第三节　冲击试验

一、概述

冲击试验是用来评价材料在高速载荷状态下的韧性或对断裂的抵抗能力的试验。金属的冲击韧性通常随加载速度提高而减小。材料在快速加载的情况下，在很多情况下，由于塑性变形的速度跟不上应力增加的速度，因此随着加载速度的增加，材料的性能变化的总趋势是强度指标升高，塑性指标则有所降低，材料的脆性增加了。冲击试样所消耗的冲击功不仅取决于材料的强度，而且还取决于材料在冲断过程中所发生的变形。因此，冲击韧性是材料强度和塑性的综合尺度，是一个能量指标。

冲击试验可分为摆锤式（包括简支梁式和悬臂梁式）、落球（落锤）式和高速拉伸冲击试验等。不同材料、不同用途制品可选择不同的试验方法。这里主要介绍摆锤式冲击试验。

摆锤式冲击试验主要测定金属的冲击吸收功、脆性断面率、冲击吸收功-温度曲线、韧性转变温度。

二、夏比摆锤冲击试验原理及定义

1.金属夏比摆锤冲击试验原理

摆锤式冲击试验测试原理——简支梁冲击和悬臂梁冲击（图2-12）：简支梁冲击试验是用摆锤打击简支梁试样的中央，试样受到冲击而断裂，试样断裂时单位面积或单位宽度所消耗的冲击功即为冲击强度；悬臂梁冲击试验是用摆锤打击有缺口的悬臂梁的自由端，试样受到冲击而断裂，试样断裂时单位面积或单位宽度所消耗的冲击功即为冲击强度。

2.金属夏比摆锤冲击相关定义

冲击吸收功：规定形状和尺寸的试样在冲击试验力一次作用下折断时所吸收的功。

脆性断面率：脆性断口面积占试样断口总面积的百分比。

冲击吸收功-温度曲线：在一系列不同温度的冲击试验中，冲击吸收功与试验温度的关系曲线。

韧性转变温度：在一系列不同温度的冲击试验中，冲击吸收功急剧变化或断口韧性急剧转变的温度区域。

三、冲击试验设备

常用的冲击设备有机械式和微机控制式，如图2-13所示。

1.设备的一般要求

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。

2.设备的安装及检验

试验机应按GB/T 3808或JJG进行安装及检验。

3.摆锤刀刃

摆锤刀刃半径应为2mm和8mm两种。用符号的下标数字表示，即KV2或KV8。摆锤刀刃半径的选择应参考相关产品标准。

对于低能量的冲击试验，一些材料用2mm或8mm摆锤刀刃试验测定的结果有明显不同，2mm摆锤刀刃的结果可能高于8mm的摆锤刀刃结果。

四、试样要求

1.一般要求

标准尺寸冲击试样长度为55mm，横截面为10mm×10mm的方形。在试样长度中间有V形或U形的缺口。

如果材料不够制备标准尺寸试样，可使用宽度为7.5mm、5mm或2.5mm的小尺寸试样。在用小尺寸试样时，如果样品为低能量冲击试验，应在支座上放置适当厚度的垫片，使试样的打击中心高度为5mm。

试样表面的粗糙度Ra应优于5μm，端部除外。

对于需要热处理的试验材料，应在最后精加工前进行热处理，除非已知两者顺序改变不会导致性能的差别。

2.缺口几何形状

缺口合适与否直接关系到检测结果，因此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。一般加工缺口优先选用缺口拉槽机。

V形缺口应有45°夹角，其深度为2mm，底部曲率半径为1mm。

U形缺口深度应为2mm或5mm（除非有特殊要求），底部曲率半径为1mm。

3.试样的制备

试样样坯的切取应按相关产品标准或GB/T 2975的规定执行，试样制备过程应使由于过热或冷加工而改变材料冲击性能的影响减至最小。

4.试样的标记

试样的标记应远离缺口，不应标在与支座、砧座或摆锤刀刃接触面上。试样标记应避免塑性变形和表面不连续性对冲击吸收能量的影响。

五、试验程序

①试样应紧贴试验机砧座，锤刃沿缺口对称面打击试样缺口的背面，试样缺口对称面偏离两砧座之间的中心应不大于0.5mm。

试验前应检查砧座跨距，砧座跨距应保证在之内。

②测量试样宽度和厚度，精确到0.02mm。

③冲击能使试样破坏时，能量消耗应在10％～80％之间，在几种摆锤进行选择时，应选择大能量。

不同冲击能量的摆锤，测得结果不能比较。

国家标准中规定冲击速度为2.9m/s和3.8m/s。

④试验机空击试验调零。

⑤试样横放在试验机的支点上，并释放摆锤，使其冲击试样的宽面。

⑥锤头应与试样的整个宽度相接触，接触线应与试样纵轴垂直，误差不大于1.8rad。

⑦摆锤冲击后回摆时，使摆锤停止摆动，并立即记下刻度盘上的指示值或者微机显示数值。数值应至少估到0.5J或者0.5个标度单位（取两者之间的较小值）。试验结果应至少保留两位有效数字。

⑧试样被击断后，观察其断面，如因有缺陷而被击断的试样应作废。

⑨每个试样只能受一次冲击，如试样未断时，可更换试样再用较大能量的摆锤重新进行试验。