金属材料与热处理 模块一 课题四冲击韧性及其测定
3金属材料的冲击韧性实验
实验3 金属材料的冲击韧性实验一、实验目的1、了解冲击韧性的含义。
2、测定低碳钢和铸铁的冲击韧性，比较两种材料的冲击性能和破坏断口的形貌。
二、实验概述衡量材料抗冲击能力的指标用冲击韧度来表示。
冲击韧度是通过冲击实验来测定的。
这种实验在一次冲击载荷作用下显示试件缺口处的力学特性(韧性或脆性)。
虽然试验中测定的冲击吸收功或冲击韧度不能直接用于工程计算，但它可以作为判断材料脆化趋势的一个定性指标,还可作为检验材质热处理工艺的一个重要手段。
测定冲击韧度的试验方法有多种。
国际上大多数国家所使用的常规试验为简支梁式的冲击弯曲试验。
在室温下进行的实验一般采用GB/T229-1994标准《金属夏比冲击试验方法》，另外还有“低温夏比冲击实验”，“ 高温夏比冲击实验”。
由于冲击实验受到多种内在和外界因素的影响。
1．实验原理冲击实验机由摆锤、机身、支座、度盘、指针等几部分组成（图3-1）。
实验时，将带有缺口的受弯试样安放于试验机的支座上，举起摆锤使它自由下落将试样冲断。
若摆锤的重量为G ，冲击中摆锤的质心高度由H 0变为H1,势能的变化为G (H0-H1),它等于冲断试样所消耗的功W ，亦即冲击中试样所吸收的功为)(10H H G W A k -==图1 冲击实验机及原理图Ak值可由指针指示的位置从度盘上读出。
因为试样缺口处的高度应力集中，Ak的绝大部分为缺口局部所吸收。
依据GB/T229-1994《金属夏比缺口冲击试验方法》，夏比缺口冲击试验的原理是：用扬起一定高度的摆锤一次性打击处于简支梁状态的缺口试样，测定试样折断时所吸收的功。
冲击过程中所消耗的能量，除大部分为试样断裂所吸收外，还有一小部分消耗于机座振动等方面，只因这部分能量相对较小，一般可以省略。
冲击韧性试验报告
冲击韧性测定试验报告一、 实验目的1. 掌握冲击试验机的结构及工作原理2. 掌握测定试样冲击性能的方法二﹑实验内容测定低碳钢和铸铁两种材料的冲击韧度，观察破坏情况，并进行比较。
三﹑实验设备3. 冲击试验机4. 游标卡尺图1-1冲击试验机结构图四﹑试样的制备若冲击试样的类型和尺寸不同，则得出的实验结果不能直接比较和换算。
本次试验采用U 型缺口冲击试样。
其尺寸及偏差应根据GB/T229-1994规定，见图1-2。
加工缺口试样时，应严格控制其形状﹑尺寸精度以及表面粗糙度。
试样缺口底部应光滑﹑无与缺口轴线平行的明显划痕。
图1-2 冲击试样五﹑实验原理冲击试验利用的是能量守恒原理，即冲击试样消耗的能量是摆锤试验前后的势能差。
试验时，把试样放在图1－2的B 处，将摆锤举至高度为H 的A 处自由落下，冲断试样即可。
摆锤在A 处所具有的势能为：E=GH=GL(1-cos α) (1-1)冲断试样后，摆锤在C 处所具有的势能为：E 1=Gh=GL(1-cos β)。
(1-2)势能之差E-E 1,即为冲断试样所消耗的冲击功A K :A K =E-E 1=GL(cos β-cos α) (1-3)式中，G 为摆锤重力（N ）；L 为摆长（摆轴到摆锤重心的距离）（mm ）；α为冲断试样前摆锤扬起的最大角度；β为冲断试样后摆锤扬起的最大角度。
h L G H图1-3冲击试验原理图六﹑实验步骤1. 测量试样的几何尺寸及缺口处的横截面尺寸。
2. 根据估计材料冲击韧性来选择试验机的摆锤和表盘。
3. 安装试样。
如图1－4所示。
图1-4冲击试验示意图4. 进行试验。
将摆锤举起到高度为H 处并锁住，然后释放摆锤，冲断试样后，待摆锤扬起到最大高度，再回落时，立即刹车，使摆锤停住。
5. 记录表盘上所示的冲击功A KU 值.取下试样，观察断口。
试验完毕，将试验机复原。
6. 冲击试验要特别注意人身的安全。
七﹑实验结果处理1.计算冲击韧性值αKU . αKU =0S A KU(J/cm 2) (1-4)式中,A KU为U型缺口试样的冲击吸收功(J); S0为试样缺口处断面面积(cm2)。
