金属力学性能试验1课件.ppt

1、拉伸试验压缩、弯曲和剪切试验扭转和弯折试验硬度试验冲击试验落锤撕裂试验疲劳试验金属断裂韧性试验 拉伸试验是材料力学性能试验中最普遍、最常用也是最重要的一种试验方法。一般说的拉伸试验是指在常温、静载和轴向加载下所表现的力学行为。当温度低于或高于常温时，则称为低温或高温拉伸试验；当载荷速率加大时则称为高速(或冲击)拉伸试验；当加载点偏离试样的轴线时则称为偏心拉伸试验。这里我们介绍的是常规意义下的拉伸试验，其原理和测试方法均可推广至特殊条件(温度、加载速率和加载点位置变化后)下的拉伸试验中去。拉伸试验的目的概括起来有： 产品在设计上的需要，在建筑和机械结构中，很多零部件是承受拉伸载荷的，在设计这些受

2、拉零部件时，就必须知道材料的拉伸力学性能指标，也即要知道材料的强度性能、刚度性能和变形性能，这样才能通过设计确定零部件的形式和尺寸。 材料研究工艺选择上的需要，在同一个受零部件上可以选用的材料可能很多，如何选择一种最经济的材料，这就要进行材料应用的研究；对于一些特殊工况下(高温、腐蚀、粒子的辐射等)零部件所需的材料，必需进行新材料的研制，即进行成分和工艺上的筛选。无论是材料的应用研究和新材料研制，其最后决定取舍的是材料拉伸的性能指标如何。 出厂检验和进料验收 很多钢厂的质保书上都有材料的位伸性能指标，而进料单位则需验收，因此拉伸试验是材料供需双方都要进行的一种试验。 由材料拉伸性能指标推断该材

3、料的其他力学性能指标，拉伸试验反映了材料在单向应力状态下的强度、刚度和塑性性能，材料在其他试验(如弯曲、扭转、硬度和疲劳等)中表现的性能均与拉伸下的性能有某种程度的连系，因此，可用拉伸指标的大小来间接推。推断其他性能的好坏。迄今为止，材料的拉伸性能已与材料的硬度、疲劳和断裂力学性能建立了经验关系式，这在实际应用中是很有参考价值。拉伸时的物理现象拉伸时的物理现象弹性变形阶段屈服阶段均匀塑性变形阶段局部塑性变形阶段下面列举几种常见的材料的应力应变曲线术语1.平行长度LC 试样两头之间的平行长度。2. 标距(1) 原始标距L0 试验前测量试样伸长所标记的标距长度。(2) 引伸计标距Le 用引伸计测量

4、试样延伸所使用的试样部分长度。(3) 断后标距Lu 试样拉断后，将断口对接在一起时的标距部分的长度。3.屈服强度上屈服强度 ReH 试样发生屈服，并且载荷首次下降前的最大应力。下屈服强度 ReL 不计初始瞬时效应时，屈服阶段中最小应力。4.规定延伸强度规定非比例延伸强度 Rp 试样标距部分的非比例延伸达到规定的原始标距百分比时的应力。规定总延伸强度 Rt 试样标距部分的总延伸达到规定的原始标距的百分比时的应力。规定残余延伸强度 Rr 试样卸除外力后，标距部分的残余伸长达到规定百分比时的应力。5.抗拉强度 Rm 试样受外力拉断过程中所承受的最大名义应力。6.伸长率 断后伸长率 A 试样拉断后，原

5、始标距部分的伸长与原始标距的百分比。拉伸试样的取样取样的部位、方向和数量应按照相关产品标准 或协议的规定。取样时，应对试样作出标记，以保证始终能识别取样的位置和方向。切取样坯时应防止过热、加工硬化而影响力学性能，应留有足够的机加工余量。试样的形状和尺寸相关产品标准或协议根据产品的形状和尺寸，特殊产品可以规定其它不同的试样。试样横截面的形状一般可为圆形、矩形、弧形和环形。试样原始标距（Lo）试样标距分为比例标距和非比例标距两种，因而有比例试样和非比例试样之分。凡试样标距与试样原始横截面积有以下关系的，称为比例标距，试样称为比例试样： Lo=k（So）1/2式中 k比例系数 So原始横截面积通常比

