ASTM金属材料夏比V型缺口冲击试验方法介绍

当钢板的厚度 < 11mm ,或钢管的直径和壁厚 不足以加工出横向冲击试样 ,或所测钢材的冲击吸 收功小于试验机最大打击能量的 80 %时 ,可采用宽 度 7. 5mm ,6. 7mm ,5mm ,3. 3mm 和 2. 5mm 等小尺 寸试样 。小尺寸试样的其它尺寸及公差与相应缺口 的标准试样基本相同 ,其 V 型缺口开在试样的窄面 上 。值得注意的是 ,不同尺寸的试样所得的结果不 能进行直接比较 。
关键词 : ASTM ; 冲击试验 ; 标准
中图分类号 : T265 文献标识码 : B 文章编号 : 100124012 (2004) 0720367205
BRIEF IN TRODUCTION TO STANDARD FOR NO TCHED BAR IM PACT TESTIN G O F ASTM
室温冲击试验应在 10～32 ℃进行 ,若在高温或 低温 (非室温) 进行冲击试验时 ,应满足以下条件 :
(1) 试验温度的控制精度应在 ±1 ℃以内 ,但对 奥氏体钢 ,这一条件可以放宽 。
(2) 当使用液体介质冷却或加热试样时 ,盛有 液体的容器内应有一个网格或其它固定样品的装 置 ,试样上的液面高度至少 25mm ,试样缺口应至少 距底部和四边 25mm ,试样任何一部分应不与容器 接触 ,测温装置应放在试样堆的中心 ,试样在均匀搅 动的液体中至少保持 5min 。
该标准对适用范围 、引用标准 、试验原理 、试样 、试验 程序 、试验结果处理 ,试验报告和试验的精密度以及 试验机及其校准 、小尺寸试样 、预制裂纹夏比 V 型 缺口试样 、试样的取样方向 、剪切断面率的测定等都 做了详细的规定 ,同时该标准还提供了缺口冲击试 验的意义 、摆锤中心的测量方法 、夏比 V 型校准样 品等信息 。ASTM A370 - 03a 适用于锻钢 、铸钢 、不 锈钢及其相关合金的拉伸试验 、弯曲试验 、硬度试验 和冲击试验等 。为了使基层理化检验实验室能更好 地运用 ASTM 标准进行金属材料夏比 V 型缺口冲 击试验 ,笔者对 ASTM A370 - 03《a 钢产品力学性能 试验方法和定义》和 ASTM E23 - 02《金属材料缺口 试样冲击试验方法》中所涉及的 、应用最广泛的钢材 夏比 V 型缺口冲击试验的要点 ,尤其是与我国标准 GB/ T 229 - 1994 有何差异作一介绍 。
(4) 如果一个试样卡在试验机里 ,则该试验作 废 ,同时应对试验机进行彻底检查 ,看其是否受到 损坏 。
(5) 如有要求 ,冲击试验后应回收样品 ,进行剪 切 (脆性) 断面率和侧膨胀值的测定 。 1. 5 冲击试验结果的表示方法
对于一般的钢材检验 ,ASTM A370 - 03a 规定 , 冲击试验结果用冲击吸收功 、脆性断面率和侧膨胀 值表示 ,其中冲击吸收功数值修约到 1J ,脆性断面 率数值修约到 5 % ,侧膨胀值修约到 0. 025mm 。对 要求较为严格的试验 ,ASTM E23 - 02 对冲击试验 结果的表示方法做了如下规定 :
(3) 当使用气体介质时 ,试样应处于气体环绕 之中 ,至少保持 30min 。
(4) 用于从介质中夹取试样的装置应放于介质 中 ,确保与试样温度基本相同 。 1. 4 ASTM 冲击试验操作要点
(1) 试样的定位 。推荐采用如图 4 所示的 V 型 缺口自对中定位夹钳 ,将试样紧贴支座放置 ,并使试 样缺口的背面朝向摆锤刀刃 。
(2) 试验操作步骤 。将摆锤扬起至预扬角位置 并锁住 ,把从动指针拨到最大冲击能量位置 (如果使 用的是数字显示装置 ,则清零) ,放好试样 ,确认摆锤 摆动危险区无人后 ,释放摆锤使其下落打断试样 。 为了防止摆锤在其起始位置锁住时引起指针振动而 导致数据错误 ,应在下次锁住摆锤之前从指示盘上 读取数据 (或数字显示装置的显示值) ,此值即为冲 击吸收功 。
compared.
