GB/T 229-2020 金属材料 夏比摆锤冲击试验方法.pdf
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注:符号L、W、B和数字1~5的尺寸见表2。
图2夏比摆锤冲击试样
对于无缺口试样,要求与V型缺口试样相同(缺口要求除外) 如指定其他厚度(如2mm或3mm),应规定相应的公差。 对端部对中自动定位试样的试验机,建议偏差采用土0.165m 试样的表面粗糙度Ra应优于5um,端部除外
试样样坏的切取应按相关产品标准 GB/T2975的规定执行,试样制备过程应便任何可能令材料 发生改变(例如加热或冷作硬化)的影响减至最小
线材标准试样标记可以标在不与支座、砧座及摆锤锤刃接触的试样表面上。 由试样标记导致的塑性变形
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表面不连续性不应对吸收能量产生影响(见8.8)
应按照GB/T3808或JJG145的要求进行安装)
摆锤锤刃边缘曲率半径应为2mm或8mm两者之一。用符号的下标数字表示:KV、KVs、KU KU:、KW2、KWs。摆锤锤刃半径的选择应依据相关产品标准的规定。 注:采用2mm和8mm摆锤锤刃得到的试验结果可能有差异,
8.2.1每天开始进行冲击试验前应对摩擦造成的能量损耗进行检查。可以按下述方法进行摩擦损耗 的评估,也可采用其他方法。 注:摩擦的能量损耗包括但不限于空气阻力、轴承摩擦和指针摩擦。试验机摩擦的增加会影响吸收能量的测量。 8.2.2为了测定指针摩擦的损耗,可以在不安装试样的情况下正常操作试验机,得到试验机的仰角β 或能量值K1。然后不复位指针的情况下再进行一次空摆,得到试验机的仰角βz或能量值K2。指针摩 察的损耗由式(1)或式(2)计算:
3.2.3接下述方法测量1个半周期下的轴承摩擦和风阻损耗。测定32或K2后,摆锤回到初始位置, 不复位指针的情况下释放摆锤,使摆锤在无冲击和振动的情况下摆动10个半周期,当摆锤开始进行第 1个半周期的摆动后将指针拨至药满量程的5%(如试验机没有指针则忽略拨动指针的步骤),然后得 到β:或K3。1个半周期下的轴承摩擦和风阻由式(3)或式(4)计算: 一当表盘单位为角度时:
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=M(cosβ3 —cosβ2)/10
幅次数,力应按照实际的摆幅次数进行计算;同时,当摆锤开始进行最 后1个半周期摆动后调整指针至约为满量程的0.5%乘以完整半周期数。测定的总摩擦损耗p十p定 应不超过能量标称值K的0.5%。如超过此规定且不能通过减小指针摩擦使总体摩擦损耗符合规定, 则应考虑清洁或更换轴承,
8.3.1除非另有规定,冲击试验应在23℃土5℃(室温)进行。对于试验温度有规定的冲击试验,试样 温度应控制在规定温度士2℃范围内进行冲击试验。 8.3.2当使用液体介质冷却或加热试样时,试样应放置于容器中的网栅上,网栅至少高于容器底部 25mm,液体浸过试样的高度至少为25mm,试样距容器侧壁至少10mm。应连续均匀搅拌介质以使 温度均匀。温度测量装置应置于试样组中间。液体介质温度应在规定温度土1℃以内,试样应在转移 至冲击位置前在该介质中保持至少5min。 注:当液体介质接近其沸点时,从液体介质中移出试样至打击的时间间隔中,介质蒸发冷却会明显降低试样 温度[。 8.3.3当使用气体介质冷却或加热试样时,试样应与最近表面保持至少50mm距离,试样之间至少间 隔10mm。应连续均匀搅拌介质以使温度均匀。温度测量装置应置于试样组中间。气体介质温度应 在规定温度士1℃以内,试样应在移出介质进行试验前在该介质中保持至少30min。 8.3.4只要满足8.3的要求,允许采用其他方式进行加热或冷却
