金属材料冲击试验检验规范

金属材料冲击试验检验规范1范围本规范规定了金属材料夏比摆锤冲击试验的试样制备、试验设备、试验流程、结果评定及试验报告要求，适用于黑色金属、有色金属及其合金在室温、低温及高温条件下的冲击韧性测定，不适用于动态撕裂试验、落锤冲击试验等其他冲击试验方法。本规范适用于冶金、机械制造、航空航天、船舶工程等领域的金属材料入厂检验、工艺评定及产品质量验收，特殊工况下使用的金属材料冲击试验可参照本规范制定补充要求。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T229金属材料夏比摆锤冲击试验方法GB/T2975钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备GB/T12160单轴试验用引伸计的标定GB/T19748金属材料夏比V型缺口冲击试验试样的几何尺寸及公差JJG145摆锤式冲击试验机检定规程3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1冲击吸收能量（K）：摆锤冲击试样过程中，试样吸收的能量，单位为焦耳（J）。根据缺口类型可分为KV2（V型缺口，摆锤能量2J）、KV8（V型缺口，摆锤能量8J）、KU2（U型缺口，摆锤能量2J）等不同系列。3.2韧脆转变温度（FATT）：金属材料由韧性断裂向脆性断裂转变的温度区间，通常采用冲击吸收能量下降到某一规定值、或断口纤维率达到某一比例时的温度表示。3.3侧膨胀值：试样冲击断裂后，缺口两侧最大膨胀量的平均值，单位为毫米（mm），是表征材料韧性的辅助指标。3.4缺口偏斜：试样缺口轴线与试样纵轴线的垂直度偏差，是影响试验结果准确性的关键几何参数。4试样制备4.1取样要求取样应严格按照GB/T2975的规定执行，取样位置和方向应符合相关产品标准或技术协议要求：对于轧制钢材，纵向试样的纵轴线应与轧制方向平行，横向试样的纵轴线应与轧制方向垂直；对于锻件，取样位置应覆盖锻件的受力最大区域，包括芯部和近表面区域；对于焊接接头，试样缺口应根据试验要求分别位于焊缝金属、熔合线或热影响区，缺口位置偏差不应超过±0.5mm，且需在试验报告中明确标注缺口位置。试料截取时应避免过热、冷作硬化对材料性能的影响，火焰切割或剪切取样时，应预留足够的加工余量，加工余量不应小于20mm，确保试样切除热影响区和变形区。4.2试样加工标准夏比冲击试样尺寸为10mm×10mm×55mm的长方体，根据缺口类型分为V型缺口和U型缺口两类：V型缺口：缺口角度45°±2°，缺口深度2mm±0.05mm，缺口根部半径0.25mm±0.025mm，缺口表面粗糙度Ra不应大于1.6μm；U型缺口：缺口深度2mm或5mm，缺口根部半径1mm±0.05mm，缺口表面粗糙度Ra不应大于1.6μm。当材料厚度不足10mm时，可采用小尺寸试样，优先选用7.5mm×10mm×55mm或5mm×10mm×55mm的比例试样，试样宽度偏差不应超过±0.11mm，长度偏差不应超过±0.6mm。试样加工过程中应避免产生加工硬化或过热，最后一道切削工序的进给量不应大于0.05mm/r，切削深度不应大于0.1mm。试样缺口的加工精度应满足GB/T19748的要求，缺口轴线应与试样纵轴线垂直，垂直度偏差不应超过2°，缺口根部不应有肉眼可见的划痕或加工缺陷。加工完成的试样应进行外观检查，存在表面裂纹、缺口损伤或尺寸超差的试样应予以报废。4.3试样标识试样应采用低应力打钢印、激光刻蚀等方式进行标识，标识内容包括试样编号、取样位置、缺口类型，标识位置应位于试样端面或非缺口侧面的端部，距离缺口的距离不应小于10mm，避免标识对试样受力状态产生影响。标识过程中不应造成试样变形或表面损伤，脆性材料严禁采用打钢印方式标识，可采用涂料标记或挂牌标识。5试验设备5.1冲击试验机冲击试验机应符合JJG145的检定要求，定期进行计量检定，检定周期不应超过12个月。试验机的摆锤能量应根据试样预期冲击吸收能量选择，确保试验所测能量处于摆锤满量程的10%~90%范围内：冲击吸收能量小于20J时，宜选用15J或25J摆锤；冲击吸收能量20J~100J时，宜选用150J摆锤；冲击吸收能量大于100J时，宜选用300J或500J摆锤。试验机的打击中心应与试样缺口中心线重合，偏差不应超过±0.5mm；摆锤刀刃半径应符合标准要求，标准V型缺口试验采用2mm±0.5mm刀刃半径，U型缺口试验采用8mm±0.5mm刀刃半径。试验机支座跨距为40mm±0.2mm，支座圆角半径为1mm±0.1mm，支座支撑面的水平度偏差不应超过0.2°。试验机应配备能量自动记录装置，示值相对误差不应超过±1%，示值重复性相对误差不应超过1%。每次试验前应检查试验机的空击回零误差，连续三次空击的能量损失不应超过摆锤最大能量的0.1%，否则应调整轴承摩擦力或进行设备校准。