6、例系数k=5.65，因为此值为国际通用，除非采用此比例系数时不满足最小标距15mm 的要求。在必须采用其他比例系数的情况下，k=11.3 的值为优先采用。非比例标距（也称定标距）与试样原始横截面积不存在上式的关系。产品标准或协议可以规定采用非比例标距。不同的标距对试样的断后伸长率的测定影响明显。目前所内试验室最常用拉伸试样采用定标距试样，分为以下几种： 板状试验(宽度标距mm) 1. 19.150 2. 25.450 3. 38.150圆棒状试样（直径 标距mm） 1. 6.2525 2. 8.9035.6 3. 12.7050拉伸试验速率拉伸试验速率可选用以下3 种方式来控制拉伸试验的快慢(

7、1) 应变速率 单位时间内试样应变(工程应变) 的增加量。(2) 应力速率 单位时间内试样应力(工程应力) 的增加量 。(3) 位移速率 试验机夹头单位时间内的位移 。测定屈服强度（Rp,Rt ,Rr），ASTM规定当达到规定的屈服强度的一半至屈服之后,试样平行段的应变速度应在0. 000 10. 001m/ms - 1之间。国标的规定为0. 000 25 0. 002 5m/ms - 1。测定抗拉强度时的试验速度，对伸长率5 %的材料,应变速度应在0. 050. 5m/ mmin - 1之间;对伸长率5 %的材料,拉伸速度应与测量屈服性能时的速度一样。规定延伸强度的测定1.规定非比例延伸强度

8、Rp 的测定 平行线方法，试验时，采集力-延伸数据，直至超过Rp 对应的力Fp 。在记录得到的曲线图上图解确定规定非比例延伸力Fp，进而计算Rp，见图所示。规定总延伸强度Rt 的测定试验时，记录力-延伸曲线或采集力-延伸数据，至少直至超过Ft 。然后过C 点作力轴的平行线，交曲线于B 点，确定Ft，进而计算Rt。有时可能需要修正曲线原点。以规定总延伸率对应的应力为规定总延伸强度，不管在此应力之前是否出现高于它的应力。规定残余延伸强度Rr 的测定 测定的方法是基于反复多次递增中卸力循环，测定每次循环完成后试样产生的残余延伸，试验直至测得的残余延伸等于或略为超过规定残余延伸，试验终止。在有经验或已

9、知规定残余强度大致的值情况下，第一次加力就可接近预期值。 断后伸长率A 的测定 试验前在试样平行长度上标记出原始标距和标距内等分格标记。试验拉断后，将试样的断裂处对接在一起，使用轴线处于同一直线上，通过施加适当的压力以使对接严密。用分辨力不劣于0.1mm 的量具测量断后标距。如果试样断在标距中间1/3Lo范围内，则直接测量两标点间的长度；如果断在标距内，但超出中间1/3Lo范围，可以采用移位方法测定断后标距。如果试样在标距中间1/3Lo范围以外，而其断后伸长率符合规定量小值要求，则可以直接测量两标点间的距离，测量数据有效而不鉴定断裂位置处于何处。如果断在标距外，而且断后伸长率未达到规定最小值，

10、则结果无效，需用同样的试样重新试验。 断面收缩率Z 的测定圆形横截面试样面收缩率的测定 圆形横截面试样拉断后缩颈处最小横截面并不一定为圆形横截面形状，但测定的方法基础是建立在假定为圆形横截面形状上。这样，以测定试样原始横截面积与断裂后缩颈处最小横截面积之差与原始横截面积之比计算断面收缩率。在缩颈最小处两个相互垂直方向上测量直径，取其平均值计算横截面积，必要时，将断裂部分在断裂处对接在一起后进行测量。可以采用下式直接计算断面收缩率Z： Z=1-（du/d）2100% 式中 du 缩颈处最小直径 d 原始直径 矩形横截面试样断面收缩率的测定 按定义测定，但测定试样断后最小横截面积的方法，是基于一种

