沖擊韌度試驗和沖擊試驗原理

金屬材料在使用過程中除要求有足夠的強度和塑性外，還要求有足夠的韌性。所謂韌性，就是材料在彈性變形、塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力。韌性好的材料在服役條件下不至于突然發生脆性斷裂，從而使得到保證。

韌性指標可分為靜力韌度、沖擊韌度和斷裂韌度，其中評價沖擊韌度（即在沖擊載荷下材料塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力）的實驗方法，按其服役工況有簡支梁下的沖擊彎曲試驗（夏比沖擊試驗）、懸臂梁下的沖擊彎曲試驗（艾氏沖擊試驗）以及沖擊拉伸試驗。夏比沖擊試驗是由法國工程師夏比（Charpy）建立起來的，雖然試驗中測定的沖擊吸收功A_k值缺乏明確的物理意義，不能作為表征金屬材料實際抵抗沖擊載荷能力的韌性判據，但因其試樣加工簡便、試驗周期短、試驗數據對材料組織結構、冶金缺陷等敏感而成為評價金屬材料沖擊韌度應用廣泛的一種傳統力學試驗。

缺口沖擊韌度實驗是綜合運用了缺口、低溫及高應變速率這三個因素對材料脆化的影響，使材料由韌性狀態變為脆性狀態，這樣可用來顯示和比較材料因成分和組織的改變所產生的脆斷傾向。在影響材料脆化的這三個因素中，缺口所造成的脆化是主要的，如果不用缺口試樣而用光滑試樣，即使降至很低溫度，也難以使低中強度鋼產生脆斷。同樣，在規定的實驗方法中，由沖擊而造成的高應變速率也是有限的，它只在試樣有缺口的前提下促進了材料的脆化。

夏比沖擊試驗按試驗溫度可分為高溫、低溫和常溫沖擊試驗，按試樣的缺口類型可分為V型和U型兩種沖擊試驗。

現行標準GB/T229-1994《金屬夏比缺口沖擊試驗方法》將以上所涉及的試驗方法統一合并在一個標準內，便于執行。

沖擊試驗原理

夏比沖擊試驗是將具有規定形狀、尺寸和缺口類型的試樣，放在沖擊試驗機的試樣支座上，使之處于簡支梁狀態。

然后用規定高度的擺錘對試樣進行一次性打擊，如圖5.5-1所示，實質上就是通過能量轉換過程，測量試樣在這種沖擊下折斷時所吸收的功。

圖5.5-1 夏比沖擊試驗原理

試樣的沖擊吸收功在試驗過程中用擺錘沖擊前后的位能差測定，如不考慮空氣阻力及摩擦力等能量損失，則沖斷試樣的吸收功為

A_K=A₁-A₂  (5.5-1)

A₁=FH₁=FL(1-cosα)  (5.5-2)

A₂=FH₂=FL(1-cosβ)  (5.5-3)

A_K=F X L(cosβ-cosα)  (5.5-4)

式中，A₁為擺錘起始位能，J；A₂為擺錘打擊試樣后的位能，J。F為擺錘的重力，N；L為擺長（擺軸至錘重心之間的距離），mm；α為沖擊前擺錘揚起的*大角度，rad；β為沖擊后擺錘揚起的*大角度，rad。