3.4.1当试验不在室温进行时,试样从高温或低温介质中移出至打断的时间应不天于5S。例外情况 是当室温或仪器温度与试样温度之差小于25℃时,试样转移时间应小于10S。 8.4.2转移装置的设计和使用应能使试样温度保持在允许的温度范围内。 8.4.3转移装置与试样接触部分应与试样一起加热或冷却。 8.4.4应采取措施确保试样对中装置不引起低能量高强度试样断裂后回弹到摆锤上而引起不正确的 能量偏高指示。试样端部和对中装置的间隙或定位部件的间隙应不小于13mm,否则,在断裂过程中, 试样端部可能回弹至摆锤上。 注:类似于附录A示出的缺口自动对中夹钳一般用于将试样从控温介质中移至适当的试验位置。此类夹钳消除了
吸收能量K上限应不超过初始势能K,的80%。如果吸收能量超过此值,吸收能量在试验报告中 应报告为近似值并注明超过试验机能力的80%。表盘或读数设备的分辨力决定了试验机的适用范围 下限。建议试样吸收能量K的测量下限为试验机在15J时表盘或者读数设备分辨力的25倍[4]。 注1:理想的冲击试验应在恒定的冲击速度下进行。在摆锤式冲击试验中,冲击速度随断裂进程降低,对于试样冲
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击吸收能量超过试验机能力80%的试验 度过度降低试验结果可能受到影响 注2:对于模拟表盘,分辨力是指在表盘上可以被识别的最小能量变化。这通常是在15」能量水平下相邻两刻度的 1/4到1/5。对于数字读数通常包括数字编码器等设备和对应的角度传感器。这类设备的分辨力是指在15J 能量水平时可稳定测量的最小能量变化。这类设备的分辨力通常是显示数字中最后一位不变动的数字位。 分辨力与摆锤的摆角存在函数关系且会随着摆锤的摆动而发生改变。对于存在校准模式能够实时读取吸收 能量的设备,可以通过将摆锤缓慢移动到接近15」的区域的方式获得读数的最小变化(分辨力),
在试验中试样不总是会彻底断为两部分。对于材料验收试验,不要求在报告中注明未完全断裂相 关信息,对于其他非材料验收试验,需在报告中注明试样未完全断裂。由于试验机冲击能量不足,摆锤 卡将试样打断且测定的吸收能量超过试验机能量范围时,不能报告吸收能量且应注明“吸收能量超过 《××J冲击试验机摆锤能量上限”。 注1:当试验记录不区分单独试样时,这组试样可以定义为破断或未破断。 注2:当冲击试验后虽然试样未完全分离为两部分,但通过将试样两端捏合不借助工具也不使试样疲劳的情况下 可以将试样分离为两部分,则认为该试样为破断。 注3:材料验收试验为用于评定最低验收要求的试验
如果试样卡在试验机上,试验结果无效,应彻底检查试验机有无影响其校准状态的损伤。 注:卡锤发生在破断的试样陷于试验机的移动部分与固定部分之间。这可能导致吸收能量的急剧上升。卡锤与摆 锤的二次碰撞可以通过试样痕迹进行区分,因为卡锤会在试样留下一对相对应的痕迹
读取每个试样的冲击吸收能量 ,应至少估读到0.5或0.5个分度单位(取两者之间较小值)。试验 结果至少应保留两位有效数字,修约方法按GB/T8170执行
试验报告应包括以下内容或当客户允许时,可通过由试验室提供的报告编号追溯以下信息: a) 本标准编号; b) 试样相关资料(例如钢种、炉批号等); c) 缺口类型及韧带宽度(缺口深度); d) 与标准试样不同时的试样尺寸[厚度×宽度×长度,单位为毫米(mm)]; e 试验温度; f) 吸收能量KV2、KVs、KU2、KUs、KW、KWs; g) 试样或一组试样的大多数试样是否破断(对于材料验收试验不要求); h) 可能影响试验的异常情况
试验报告可以在9.1内容的基础上选择增加以下信息!