11、假设模型并作近似处理，即假定矩形横截面四个边为抛物线型，它的等效横截面积粗略近似为So=aubu。式中au和bu分别为断裂后缩颈处最小厚度和最大宽度， 由于试样拉断后缩颈处横截面形状的复杂，因此，mm直径以下试样、弧形横截面试样、薄板试样、环形横截面和多边形横截面试样一般不测其断面收缩率。1. 试样尺寸的选择2.试样的加工和制备3.试验过程中操作的影响在石油输送管上进行不同方向和位置取样测试可获取其相应强度和塑性性能。通常管线钢管订货的常用标准为AP I Spec 5L以及ISO 3183、GB9711几个基础标准, 需要时可增加补充技术条件(如西气东输工程直缝埋弧焊管技术条件) 。在这些标准

12、中对拉伸性能测试的方向、对试样的形状、尺寸的规定。对不同尺寸规格以及不同钢级的钢管样品,纵向和横向拉伸性能进行测试, 分析了形状因素对拉伸性能测试结果的影响编号管型钢级外径/mm壁厚/mmJFELSAWX80101619.5B3SSAWX80101617.5B11SSAWX80101614.6PSSAWX80101614.6J8LSAWX80101617.5JALSAWX80101618.5JWLSAWX80101618.5WLSAWX70101617.5ZLSAWX70101617.5G1LSAWX70101617.5G2LSAWX70101614.6G3LSAWX70101621.0WGS

13、SAWX70101617.5J7LSAWX70101621.0X1ERWX65101611.4抗拉强度 无论是纵向还是横向 , 板状试样的抗拉强度 测试值平均高于圆棒试样23MPa。这是由于板状试样和圆棒试样加工方式造成的。圆棒试样在加工时未经压平, 且试样有效部分在壁厚的中心部位, 将壁厚表面强度较高的金属去除, 仅留下心部强度较低的部分; 而板状试样为全壁厚试样, 其强度值中有近表面高强度金属的贡献。由于高钢级大壁厚管线钢管为得到所需要的强度指标, 在控制轧制和控制冷却过程中加大了轧制变形量和冷却速度, 但由于壁厚较大, 心部的冷却速度和变形量和近表面部分有着较大的差异造成了其组织状态的差

14、异。壁厚近表面组织形态500壁厚中心组织形态500 可见,虽然它们均为针状铁素体类的组织,但是近表面组织的晶粒更细小, 而且板条状和粒状贝氏体的体积分数明显多于心部, 同时作为硬化相的MA岛状物的分布更均匀、更细小。而在心部由于冷却速度慢, 晶粒较近表面部分粗, 多边形和块状铁素体的体积分数明显较表面增加, MA岛也较为粗大, 同时还出现了珠光体组织。屈服强度纵向板状试样的屈服强度值基本高于圆棒试样, 而横向板状试样屈服强度值基本低于圆棒试样。这种现象是多种因素引起的。 第一, 纵向圆棒试样由于加工去除了表面强度高部分金属, 使得板状试样的屈服强度高于圆棒试样。 第二, 对横向试样来说, 也同

15、样存在试样加工的原因, 板状试样加工过程中进行了冷压平, 其试验结果必然受到了包申格效应的影响。 板状试样屈服强度的降低值是包申格效应作用的结果。而圆棒试样加工时没有压平过程, 没有包申格效应。所以横向板状试样屈服强度比圆棒试样低, 可以认为是由于在变形过程中发生的包申格效应作用大于形变硬化作用所致。ASTM A 370规定,进行屈服特性测定试验时,适用的应力速度应控制在1.1511. 5MPa / s之间。GB /T 228及ISO 6892则规定:测定屈服强度的试验速率,屈服前的弹性应力速率应符合为660MPa / S,并尽可能保持恒定,进入塑性范围和直到规定强度,应变速率不应超过0. 0