Key words : ASTM ; Impact testing ; Standard
夏比 V 型缺口冲击试验是评价金属材料冲击 韧性应用最广泛的一种传统力学性能试验 。我国现 行的国家标准 GB/ T 229 - 1994《金属材料夏比缺口 冲击试验方法》(等效采用 ISO148∶1983) ,对夏比 V 型缺口冲击试验的适用范围 、引用标准 、试验原理 、 术语及定义 、试样 、试验设备及仪器 、试验 、试验结果 处理及试验报告等进行了详细的叙述 ,但该标准从 所规定的试验机参数到操作程序都与美国 ASTM 标准有不少差异 。ASTM 标准中现行有效的有关 金属材料缺口冲击试验的标准有 ASTM E23 - 02 《金属材料缺口试样冲击试验方法》和 ASTM A370 - 03a《钢 产 品 力 学 性 能 试 验 方 法 和 定 义》, 其 中 ASTM E23 - 02 是金属材料缺口试样冲击试验的通 用标 准 方 法 , 它 适 用 于 温 度 高 于 - 196 ℃的 夏 比 (Charpy ) 冲 击 试 验 和 艾 氏 ( Izod ) 冲 击 试 验 ,
(1) 对冲击吸收功数值应进行空气阻力和摩擦 阻力的修正 。
(2) 如试样冲击后未分成两半 ,应记录其“未折 断”,未折断试样的冲击吸收功如低于试验机打击能 量的 80 % ,则其数据可与其它被打断试样的数据一 起进行平均值的计算 。
(3) 如果试样的冲击吸收功超过了试验机打击 能量的 80 % ,而且试样完全通过了支座 ,则其冲击 吸收功数据只能作为近似值 ,不能和其它数据一起 进行平均值的计算 。
(3) 对非室温冲击试验 ,必须在 5s 内完成试 验 ,否则应将试样放回介质中重新保温 。试验过程 中 ,除夹取试样时外 ,夹取装置应始终放在介质中 。
图 4 夏比 V 型缺口冲击试样自对中定位钳 (mm) Fig. 4 Centering Tongs for V2notch Charpy speciments
(2) 冲击试验机应保证冲击吸收功能估读到摆 锤最大能量的 0. 25 %。
(3) 冲击试验机能量指示装置的相对误差不应 超过摆锤最大能量的 0. 2 %或材料冲击吸收功的 014 %(取其较大值) 。
(4) 冲击试验机由于摩擦阻力和空气阻力而产 生的能量损失不应超过摆锤最大能量的 0. 75 %。
(1) 目视检查试验机的锤头和支座是否有明显 的损坏和磨损 。
·368 ·
王 滨 :ASTM 金属材料夏比 V 型缺口冲击试验方法介绍
(2) 将摆锤扬起至预扬角位置 ,把从动指针拨 到最大冲击能量位置 (如果使用的是数字显示装置 , 则应清零) ,释放摆锤 ,读取零点附近的被动指针的 示值 ,指针是否指向零点 。
标准或小尺寸钢管横向冲击试样也可保留部分 原始表面 ,这时试样的形状如图 2 。图中 A 为加工 表面长度 ,要求 A ≥28mm ; B 为原始表面长度 ,要 求 B ≤13. 5mm ; T 为样品宽度 ; t 为两端宽度 ,要求 t ≥1/ 2 T 。
为避免混淆 ,试验前应对试样进行适当的标记 , 标记可作在试样的两端面即试样在支座时向上的一 面或背向缺口的一面 。但距缺口中心线 15mm 以
(3) 检查摩擦阻力和空气阻力而产生的影响 , 方法是 :升起摆锤并锁住 ,移动指针至小于零 ,释放 摆锤 ,让它摆 5 次 (一前一后作为 1 次) ,在第 6 次向 前摆之前 ,设定指针在满刻度的 5 %和 10 %之间 ,在 第 6 次向前摆过后 ,记录指针的读数 (能量) ,除以 11 ,再除以最大刻度并乘以 100 ,其结果应 < 0. 4 % , 如 > 0. 4 % ,应检查指示机构 、摆锤高度和轴承的磨 损 。但如试验机长久未用 ,应让摆锤摆动 50 至 100 次 ,再进行以上测试 。 1. 3 试验温度
表 1 冲击试样加工的允许公差范围
Tab. 1 Permissible variations of Charpy impact test specimen
名称
公差范围
名称
公差范围
缺口线与两侧边 90 ±2° 缺口角度
±1°
角度
缺口半径
±0. 025mm
相邻两边角度 90°±10′ 缺口深度
±0. 025mm
(5) 对进行钢材冲击试验的试验机进一步规定 如下 : ① 试验机的最大打击能量在 300 ～400J 之 间 ,小能量的冲击试验机也可以使用 ,但应保证试验 机的打击能量大于试样的冲击吸收功 。 ② 试验机 瞬间摆锤的冲击速度在 4. 9～5. 8m/ s 之间 。
冲击试验机应定期进行检定或校准 。每次试验 前还应对试验机按如下方法进行例行 作者简介 :王 滨 (19632) ,男 ,教授级高级工程师 。
1 ASTM 金属夏比 V 型缺口冲击试验要点
1. 1 冲击试验样品
·367 ·
王 滨 :ASTM 金属材料夏比 V 型缺口冲击试验方法介绍
冲击样坯的切取应按产品规范执行 ,如果产品 规范无规定 ,对锻轧钢材 ,其取样部位应与拉伸试样 相同 ,取样方向为锻轧方向 (纵向取样) ,试样缺口垂 直于锻轧面 。对产品检验 ,冲击试样一般取 3 只 ,对 韧脆转变温度试验 ,冲击试样一般取 8 到 12 只 。标 准夏比 V 型缺口冲击试样的形状和尺寸见图 1 ,试 样加工的允许公差见表 1 。
横截面尺寸 ±0. 075mm 缺口表面及其相
2μm
试样长度
- 2. 5mm 对面的粗糙度
缺口位置
±1mm 其它两面的粗糙度 4μm
内的任何一面都不得作标记 。标记可用电子笔 ,但 应避免过热 。 1. 2 冲击试验机
ASTM E23 - 02 和 ASTM A370 - 03a 规定冲 击试验机应符合如下规定 。
图 2 保留部分原始表面的钢管横向冲击试样 Fig. 2 Tubular impact specimen containing original outer diameter surface