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图A.1所示的夹钳一般用于从介质中取出试样放置于摆锤冲击试验机上。对于无缺口试样,夹 瑞加工与Y端相同的两个凸台
互相平行的钢片采用银钎焊与夹钳固定
图A.1夏比冲击试样对中夹钳
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测量材料在夏比冲击试样缺口根部区域承受三轴应力条件下抵抗断裂的能力,需要测量在这一区 域的变形量。此处的变形是压缩变形。由于即使是断裂后测量这一变形也很困难,因此通常测量断裂 平面上缺口对面的膨胀值代替压缩变形。由相关方协议确定是否需要测量侧膨胀值
3.2.1测量侧膨胀值的方法需要考虑试样在一分为二时很少在两侧的断裂平面上都保留最大膨胀值 半断样可能包含两侧的最大膨胀值或只包括单侧或两侧都不包括。测试技术通过分别测量或一起测 量两半断样得到两侧膨胀值最大值之和。测量每件断样每侧与定义的试样单侧未变形区域的侧膨胀值 见图B.1)。接触式或非接触式测量方法均可用于测量。 B.2.2可采用如图B.2和图B.3所示的测量装置测量侧膨胀值。首先,检查侧边与缺口对称面的垂直 度确保侧边在冲击过程中没有出现毛刺;若发现毛刺,应清除毛刺,例如采用砂布磨除,磨除时应注意确 保需要测量的突起点不被擦伤。然后将两半断样放在一起,使缺口对面的原始面相互靠拢。拿出一半 断样或两半断样一起(见图B.1)使其紧靠参考支点,突出点靠在测量探针上,读数并记录,然后重复以 上步骤(仅针对单独测量一半断样)测量另外一半断样(见图B.1),确保两次测量位置是试样的同一侧, 内次测量较大的值为这一侧的侧膨胀值,重复以上步骤测量另一侧的突起点,最后将得到的两侧较值 相加。例如:如果A>A且A=A则LE=A,十(A,或A),如果A,>A,且A>A,则LE=A,+ 13。如果两半断样一起测量,将两侧的测量结果相加即可。 B.2.3如果试样上一个或多个突起点由于接触试验机砧座或支座表面等情况而损坏,则试样不能测量 侧膨胀值并在报告中注明
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图B.1夏比冲击试样断后两截试样的侧膨胀值测量示意图
夏比冲击试样侧膨胀值
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图B.3夏比冲击试样侧膨胀值测定仪装配图
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夏比冲击试样的断口表面常用剪切断面率来评定。剪切断面率越高,材料缺口处的韧性越好。天 多数夏比冲击试样的断口形貌为剪切断口区和平断口区的混合状态。剪切断口区为纯延性断裂,平断 I区可以是延性、脆性或混合断裂。由于对断口评定带有很高的主观性,因此建议剪切断面率不作为技 规范使用。由相关方协议确定是否需要测量剪切断面率。 注:纤维断口通常与剪切断口意义相同,解理断口或晶状断口通常与剪切断口意义相反
通常使用以下方法中的一种测定剪切断面率: a)测量断口解理断裂部分(即“闪亮”部分)的长度和宽度,如图C.1,按表C.1计算剪切断面率: b)使用图C.2所示的标准断口形貌图与试样断口的形貌进行比较; 将断口放大,并与预先校准的对比图层进行比较,或用求积仪测量解理断面率然后计算剪切断 面率(用100%减去解理断面率); 用合适的放大倍率将断口拍成照片用求积仪测量解理断面率然后计算剪切断面率(用100% 减去解理断面率); 用图像分析技术测量剪切断面率
图C.1剪切断面率的测定
GB/T 229—2020表C.1剪切断面率的测量AmmL.8.510mm剪切断面率%1.09898979695939291919089898888883812.77752.572693. 06b623.2564. (7 :50t. 445. (376.256.559553927197.087 o7 b± 74339342 017127.5868172b 253483930251 b116355110%20%30%60%70%80%90%100%a)断口形貌与剪切断面率对照b)断口形貌评估指南(以%表示)图C.2断口形貌15
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D.1吸收能量与温度曲线
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附录E (资料性附录) 吸收能量值K的测量不确定度