3 金属材料的冲击韧性实验
实验3 金属材料的冲击韧性实验一、实验目的1、了解冲击韧性的含义。
2、测定低碳钢和铸铁的冲击韧性，比较两种材料的冲击性能和破坏断口的形貌。
二、实验概述衡量材料抗冲击能力的指标用冲击韧度来表示。
冲击韧度是通过冲击实验来测定的。
这种实验在一次冲击载荷作用下显示试件缺口处的力学特性(韧性或脆性)。
虽然试验中测定的冲击吸收功或冲击韧度不能直接用于工程计算，但它可以作为判断材料脆化趋势的一个定性指标,还可作为检验材质热处理工艺的一个重要手段。
测定冲击韧度的试验方法有多种。
国际上大多数国家所使用的常规试验为简支梁式的冲击弯曲试验。
在室温下进行的实验一般采用GB/T229-1994标准《金属夏比冲击试验方法》，另外还有“低温夏比冲击实验”，“ 高温夏比冲击实验”。
由于冲击实验受到多种内在和外界因素的影响。
1．实验原理冲击实验机由摆锤、机身、支座、度盘、指针等几部分组成（图3-1）。
实验时，将带有缺口的受弯试样安放于试验机的支座上，举起摆锤使它自由下落将试样冲断。
若摆锤的重量为G ，冲击中摆锤的质心高度由H0变为H1,势能的变化为G(H0-H1),它等于冲断试样所消耗的功W ，亦即冲击中试样所吸收的功为)(10H H G W A k -==图1 冲击实验机及原理图A值可由指针指示的位置从度盘上读出。
因为试样缺口处的高度应力集k的绝大部分为缺口局部所吸收。
中，Ak依据GB/T229-1994《金属夏比缺口冲击试验方法》，夏比缺口冲击试验的原理是：用扬起一定高度的摆锤一次性打击处于简支梁状态的缺口试样，测定试样折断时所吸收的功。
冲击过程中所消耗的能量，除大部分为试样断裂所吸收外，还有一小部分消耗于机座振动等方面，只因这部分能量相对较小，一般可以省略。
2．实验设备冲击试验机，如上图所示。
游标卡尺3．冲击试样冲击韧性的数值与试样的尺寸、缺口形状和支撑方式有关。
国家标准规定两种形式的试样：(1)U型缺口试样（梅氏试样），尺寸形状如图3-2所示；（2）V型缺口试样，尺寸形状如下图所示。
物理实验 金属缺口试样冲击韧性的测定
3、实验课的要求学生实验前必须提前对实验进行预习，并撰写预习报告。
预习实验时，学生应主动查阅与实验相关的理论课内容，理解实验目的和实验原理，并对实验过程有基本的了解。
预习报告包括：实验目的，实验原理，实验步骤和实验数据记录表格。
实验前，实验教师会检查学生的预习报告，对于没有完成预习报告的学生将不准进行实验。
实验过程中，要求学生独立完成，认真记录实验现象和实验数据，培养独立思考能力，解决问题的能力以及创新能力。
实验结束后，对实验结果进行整理和分析，加深对相关理论课程内容的理解，并撰写实验报告。
实验报告内容包括：实验数据和实验现象，实验结果的分析和讨论，实验结论，对实验的思考以及建议，最后要回答实验后的思考题。
实验三金属缺口试样冲击韧性的测定一、实验目的1.学习金属冲击值的测定方法。
2.学习使用冲击试验机。
3.观察试件的断口情况。
二、实验内容测定不同温度下冲击样品断口的结晶区域面积百分比，不同材料和缺口的冲击值。
三、设备及材料1.设备本实验采用济南天辰试验机有限公司制造的JB-300b摆锤式冲击试验机。
试验机如图2.5.1安装在底座的耗材，被扬起的摆锤砸断，表盘上可读出，耗材断裂所消耗的能量，即吸收功。
图3.1 JB-300b摆锤式冲击试验机2.材料实验材料为低碳钢，铸铁，将其制成夏比V型和U型缺口冲击试样。
四、实验原理冲击试验是研究材料在冲击载荷作用下所表现出的机械性能的一种实验。
金属的冲击韧度是一个重要的力学性能指标。
冲击载荷作用时间极短，测量载荷变化和构件变形很困难，但是破坏构件所消耗的能量很容易测量，消耗的能量除以面积称之为冲击韧度。
冲击试验的缺口试件有两种，分别是u型和v型。
试件的缺口是为了使试件在承受冲击时受力集中。