16、02 5 / S。若不能直接调节这一应变速率,应调节屈服前弹性应力速率,使其不超过规定的最大速率。从上表可以看出,屈服强度最小值591MPa,最大值612MPa,平均值600MPa,极差为21MPa;抗拉强度最小值692MPa,最大值709MPa,平均值699MPa,极差为17MPa。从上表表可以看出,屈服强度最小值641MPa,最大值652MPa,平均值646MPa,极差为11MPa;抗拉强度最小值702MPa,最大值707MPa,平均值705MPa,极差为5MPa。对于X80级螺旋焊钢管,其管体无论横向或纵向的抗拉强度没有明显受到拉伸试验速率的影响。而对于管体横向, 当拉伸试验速率较小(

17、2 15MPa / s)时,拉伸性能的数据波动较小,而当拉伸试验速率较大(2060MPa / s)时,拉伸性能的数据波动则较大。管体纵向的屈服强度与抗拉强度没有明显受到拉伸试验速率的影响。因此,较小的拉伸试验速率更合适一些。建议在拉伸试验的屈服强度测定过程中采用ASTM A370的规定的拉伸速率,即控制拉伸试验速率在1. 1511. 5MPa / s范围内。应变，载荷/应力Ft0.5/Rt0.5 高强度管线钢正常的拉伸曲线特征应为，载荷和应变同时从“零”点出发，然后是弹性变形阶段，接着是连续屈服的圆滑过渡段，随后是稳定的屈服段。应变，应力/载荷修正前Ft0.5/Rt0.5修正后Ft0.5/Rt

18、0.5应变，载荷与应变不同步，应变为零时已有一定的载荷应力/载荷应变，修正前Ft0.5/Rt0.5修正后Ft0.5/Rt0.5因试样弯曲或引伸计打滑，起始段为非直线段应变，应力/载荷修正后Ft0.5/Rt0.5修正前Ft0.5/Rt0.5因引伸计打滑应变突然增大，拉伸曲线不连续修正后Ft0.5/Rt0.5应力/载荷修正前Ft0.5/Rt0.5应变，因引伸计打滑应变突然减小，拉伸曲线不连续 对于含碳量较低的管线钢,在经过冷变形制成钢管以后,当受热温度达到200 以上时,有可能导致屈服强度和屈强比升高,即产生应变时效。 在试样的制备过程中,有两个环节可能对塑性变形后的钢板造成温度影响。一是从钢管上

19、切取试样的过程。大块试样的切取一般是采用火焰切割切取, 每块试样从预热开始到切取完毕,需要35min,从而会使被切取下来的试样在较大范围内受到温度升高的影响,这可能是引起应变时效现象的原因之一。二是圆棒试样的加工过程。标准规定加工圆棒试样不允许展平 ,因此在试样加工中是用带有弧度的长方形板条直接车削而成。车削过程由于切削量较大,产生的切削热较多,车刀前刀面温度可达到700800 ,虽然切削热只有10% 40%传入工件 ,但如果加工时冷却不充分,产生的温度升高也可能引起试样的应变时效。 模拟材料应变时效行为,在室温(20 )、 150 (保温30min)和210 (保温30min) 3个温度下对

20、试样进行处理,冷却后进行试验，共进行2组。从试验结果可以看出,管体的抗拉强度相比变化不大,而两组屈服强度和屈强比在150 以下随处理温度升高而变化的幅度也不大,而在210 时有了明显升高,最高达到了676MPa, 升高了13. 6%。而最大屈强升高了9. 3% , 材料的应变时效效应很明显。应变/MPa应变/MPa应变/MPaa 应变/%b 应变/%c 应变/% 从图中可以看出,室温条件下,拉伸曲线平滑,试样连续屈服,没有应变时效现象,见图a ;加热到150 保温30min时,拉伸曲线开始出现屈服平台,但不明显,屈服强度上升,说明此时开始出现应变时效效应,见图b;加热到210 保温30min时

21、,拉伸曲线出现明显屈服平台,而且在图中出现了上屈服强度,屈服强度值也明显上升,见图c。 对于针状铁素体组织的高钢级管线钢,在变形后升温到一定温度范围,存在应变时效现象,造成测得的屈服强度和屈强比升高,且容易出现带有明显屈服平台的异常应力- 应变曲线,不能代表真实的钢管管体拉伸性能。在焊管常规拉伸性能测试中,应尽量避免试样制备的各个环节对试样造成的温度影响。对于用火焰切割的试样,应至少保证留有大于150mm的二次切割余量。在圆棒试样的车削过程中应进行充分冷却,保证试样加工在100 以下进行。 硬度试验是材料试验中最简便的一种，与其他材料试验相比，具有以下特点：试验可在零件上直接进行而不论零件大小