E.2测量不确定度的测定
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E.2.1.2本方法涉及采用标准试样评估试验机性能的标准方法一一夏比摆锤冲击试验机间接校准(见 GB/T3808)。 注:国家标准要求夏比摆锤冲击试验机同时满足间接校准和直接校准。直接校准包括试验机结构上所有部件的几 何形状和力学性能要求的独立检查(见GB/T3808)。 E.2.1.3直接校准和间接校准在夏比冲击测量计量溯源链中的作用见图E.1。溯源链的起点是国际层 级上定义的按照ISO148标准描述的标准规程测定的吸收能量KV。通过基于国际或国家层级的夏比 中击基准试验机生产的有证标准试样和夏比冲击基准试验机的国际比对建立国际互认, .2.1.4校准实验室通过有证标准试样核查其试验机,并通过试验机定值其生产的标准试样。对于用 户层级,夏比冲击试验室可以通过标准试样核查试验机并获得可靠的KV值。 示准试样来跳过校准实验室层级。 注2¥主有证提
图E.1夏比冲击试验标准吸收能量定义和传播的计量溯源链结构图
E.2.2 不确定度免责声明
.2.2.1测量不确定度分析有助于识别测量结果分散性的主要源。基于1S0148标准的材料性能数据 库和产品标准对测量不确定度有固定的分量值,因此不支持测量不确定度的进一步调整,存在可能导致 产品判定不合格的风险。因此,除非客户另有规定,采用本标准得到的不确定度分量仅供参考 E.2.2.2除非客户另有规定,不宜根据测量不确定度调整本标准规定的试验条件和范围。除非客户另 有规定,评估的测量不确定度不宜结合测量结果判定产品参数符合性。反而指示的允许偏差作为验收 间隔可用于判定。本方法假设测量都是在最大测量不确定度条件下进行的。这一最大测量不确定度
标准确定。测量值的测量不确定度应比监控值小
E.3.1不确定度的分量
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通常情况下应便用已知误差对测量值进行修正。间接校准是确定误差值的手段之一。由间接校准 确定的试验机的误差在GB/T3808中按式(E.2)计算:
式中: KVv 间接校准时标准试样破断的平均值; KVR一标准试样的证书标准值。 依据B值的准确程度,在GB/T3808中对间接校准结果相关不确定度的处理会采用不同方式 a)Bv值准确且稳定,在这种特殊情况下,得到的a值直接用Bv值修正用于得到KV。 b)很多时候,没有关于稳定的B值的可靠证据。在这种情况下,误差不能直接用于修正,但它 对间接校准结果的不确定度uv有贡献。 对以上两种情况,按照GB/T3808所述的规程均可得到一个与间接校准结果和试验机误差相关的 同接校准不确定度分析值uv。 如果KV,与KV的值有显著差异,则B,与u的值应乘以系数KV/KV
E.3.3试验机重复性和材料不均匀性
n个试样吸收能量平均值的不确定度按式(E.3)计算 u(2) =
/ 式中: 5x—"个试样的标准偏差值。 $x值由以下两因素决定: 一试验机的重复性; 一试样间的不均匀性。 由于这些因素是混杂在一起的,因此用一个术语表示。建议在总不确定度报告中用5x表示由于材 不均匀性造成的KV值变化的保守值
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温度影响产生的吸收能量的误差 可试猫材科相怕大 小的温度改变可能导致吸收能量产生很大变化。截至本标准出版还没有找到一种通用可接受的方法计 算测量试验温度不确定度对吸收能量不确定度的贡献。建议采用试验温度下测量温度的不确定度的分 量u对应的吸收能量不确定度补全吸收能量测量不确定度分量(见E.5实例)
螺钉标准E.3.5试验机分辨力
与其他不确定度分量(见E.3.1至E.3.4)相比较,试验机分辨力的影响很小。除非试验机分辨力很 低而测量的吸收能量很小。在这种情况下,用式(E.4)计算相应不确定度分量
式中: 一试验机分辨力。 相应的自由度为。
E.4不确定度的组合与扩展
u(KV)=(u"()+u+u"(r
u(KV) () +u Vy
E.5.1在本实例中试验、检测与鉴定,计算了由特定材料的一组试样n=3的平均值的测量不确定度。采用通过直接 交准和间接校准的摆锤冲击试验机得到的试验结果如表E.2所示。首先计算KV值的平均值,并用 式(E.3)计算标准不确定度u()
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