钢Q235、工业纯铁和T8钢2）试样：按照国标标准GB/T229-1994，本次试验采用缺口深度为2mm的标准夏比缺口U型试样，其具体尺寸及公差如图1所示。图1按照国标要求：试样的制备应避免由于加工硬化或过热而影响金属的冲击性能试样缺口底部应光滑，对于仲裁试验，缺口底部表面粗糙度参数Ra应不大于1.6μm。试样标记的位置不应影响试样的支承和定位，并且应尽量远离缺口。2、试验测试内容与相关的测量工具、仪器、设备1、实验测试内容测量不同温度的低碳钢Q235、工业纯铁和T8钢的冲击吸收功，利用显微镜测量脆性区面积并计算面积比。2、实验工具、仪器、设备1）JB-300B型冲击试验机：主要性能指标如下:最大冲击能量：300J摆锤预扬角：150°摆轴中心至打击中心的距离：750mm冲击速度：5.2m/s试样支座跨距：40mm试样支座端圆弧半径：R1-1.5mm冲击刀圆弧半径：R2-2.5mm冲击圆弧半径：30°冲击刀厚度：16mm2）工具显微镜：主要用来测量计量方面的一类显微镜，与一般显微镜的不同主要在工作台的运行精度非常高，配有一些特殊的目镜，用于平面乃至三维数据的测量。3）热电偶温度计：据GB299规定，测温用的玻璃温度计最小分度值应不大于1℃，测温热电偶应符合Ⅱ级热电偶要求，测温仪器(数字指示装置或电位差计)的误差应不超过士0.1%，热电偶参考端温度应保持恒定，偏差应不超过士0.5℃。4）在高温或低温冲击试验中，可使用各种方法加热或冷却试样，试验用介质有：液氮、乙醇、热水。5）保温瓶6）夹具3、试验步骤或程序1）检查冲击试验机是否工作正常，试验前应检查摆锤空打时被动指针的回零差，回零差不应超过最小分度值的四分之一；2）确定三种试样的实验温度（-60℃、-40℃、-30℃、-20℃、0℃、室温、80℃），小组成员分工，每人领取一个试样，并确定自己试样的冲击温度；3）根据试样冲击温度对试样进行降温、升温或保持室温：※如果是需要高温条件，则在保温瓶中加入足够的热水，用夹具将试样放入保温瓶中浸没，连同夹具一起保温，保温时间不少于5min。※如果是需要低温条件，则在保温瓶中加入足够的液氮，用夹具将试样放入保温瓶中浸没，连同夹具一起保温，在降温时要看是否低于测试温度，若没有，则再加入液氮来降温（此时温度计要拿出，否则会损坏温度计）。当低于测试温度后，盖上保温瓶盖子，将温度计、夹具和试样在保温瓶中保温不少于3min。本实验中确保过冷度在0.5℃内（据国标规定，试样从液体介质中移出至打击的时间应在2秒之内，如果不能满足，在3～5秒内打断试样时，应采用过冷或过热试样的方法补偿温度损失），取出温度计，将试样连同保温瓶一起转移到试验机前。4）取出试样（在将试样从保温瓶中拿出前，读出温度计示数并记录下来，作为样品的冲击温度，之后再冲击试验机上冲击试样，得出冲击功并记录下来。（据国标规定，冲击吸收功至少应保留两位有效数字，由于试验机打击能量不足使试样未完全折断时,应在试验数据之前加大于符号“>”,其他情况则应注明“未折断”。）5）观察冲击后试样断口形貌并记录6）测量并计算脆性断面率：将试样放在工具显微镜下，用工具显微镜测量断面脆性区各长度，从而计算出脆性区面积，进而根据脆性区面积和原始截面积之比计算出脆性断面率并记录下来。4、试验数据1、不同温度试样冲击功及端口脆性断面率记录表1第一组试样系列冲击实验数据温度/℃80℃21℃0℃-20℃-30℃-40℃-60℃Q235AK/J234132122124101134断口脆性区面积/%027%29%58%75%100%100%纯FeAK/J>22813.5148断口脆性区面积/%0100%100%100%T8钢AK/J22884断口脆性区面积/%100%100%100%100%表2第二组试样系列冲击实验数据温度/℃70℃21℃0℃-20℃-30℃-40℃-60℃Q235AK/J234220132116188断口脆性区面积/%026%42%45%100%100%纯FeAK/J>24012126断口脆性区面积/%0100%100%100%T8钢AK/J20864断口脆性区面积/%100%100%100%100%2、自己负责试样断口形貌记录本人试样是在-40℃下冲击的纯铁试样，断口示意图如图2。图2断口示意图五、试验数据处理据GB229规定，韧脆转变温度可以由如下方法确定：1）冲击吸收功—温度曲线上下平台区间规定百分数（50%）所对应的温度，用ETT50表示；2）脆性断面率—温度曲线中规定脆性断面率（50%）所对应温度，用FATT50表示。1、低碳钢Q235由表1和表2中数据作图，对冲击吸收功曲线拟合结果如图3：图3冲击吸收功的拟合结果没有出现上下平台，因此无法确定ETT50。对脆性断面率曲线拟合结果如图4。图4选取曲线上两点（-10.5、49.5）（-11.9、51.3），根据这两点作直线可近似得到：FATT50=-11.4℃2、纯铁由表1和表2中数据作图，对冲击吸收功曲线拟合结果如图5：图5冲击吸收功的拟合结果没有出现上下平台，因此无法确定ETT50。对脆性断面率曲线拟合结果如图6。图6读取曲线上点，可近似得到：FATT50=-21.6℃3、T8由表1和表2中数据作图，对冲击吸收功曲线拟合结果如图7。图7冲击吸收功的拟合结果没有出现上下平台，因此无法确定ETT50。对脆性断面率曲线拟合结果如图8。图8T8钢在-60℃—80℃温度区间内脆性断面率始终为100％，即始终发生脆性断裂。五、试验结论1、低碳钢、纯铁和T8钢的韧脆转变温度和韧脆特型转变特性，如表3。材料ETT50/℃FATT50/℃冷脆性低碳钢/-11.4居中纯铁/-21.6最小T8钢未发生韧脆转变未发生韧脆转变最大T8钢的脆性断面率最大，冲击功最小，冷脆性最大；纯铁的脆性断面率最小，冲击功最大，冷脆性最小；低碳钢的的脆性断面、冲击功冷脆性介于两者之间。2、降低材料韧性而发生脆性转变的因素1）晶体结构：BCC韧脆转变温度相对较高；化学成分：间隙固溶原子阻碍位错运动，使屈服强度升高，韧脆转变温度升高；一般置换固溶的元素也会提高韧脆转变温度，杂质元素的晶界偏聚也会升高韧脆转变温度；2）温度。温度越低越易发生脆性断裂，温度升高趋向于发生韧性断裂。3)试样形状。缺口处出现三向应力状