22、、厚薄和形状；试验时留在表面上的痕迹很小，零件不被破坏；试验方法简单、迅速。硬度试验在机械工业中广泛用于检验原材料和零件在热处理后的质量。由于硬度与其他机械性能有一定关系，也可根据硬度估计出零件和材料的其他机械性能。硬度试验方法很多，一般分为划痕法、压入法和动力法3类。我们现在常用压入法，测试硬度值表示材料抵抗表面塑性变形的能力。试验时用一定形状的压头在静载荷作用下压入材料表面，通过测量压痕的面积或深度来计算硬度。应用较多的有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度试验 3种方法。布氏硬度试验布氏硬度试验 1900年由瑞典人J.A.布里涅耳首先提出。布氏硬度试验方法是用一定直径的硬质合金球以相应的试验力压

23、入试样表面,经过规定的保持时间后卸除试验力,测量试样表面压痕直径,用试验力除以压痕表面面积计算硬度值的一种试验。在目前的硬度试验方法中,金属布氏硬度试验方法是应用较广泛的静试验力硬度试验方法,其特点是：采用较大直径的球体压头可压出面积较大的压痕,适合于退火钢材和铸铁等晶粒较粗大的金属材料硬度的测定。由于可以测定金属各组成部分的平均硬度值,因此很少受个别组织的影响。在布氏硬度试验中,为了测定各种不同的材料的硬度,不同直径的硬质合金球可和不同的试验力组合,只要试验力F 和硬质合金球直径D 的平方的比值为一相同的常数,所测定的硬度值就相同。如: HBW10/3000、HBW5/750、HBW2. 5

24、/187. 5、HBW1/30 、在这组试验条件中，试验力F 和硬质合金球直径D 的平方都为一常数，这个常数等于30。对于一些铜、铝合金和较软的金属及其合金,可采用较小的力和较大的硬质合金球。只要符合规定F/D2 为一常数即可。试验保载试验力保持时间是从全部试验力施加完毕后开始计算,试验力规定保持时间钢铁材料一般为1015s。对于硬度较低的材料,如铝、铜等有色金属试验力的规定保持时间可为30s。布氏硬度值按下式计算： HBW = 0.102 2 F/DD (D2 - d2)1/2 式中 F :试验力，N ; D :球体直径，mm; d :压痕平均直径，mm;布氏硬度试样试样的试验面应该是光滑的

25、平面，不应有氧化皮及外来污物。试验面粗糙度必须保证能精确的测量压痕直径，一般试验面的粗糙度Ra应该在0.8m以下。试样可采用各种冷热加工方法从原料上截取，试样的试验面和支撑面可采用不同的机械方法加工，两面应保证平行。在制备过程中，尽量避免由于受到热及冷加工等对试样表面硬度的影响。试样的厚度至少应为压痕深度的10倍。试验后试样背面不应出现变形痕迹。 布氏硬度试验的优点是其硬度代表性好，其压痕面积较大，能反映较大范围内金属各组成相综合影响的平均值，而不受个别组成相及微小不均匀度的影响，因此特别适用于测定灰铸铁、轴承合金和具有粗大晶粒的金属材料。它的试验数据稳定，重现性好，精度高于洛氏，低于维氏。此

26、外布氏硬度值与抗拉强度值之间存在较好的对应关系。布氏硬度试验的缺点是压痕较大，成品检验有困难，试验过程比洛氏硬度试验复杂，测量操作和压痕测量都比较费时，并且由于压痕边缘的凸起、凹陷或圆滑过渡都会使压痕直径的测量产生较大误差，因此要求操作者具有熟练的试验技术和丰富经验。洛氏硬度试验洛氏硬度试验是在初试验力及总试验力先后作用下,将压头压入试样表面,经规定保持时间后,卸除主试验力,用测量的残余压痕深度增量来计算硬度值的一种压痕硬度试验。洛氏硬度试验的具体方法 试验时,对试样首先施加初始试验力F0 ,产生一个压痕深度h0 ,然后施加主试验力F1 ,此时产生一个压痕深度增量h1 ,第二步骤是在总试验力作