冲击韧度值对切口的尺寸和形状十分敏感，切口深尖锐，则韧度值低，因此同种材料的用不同切口测定的韧度值不能换算和比较。
图 3.2缺口深度为5mm的标准夏比U型缺口冲击试样夏比冲击试验是将具有规定形状和尺寸的试件安放在试验机上，然后将具有一定质量的摆锤举到固定高度，使之获得一定能量，落下摆锤冲断试件，这时，试验机表盘上即可读出冲击吸收的功。
四、冲击韧性
（前）
–mgh
试验方法
（后）
4.韧性评价指标 冲击韧性值a k 就是试样缺口处 单位截面积上所消耗的冲击功。
(J) Ak k So
J/cm2
5.意义 a k越大，韧性越好，材料被冲断时吸收的冲击功越多。 能量既不会凭空产生，也不会凭 空消失，它只能从一种形式转化 当材料强度相差不大时，其冲击韧性越高，则抵抗大能 物体由于被举高而具有的能叫 为其他形式，或者从一个物体转 量冲击的能力就越强。a k 受温度的影响较大，对材料的 做重力势能mgh (h为相对高 移到另一个物体，在转化或转移 试样缺口点的作用： 组织缺陷十分敏感。 冲击时使材料在缺口附近造成应力集中，使塑性变形 度）。 的过程中，能量的总量不变。这 局限在缺口附近不大的体积范围内，并保证在缺口处发生发生破 注：冲击韧性取决于材料的强度与塑性，但与塑性的关系更大一些。 就是能量守恒定律。 断，以便正确确定材料承受冲击载荷的能力。——缺口效应 思考:重力势能？能量守恒定律
四、冲击韧性
那些零件设计时需要考虑冲击韧性？
冲击载荷
1、冲击韧性 ——金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力。 （韧性）是指金属在断裂前吸收变形能量的能力，它表示材料抗冲击的能力。 试验原理
2、测试方法冲击吸收功A k
A k= m g H
金属冲击试验实验报告
一、实验目的1. 了解金属冲击试验的基本原理和方法。
2. 通过冲击试验，测定金属在不同温度下的冲击吸收功，分析其冲击韧性和韧脆转变温度。
3. 比较不同金属的冲击性能，为金属材料的应用提供参考。
二、实验原理金属冲击试验是一种常用的力学性能试验方法，用于测定金属在冲击载荷作用下的力学性能。
冲击试验原理如下：1. 冲击试验采用摆锤冲击试验机进行，摆锤的势能转化为试样的冲击能，使试样在冲击过程中产生断裂。
2. 试样在冲击过程中吸收的能量称为冲击吸收功（Ak），其计算公式为：Ak = 1/2 mgh，其中m为摆锤质量，g为重力加速度，h为摆锤高度。
3. 通过测定冲击吸收功，可以分析金属的冲击韧性和韧脆转变温度。
三、实验材料与设备1. 实验材料：低碳钢、T8钢、工业纯铁。
2. 实验设备：金属摆锤冲击试验机、游标卡尺、温度计、冲击试样。
四、实验步骤1. 准备试样：将实验材料加工成标准冲击试样，试样尺寸符合GB/T 229-1994《金属夏比缺口冲击试验方法》的要求。
2. 设置试验参数：根据实验要求，调整冲击试验机的摆锤能量和冲击速度。
3. 进行冲击试验：将试样放置在冲击试验机的支座上，缺口位于冲击相背方向，并使缺口位于支座中间。
调整摆锤高度，使摆锤获得一定的势能，然后释放摆锤进行冲击试验。
4. 测量冲击吸收功：记录摆锤冲击试样后剩余的高度，计算冲击吸收功。
5. 测量试样温度：在冲击试验过程中，实时测量试样温度，分析金属的韧脆转变温度。
五、实验结果与分析1. 冲击吸收功：根据实验数据，绘制不同金属在不同温度下的冲击吸收功曲线，分析其冲击韧性和韧脆转变温度。
2. 冲击韧度：根据冲击吸收功，计算不同金属的冲击韧度，比较其冲击性能。
3. 韧脆转变温度：根据冲击吸收功曲线，确定不同金属的韧脆转变温度。
六、实验结论1. 低碳钢、T8钢和工业纯铁在不同温度下的冲击吸收功存在明显差异，说明不同金属的冲击性能存在差异。
2. 低碳钢的冲击韧度最高，T8钢次之，工业纯铁最低。
金属材料冲击实验(课堂PPT)
B&C Type U型
10 10 55 5 N/A 1mm
.