5.2温度控制装置低温试验可采用制冷介质冷却或低温箱冷却方式，高温试验可采用电阻炉加热或感应加热方式：制冷介质可选用液氮、干冰-酒精混合液等，温度控制精度应达到±1℃，温度均匀性不应超过2℃；低温箱或高温炉的有效工作区内温度波动不应超过±2℃，试样放置区应配备温度传感器，传感器测点距离试样表面不应超过10mm；温度测量用热电偶或温度计的精度不应低于0.5级，检定周期不应超过6个月。试样转移装置应采用绝热材料制作，确保试样从温度控制装置转移到试验机支座的过程中温度变化不超过±2℃，转移时间不应超过2s。5.3测量工具试样尺寸测量应采用分度值不低于0.01mm的千分尺，缺口深度测量应采用专用缺口投影仪或工具显微镜，测量精度不低于0.01mm。侧膨胀值测量应采用分度值不低于0.01mm的侧膨胀仪，或配备专用测量附件的万能工具显微镜。断口形貌观察可采用体视显微镜，放大倍数应覆盖10倍~100倍，配备图像采集系统用于断口纤维率测量。6试验流程6.1试验前准备试验前应检查试样的外观和尺寸，确认试样无损伤、尺寸符合要求，记录试样的编号、缺口类型、尺寸参数。根据试验要求选择合适的摆锤，确认试验机处于正常工作状态，完成空击回零校验。对于温度试验，应将试样放置在温度控制装置中进行保温：室温试验的温度范围为23℃±5℃，试样应在试验环境中放置至少2h，确保试样温度与环境温度一致；低温或高温试验的保温时间应根据试样厚度确定，厚度10mm的试样保温时间不应少于15min，厚度每增加5mm，保温时间增加5min；保温过程中应每隔5min记录一次温度，确保温度波动在允许范围内。6.2试样装夹试样应紧贴试验机支座放置，缺口背向摆锤冲击方向，缺口中心线与支座跨距中心线的偏差不应超过±0.5mm。对于小尺寸试样，应采用专用定位夹具，确保试样支撑稳定，冲击过程中不发生偏移。低温或高温试样转移到装夹位置后，应在规定时间内完成冲击：试验温度在-100℃~室温范围时，转移至冲击完成的时间不应超过2s；试验温度高于室温或低于-100℃时，转移至冲击完成的时间不应超过1s；超过规定时间未完成冲击的试样，应放回温度控制装置重新保温至少5min后再进行试验。6.3冲击试验释放摆锤冲击试样，记录冲击吸收能量，观察试样断裂状态。如果试样未完全断裂，应在试验结果中注明“未断”；如果试样发生跳锤、试样飞出支座等异常情况，试验结果无效，应重新进行试验。同一组试验应至少进行3个平行试样，试验结果离散度较大时，应增加2~3个平行试样。试验过程中应避免摆锤重复冲击断裂后的试样，断裂后的试样应及时从试验机中取出，避免试样碎片损伤设备。6.4断后测量试样冲击断裂后，应及时收集断口，避免断口氧化或损伤。需要测量侧膨胀值时，应在冲击后24h内完成测量，测量前应清除断口表面的油污和碎屑，将试样的两个断裂部分紧密拼合，分别测量缺口两侧的最大膨胀量，取平均值作为侧膨胀值。需要测定断口纤维率时，采用体视显微镜观察断口形貌，纤维区为灰暗、无金属光泽的区域，结晶区为光亮、有结晶颗粒的区域，纤维率为纤维区面积占整个断口面积的百分比，测量误差不应超过±5%。7结果评定7.1试验数据处理冲击吸收能量的数值应保留至整数位，侧膨胀值保留至小数点后两位，纤维率保留至整数位。平行试样的试验结果以算术平均值表示，同时标注单个试样的测试值。当存在以下情况时，单个试样的试验值可予以剔除：试样存在加工缺陷或内部冶金缺陷，且缺陷位于缺口附近影响试验结果；试验过程中发生异常冲击，如跳锤、试样偏移；平行试样的测试值偏差超过平均值的30%，且经复查确认试样不存在异常。剔除异常值后的有效平行试样不应少于3个，否则应重新进行试验。7.2合格判定材料的冲击性能合格判定应符合相关产品标准、技术协议或设计文件的要求。当标准或协议要求冲击性能满足单个值不低于规定值时，所有有效试样的测试值均应符合要求；当要求满足平均值不低于规定值时，平均值应符合要求，且单个试样的最低值不应低于规定值的70%。对于小尺寸试样的试验结果，不应直接与标准试样的结果进行比较，相关产品标准有换算规定时，可按照规定的换算系数进行换算后再进行评定。韧脆转变温度的评定应根据要求选择能量法、断口形貌法或侧膨胀值法，明确对应的温度判定指标。7.3试验结果不确定度当用户要求提供试验结果不确定度时，应按照JJF1059.1的要求进行评定，不确定度来源包括试验机示值误差、试样尺寸偏差、温度控制误差、测量重复性等因素，扩展不确定度的包含因子k=2。8试验报告试验报告应至少包含以下内容：本规范编号及试验依据的标准号；委托单位名称、试样编号、材料牌号、炉批号、规格；取样位置、取样方向、试样类型（缺口类型、尺寸）；试验温度、摆锤能量、试验机型号及编号；单个试样的冲击吸收能量、平均值，侧膨胀值、纤维率（如有要求）；试验过程中出现的异常情况，如试样未断、异常冲击等；试验日期、试验人员、审核人员签字及试验单位公