27、用下进行的,总压痕深度位h0 + h1 ,在此条件下经过规定保持时间后,卸除主试验力,测量在初始试验力下的残余的压痕深度。1在初始试验力F0下的压入深度；2在总试验力F0+F1下的压入深度；3去除主试验力F1后的弹性回复深度；4残余压入深度h；5试样表面；6测量基准面；7压头位置 洛氏硬度共有9 个标尺,其中我们最常应用的是A、B、C 三个标尺。A 标尺主要是测定一些薄而硬的试样,如硬质合金、很薄很硬的钢材以及表面硬化层较薄的硬化钢材。B 标尺主要测量一些软而厚的试样,如低碳钢、软金属、铜合金、铝合金及可锻铸铁等低硬度材料。C 标尺主要测定一般钢材、硬度较高的铸件，以及一些淬火钢件和淬火、回火

28、的合金钢。初试验力是指在施加主试验力之前所施加的力,一般为98. 07N。总试验力是根据不同的标尺所施加的力。例如: A 标尺的总试验力为588.4N、B 标尺的总试验力为980.7N、C 标尺的主试验力为1471N。表面洛氏硬度由于洛氏硬度试验所用的试验力较大，不宜用来测定极薄工件及氮化层、金属镀层等的硬度。为了解决表面硬度的测定，人们应用洛氏硬度的原理设计出一种表面洛氏硬度计。相比洛氏硬度，只是采用了较小的试验力。表面硬度分有15个标尺。洛氏硬度计的特点洛氏硬度试验操作简单，测量迅速，可在指示表上直接读取硬度值，工作效率高，成为最常用的硬度试验方法之一。由于试验力较小，压痕也小，特别是表面

29、洛氏硬度试验的压痕更小，对大多数工件的使用无影响，可直接测试成品工件，初试验力的采用，使得试样表面轻微的不平度对硬度值的影响较小，因此，此仪器非常适于在工厂使用，适于对成批加工的成品或半成品工件进行逐件检测，该试验方法对测量操作的要求不高。维氏硬度试验维氏硬度试验方法将相对面夹角为136的正四棱锥体金刚石压头以选定的试验力压入试样表面,经规定保持时间后卸除试验力,用测量的压痕对角线长度计算硬度的一种压痕硬度试验。维氏硬度值按下式计算:HV = 0. 1891 F/d2 式中 F :试验力,N ; d :压痕两对角线长度算术平 均值,mm新的维氏硬度试验方法将金属维氏硬度试验方法、金属小负荷维氏

30、硬度试验方法和金属显微硬度试验方法合并为一个新的标准。因为这三个硬度方法的原则是相同的,符号定义、硬度表示方法及试验操作均基本相同。只是试验力的大小不同和由试验力带来的一些微小差异。三种维氏硬度试验的试验力如下:维氏硬度试验:试验力 49. 03N。小负荷维氏硬度试验:试验力在1. 961N 49. 03N 的维氏硬度试验。显微维氏硬度试验:试验力在1. 961N 以下的维氏硬度试验。维氏硬度的表示方法维氏硬度计表示为HV，维氏硬度符号HV前面的数值为硬度值，后面为试验力值。标准的试验保持时间为1015S。如果选用的时间超出这一范围，在力值后面还要注上保持时间。例如：600HV30表示采用29

31、4.2N（30kg）的试验力，保持时间1015S时得到的硬度值为600。 600HV30/20表示采用294.2N（30kg）的试验力，保持时间20S时得到的硬度值为600。维氏硬度试验的优点维氏硬度计试验的压痕是正方形，轻廓清晰，对角线测量准确，因此，维氏硬度试验是常用硬度试验方法中精度最高的，同时它的重复性也很好，这一点比布氏硬度计优越。维氏硬度计试验测量范围宽广，可以测量目前工业上所用到的几乎全部金属材料，从很软的材料（几个维氏硬度单位）到很硬的材料（3000个维氏硬度单位）都可测量。维氏硬度计试验最大的优点在于其硬度值与试验力的大小无关，只要是硬度均匀的材料，可以任意选择试验力，其硬度

