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夏比沖擊試驗(yàn)

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發(fā)布時間：2025-03-28 14:30:48 更新時間：2025-05-13 17:47:43

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測中心

一、試驗(yàn)?zāi)康呐c標(biāo)準(zhǔn)

夏比沖擊試驗(yàn)（Charpy Impact Test）用于測定材料在動態(tài)載荷下的韌性，評估其抵抗沖擊斷裂的能力，廣泛應(yīng)用于金屬材料、焊接接頭、塑料及復(fù)合材料的質(zhì)量控制。核心依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：

中國標(biāo)準(zhǔn)：
- GB/T 229-2020《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》
- GB/T 1043.1-2008（塑料簡支梁沖擊性能測定）
國際標(biāo)準(zhǔn)：
- ASTM E23-2022（金屬材料缺口沖擊試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)）
- ISO 148-1:2020（金屬材料夏比沖擊試驗(yàn)）
- EN 10045-1:2021（歐洲金屬沖擊試驗(yàn)規(guī)范）

二、試驗(yàn)原理與試樣要求

1. 試驗(yàn)原理

通過擺錘自由下落沖擊帶有缺口的標(biāo)準(zhǔn)試樣，測量試樣斷裂時吸收的能量（KV或KU值），反映材料的韌性。
韌性指標(biāo)：沖擊吸收功（J）、斷口形貌（韌性斷裂/脆性斷裂）。

2. 試樣規(guī)格

參數(shù)	金屬材料	塑料材料
尺寸	10×10×55mm（標(biāo)準(zhǔn)）	80×10×4mm（ISO 179）
缺口類型	V型（2mm深，半徑0.25mm）或U型	V型（A型缺口，半徑0.25mm）
缺口加工	銑削或線切割，表面粗糙度Ra≤3.2μm	注塑成型或機(jī)械加工

三、試驗(yàn)設(shè)備與操作流程

1. 試驗(yàn)設(shè)備

設(shè)備/部件	功能要求	示例型號
擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)	能量范圍0-300J，精度±1%	Instron 9250HV、Zwick/Roell RKP450
低溫槽	控溫范圍-196℃~100℃，精度±1℃	JULABO F32-ME、Thermo Scientific ULT-80
缺口對中裝置	確保缺口中心與支座跨距對稱	定制夾具（符合ASTM E23）

2. 操作流程

試樣制備：
- 按標(biāo)準(zhǔn)加工缺口，測量缺口根部剩余厚度（金屬材料：8mm；塑料：3.8mm）。
- 標(biāo)記試樣編號及缺口方向。
溫度控制（如低溫試驗(yàn)）：
- 將試樣置于低溫槽中保溫≥10分鐘（-40℃試驗(yàn)需液氮冷卻）。
試驗(yàn)步驟：
- 安裝試樣于支座，缺口背對擺錘刃口。
- 釋放擺錘，沖擊后記錄能量值（直接讀取或通過角度換算）。
- 收集斷裂試樣，分析斷口形貌（纖維狀/結(jié)晶狀）。

四、數(shù)據(jù)處理與結(jié)果判定

1. 沖擊吸收功計算

公式：KV=E×(1−cos?β)KV=E×(1−cosβ)
- EE：擺錘初始勢能（J）
- ββ：沖擊后擺錘升起角度（°）

2. 結(jié)果判定

材料類型	合格標(biāo)準(zhǔn)（參考值）	應(yīng)用場景
低碳鋼（室溫）	≥27J（V型缺口）	建筑結(jié)構(gòu)、壓力容器
低溫鋼（-40℃）	≥34J（確保韌脆轉(zhuǎn)變溫度低于服役溫度）	液化天然氣儲罐、極地裝備
工程塑料	≥5kJ/m²（ISO 179，無缺口試樣）	汽車保險杠、電子外殼

3. 異常處理

能量值異常：檢查擺錘摩擦損失（空打能量損失≤1%）、試樣對中性。
斷口異常：分析是否為試樣缺陷（氣孔、夾雜）或試驗(yàn)溫度偏差。

五、影響因素與注意事項

1. 關(guān)鍵影響因素

缺口精度：V型缺口半徑偏差±0.02mm可導(dǎo)致能量誤差±10%。
試驗(yàn)溫度：溫度波動±2℃顯著影響低溫材料韌性。
試樣取向：軋制方向與缺口方向需一致（如橫向取樣需特別標(biāo)注）。

2. 安全與維護(hù)

設(shè)備校準(zhǔn)：每年校準(zhǔn)一次，包括能量標(biāo)定、角度傳感器校驗(yàn)。
操作防護(hù)：試驗(yàn)時人員遠(yuǎn)離擺錘擺動范圍，佩戴護(hù)目鏡。
試樣存儲：塑料試樣需避光防潮，金屬試樣防止表面氧化。

六、應(yīng)用案例與延伸分析

1. 韌脆轉(zhuǎn)變溫度（DBTT）測定

方法：在不同溫度下進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，繪制沖擊功-溫度曲線，確定50%韌性斷口對應(yīng)的溫度。
應(yīng)用：評估管線鋼、船板鋼的低溫服役安全性。

2. 焊接接頭評估

試樣取樣：缺口位于焊縫、熱影響區(qū)（HAZ）或母材，對比韌性差異。
標(biāo)準(zhǔn)要求：AWS D1.1規(guī)定焊縫沖擊功≥27J（-20℃）。

通過夏比沖擊試驗(yàn)，可系統(tǒng)評估材料的動態(tài)力學(xué)性能，為工程設(shè)計、工藝優(yōu)化及失效分析提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。建議結(jié)合材料服役環(huán)境（溫度、載荷類型）選擇試驗(yàn)條件，并嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)操作，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性與可比性。