6
典型脆性断口和韧性断口
脆性
韌性
.
7
四．实验步骤
1．测量试件尺寸。 2．检查机器，校正零点。校零点用空摆实验进行。 3．试件放入钳口座，并用样板校正位置以对准刀刃。 4．按下“冲击”按钮进行冲击实验。 5．记下E值，观察样品破坏断面。整理机器，结束实验。
.
3
试验机测试原理
h
α β
E = G（h-h′) = GL(COSβ–COSα)
.
4
冲击试件：
R1 10
55
2 8
10
.
5
A Type V型
10 10 55 2 45 0.25
试样尺寸
型片型式 開槽形狀 尺寸(mm) 高度(mm) 寬度(mm) 長度(mm)
凹槽深度(mm) 凹槽夾角(°) 曲率半徑(mm)
实验二、金属材பைடு நூலகம்的冲击实验
一、实验目的
1.掌握金属冲击实验原理及冲击韧性含义 2.了解冲击试验机测试原理与操作步骤
二、实验设备
1．JB—300A冲击试验机 2．游标卡尺
.
1
冲击实验机
.
2
三、实验原理概述
● 材料在冲击载荷作用下,产生塑性变形和 断裂过程中吸收能量的能力,称为材料的 冲击韧性。
● 将规定几何形状的缺口试样置于试验机两 支座之间，缺口背向打击面放置，用摆锤 一次打击试样，测定试样的吸收能量
.
8
五、注意事项
1．本实验要特别注意安全。先安试件， 后再升起摆锤，严禁先升摆锤，后 安试件。因为这样很危险。
2．冲击时，同学们一律不得站在面对 摆锤运动的方向上，以免试件飞出 伤人 。
金属材料的韧性及其测定
五.布置作业，巩固提高
• 练习1.( ) 是指金属在断裂前吸收变形能量的能力。 • 练习2.材料的冲击吸收能量K越大，其韧性就（ ）。
六.情感升华
• 我们在初中物理上学习了能量转换，动量守恒等概 念，今天呢，我们利用这些知识设计了夏比摆锤实 验，通过这次实验，我们完成了对韧性的理解，这 就提醒我们要善于将所学知识综合利用起来，由简 单的单线思维向多线的综合的思维转换。
1.3 金属材料的韧性及其测定
一.导入新课，展示目标
• 前面几节我们学习了强度，硬度等力学性能，本节 课我们一起了解一下韧性的概念。
• 知识与技能 • 掌握金属材料力学性能指标韧性的含义 • 了解金属材料力学性能指标韧性的测定方法。 • 过程与方法 • 通过与学生探讨实验原理，了解韧性的概念
一.导入新课，展示目标
• 情感态度与价值观 • 本次实验涉及到动量，能量的转换，循循善诱，激
发学生学习兴趣，培养学生思考能力。
二.设疑激探，自主学习
• 疑问1.韧性的定义及其单位。 • 疑问2.夏比摆锤冲击试验的原理是什么？ • 疑问3：冲击试样开口的作用是什么？
三.合作讨论，师生探究
• 讨论1：夏比试验的原理是什么？ • 讨论2：冲击吸收能量KV或KU与力学性能验的实验原理：实验时，将带有缺口的试样安放在
试验机的机架上，使试样的缺口位于两固定支座中间，并
背向摆锤的冲击方向，将质量的摆锤升高到规定高度h1，
则摆锤具有势能KV1（V形缺口试样）或KU1（U形缺口试
样）。当摆锤落下将试样冲断后，摆锤继续向前升高到h2，
此时摆锤的剩余势能为KV2或KU2.摆锤冲断试样所失去的