32、值不变。这就相当于在一个很宽广的硬度范围内具有一个统一的标尺。这一点又比洛氏硬度试验来得优越。维氏硬度试验的缺点维氏硬度计试验效率低，要求较高的试验技术，对于试样表面的光洁度要求较高，通常需要制作专门的试样，操作麻烦费时，通常只在实验室中使用。夏比冲击试验通过摆锤一次打断夏比冲击试样，测出冲击力-位移曲线，该曲线下的面积为冲断试样消耗的总能量（即冲击功）。这个定义与功的物理概念一致。用能量守恒原理定义的：冲断试样所消耗的总能量等于摆锤在初始位置的势能与试样断裂后完成第一个半周期时的势能之差。更确切的定义是：将具有一定质量 的摆锤举至一定高度，使其获得一定的势能，释放摆锤冲击试样，摆锤抬起的高度

33、为其剩余能量为，摆锤冲断试样实际消耗能量即为冲断试样所消耗能量，称为冲击功。为了反映出试样冲断过程中的受力和位移大小，给出冲击能量在冲断试样过程中的变化，以及反映出材料在冲断过程中的弹性、塑性和断裂的变化过程。冲击试验机测出的冲击力-位移曲线及其力、位移和能量特征值，不仅把这一过程形象地用曲线表述出来，而且给出了定量的材料性能数据。夏比冲击试样试样尺寸冲击式样尺寸一般采用101055mm冲击试样加工的允许公差范围当钢板的厚度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大于试验机最大打击能量的80 % 时,可采用宽度7. 5mm ,6. 7mm ,5mm ,3

34、. 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。不同尺寸的试样所得的结果不能进行直接比较。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。图中A 为加工表面长度,要求A28mm ; B 为原始表面长度,要求B13. 5mm ; T 为样品宽度; t 为两端宽度,要求t1/ 2 T 。冲击试验机试验机的试样支座及摆锤锤头尺寸应符合下图的规定。 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 % 。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0.4 %(

35、取其较大值) 。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 % 。试验温度 室温冲击试验应在1032 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: 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。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 。当使用气体介质时,试样应处于气体环绕之中,至少保持30min 。用于从介质中

36、夹取试样的装置应放于介质中,确保与试样温度基本相同。冲击试验操作要点试样的定位。我们一般采用如图所示的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。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。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,

37、夹取装置应始终放在介质中。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。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。冲击断口的评定韧脆转变温度 对于具有低温脆性的金属材料,夏比缺口冲击试验主要用途之一就是通过系列温度冲击试验来测定其韧脆转变温度韧脆转变温度曲线落锤撕裂试验落锤撕裂试验（DWTT）是一种冲击试验方法。重锤从不同高度落到试样上，衡量试样抵抗脆性开裂能力的韧性。也有的试验方法是固定重锤高度而改变锤质量来进行试验，或者两者都改变。落锤试验比摆锤冲击试验更接近实际情况，是一种简便又实用的方法。 用落锤撕裂试验 (DWT

38、T) 结果预测和评判管线实际断裂的行为, 是在大量试验、调查和分析的基础上发展建立起来的。DWTT 与管线实物气体爆破断口有相近的韧脆转变温度和相似的剪切面积转变温度 (SA TT ) 曲线 。因此DWTT 的结果被广泛用于对管线断裂的控制和预测,并用其作为衡量管线钢管抵抗脆性开裂能力的韧性指标之一。落锤试样压制型缺口试样 试样尺寸(mm)：300 75壁厚人字型缺口试样试样加工（试样展平及试样缺口的压制）试验机需要具备足够的能量提锤的高度试验温度测量方法（直测法、球积法、公式法）计算公式的应用落锤试样的保温时间壁厚小于12.7mm，保温15分钟壁厚在12.725.4之间，保温20分钟壁厚大于

