标准化ASTM金属材料夏比V型缺口 冲击试验方法介绍王 滨(上海材料研究所,上海200437)摘 要:介绍了ASTM金属材料夏比V型缺口冲击试验方法,并与相应的国家标准GB/T229 -1994进行了比较。
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)0720367205BRIEFINTRODUCTIONTOSTANDARDFORNOTCHEDBARIMPACTTESTINGOFASTMWANGBin(ShanghaiResearchInstituteofMaterials,Shan ghai200437,China)Abstract:Basic principleandcontentinstandardASTME23202“StandardTestMethodsforNotchedBarIm pact testin gofMetallicMaterials”andASTMA370-03a“StandardTestMethodsandDefinitionsforMechanicalTestin gof SteelProducts”weredescribedinthis paper.VarioustestmethodsbetweenASTMstandardandGB/T229-1994were compared.Ke ywords:ASTM;Im pacttestin g;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/T229-1994《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ASTME23-02《金属材料缺口试样冲击试验方法》和ASTMA370-03a《钢产品力学性能试验方法和定义》,其中ASTME23-02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,收稿日期:2004203226作者简介:王滨(19632),男,教授级高级工程师。
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。
ASTMA370-03a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ASTMA370-03a《钢产品力学性能试验方法和定义》和ASTME23-02《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/T229-1994有何差异作一介绍。
1 ASTM金属夏比V型缺口冲击试验要点1.1 冲击试验样品·763·第40卷第7期2004年7月理化检验2物理分册PTCA(PARTA:PHYSICALTESTING)Vol.40 No.7Jul.2004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。
图1 夏比V 型缺口冲击试样(mm )Fig.1 Charpyim pacttests pecimen表1 冲击试样加工的允许公差范围Tab.1 PermissiblevariationsofChar pyimpacttests pecimen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 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 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。
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 ≥1/2T 。
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 以图2 保留部分原始表面的钢管横向冲击试样Fig.2 Tubularim pacts pecimencontainin goriginalouterdiametersurface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ASTME23-02和ASTMA370-03a 规定冲击试验机应符合如下规定。
(1)冲击试验机应安装在厚度>150mm 的混凝土地基或质量大于摆锤40倍的基础上,以避免其刚度下降而影响试验结果,同时冲击试验机摆锤旋转轴应保持水平(在3∶1000以内),试验机的试样支座及摆锤锤头尺寸应符合图3的规定。
图3 试验机的试样支座及摆锤刀刃尺寸(mm )Fig.3 Specimensu pportanvilandCharpystrikin gtu p(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%。
(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检查:(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。
·863·(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。
(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。
(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。
(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 CenteringTon gsforV2notchChar pys peciments (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,ASTMA370-03a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,ASTME23-02对冲击试验结果的表示方法做了如下规定:(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。
(4)如果一个未折断的试样未通过支座,则报告其结果为大于试验机的打击能量,被冲击过的试样不允许进行重复试验。
(5)冲击试验结果应列出每个试样的冲击吸收功,如未列出,可报告一组试样的平均值和未折断试样的百分比。