39、25.4mm，保温45分钟 1）对于T19.0mm 3）对于脆性薄壁管 %10027175. 0271TTABTTSA %1003375. 033ABSA %10032131TAAATSA公式1用于厚度19mm的试样，剪切面积在45%100%之间的断口评定。公式2用于厚度 19mm的试样，剪切面积在45%100%之间的断口评定。公式3用于剪切面积小于45%时，剪切面积的断口评定。典型断口典型断口下列图片是X70管线钢落锤撕裂试验的典型断口形貌。根据API RP 5L3标准，所示的断口剪切面积可以用公式计算，其剪切面积分别为100%、50%和小于50%。5mmtt SA=100%5mmtt SA

40、=50%5mmtt SA50%石油天然气行业广泛采用落锤撕裂试验(DWTT)对管线钢的止裂性能进行评价。根据试验标准的规定,有效试样是指整个断裂面呈现延性断裂的试样或缺口根部呈现解理断裂的试样。如果缺口下的断裂为延性断裂接着转化为解理断裂,则试样无效,其断口称为异常断口。高强度、高韧性管线钢在用DWTT试验方法进行检验时,异常断口时有发生。a） 落锤断口形貌b）示意图第一类异常断口 第一类异常断口是试样韧性起裂后,经历较长的韧性稳定扩展,在韧性裂纹扩展接近锤击边时,仅在锤击区域产生孤立的脆性断裂形貌区,如图所示。这种断口一般出现在试验温度高于韧脆转变温度,或韧脆转变温度范围偏于温度较高的一侧。

41、其断口特点是仅在接近锤击侧时试样断口的展宽急剧增加,脆性断裂形貌区从厚度急剧增加处开始。 第二类异常断口是试样韧性起裂后,经历韧性稳定扩展,一般在韧性裂纹接近或超过试样原始壁后,转变为脆性断裂直至试样破坏,脆性面积较大,如图所示。这种断口一般出现在韧脆转变温度附近偏于温度较低一侧。其断口特点是脆性断裂处试样厚度明显大于试样的原始厚度,愈接近锤击侧试样厚度增加愈大。这是因为锤头和弯曲作用使试样锤击附近产生较大的压缩变形,并使材料韧性劣化。试样的断口表现为韧性起裂,可能是经过多次止裂和起裂过程,当裂纹进入压缩变形区后,材料韧性劣化程度足以使断裂以解理方式重新起裂时,试样将以解理断裂形貌重新起裂。由

42、于解理断裂所需要的能量较小,此时试样的内能足以使试样完全断裂。 第三类异常断口是缺口根部和锤击侧均为韧性断裂形貌,仅在试样中部的核心部位产生脆性断裂区,如图所示。此类异常断口解理断裂区出现在接近缺口区,出现脆性断裂形貌处并不在试样的受压区,且锤头对该处的影响也非常小,试样厚度并没有增加。压制缺口过程使缺口根部材料韧性劣化,并未使试样脆性起裂,裂纹在试样的内能和锤头的共同作用下以韧性断裂方式起裂。1 评定断口的净截面：从试样缺口根部和锤击侧各扣除 一个试样壁厚厚度大于19mm时，各扣除19mm）后的截面。2 当孤立脆性区的分布不超过从锤击侧算起的25mm范围时，可忽略不计；超过25mm范围时在净

43、截面内的脆性面积按实际面积计算。 其他异常断口试样，按如下方法评定1 评定断口的净截面：在锤击侧扣除1.5倍试样厚度（试样厚度大于19mm时，扣除28.5mm）缺口根部扣除 5mm 后的截面。2 所有在净截面的脆性区均按实际面积计算，不连续区域先独立计算再累加。 对于断裂过程中二次起裂处三角区的断口，该区域常伴有不同程度的断口分离，为韧脆混合断口。断口剪切面积评定时，对于肉眼可以区分的较大块的脆性区按实际面积计算，肉眼无法区分的韧脆混合三角区，按实际面积的50%计算脆性区。由于该区域形状不规则，建议用求积仪或者照相后用图像分析软件进行面积测量。 报告完毕 谢谢！人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。