擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

在實(shí)際工程機(jī)械中，有許多構(gòu)件常受到?jīng)_擊載荷的作用,機(jī)器設(shè)計(jì)中應(yīng)力求避免沖擊波負(fù)荷,但由于結(jié)構(gòu)或運(yùn)行的特點(diǎn),沖擊負(fù)荷難以完全避免，例如內(nèi)燃機(jī)膨脹沖程中氣體爆炸推動活塞和連桿，使活塞和連桿之間發(fā)生沖擊，火車開車、停車時(shí)，車輛之間的掛鉤也產(chǎn)生沖擊，在一些工具機(jī)中，卻利用沖擊負(fù)荷實(shí)現(xiàn)靜負(fù)荷難以達(dá)到的效果，例如鍛錘、沖擊、鑿巖機(jī)等，為了了解材料在沖擊載荷下的性能，我們必須作沖擊實(shí)驗(yàn)。
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
1.了解沖擊實(shí)驗(yàn)的意義，材料在沖擊載荷作用下所表現(xiàn)的性能 
2.測定低碳鋼和鑄鐵的沖擊韌度值
二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器
數(shù)顯擺式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)、游標(biāo)卡尺等
三、基本原理
1.沖擊實(shí)驗(yàn)是研究材料對于動荷抗力的一種實(shí)驗(yàn)，和靜載荷作用不同，由于加載速度快，使材料內(nèi)的應(yīng)力驟然提高，變形速度影響了材料的機(jī)構(gòu)性質(zhì)，所以材料對動載荷作用表現(xiàn)出另一種反應(yīng)。往往在靜荷下具有很好塑性性能的材料，在沖擊載荷下會呈現(xiàn)出脆性的性質(zhì)。 
2.此外在金屬材料的沖擊實(shí)驗(yàn)中，還可以揭示了靜載荷時(shí)，不易發(fā)現(xiàn)的某結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作條件對機(jī)械性能的影響（如應(yīng)力集中，材料內(nèi)部缺陷，化學(xué)成分和加荷時(shí)溫度，受力狀態(tài)以及熱處理情況等），因此它在工藝分析比較和科學(xué)研究中都具有一定的意義 
四、沖擊試件
工程上常用金屬材料的沖擊試件一般在帶缺口槽的矩形試件，做成制品的目的是為了便于揭露各因素對材料在高速變形時(shí)的沖擊抗力的影響。并了解試件的破壞方式是塑性滑移還是脆性斷裂。但缺口形狀和試件尺寸對材料的沖擊韌度值的影響極大，要保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果能進(jìn)行比較，試件必須嚴(yán)格按照冶金工業(yè)部的部頒布標(biāo)準(zhǔn)制作。故測定值的沖擊實(shí)驗(yàn)實(shí)質(zhì)上是一種比較性實(shí)驗(yàn)，其沖擊試件形狀如圖所示。

圖7-2
五、沖擊實(shí)驗(yàn)形式
1.簡梁式彎曲沖擊實(shí)驗(yàn) 
2.肱梁式彎曲沖擊實(shí)驗(yàn) 
3.拉伸沖擊實(shí)驗(yàn) 
簡梁式彎曲沖擊實(shí)驗(yàn)工程中最常用
六、實(shí)驗(yàn)方法與步驟
1.測量試件尺寸，要測量缺口處的試件尺寸。 
2.首先了解擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)的構(gòu)造原理和操作方法，掌握沖擊試驗(yàn)機(jī)的操作規(guī)程，一定要注意安全。 
3.調(diào)整沖擊試驗(yàn)機(jī)指針調(diào)到“零點(diǎn)”根據(jù)試件材料估計(jì)所需破壞能量，先空打一次，測定機(jī)件間的摩擦消耗功。 
4.將試件裝入在沖擊試驗(yàn)機(jī)上，簡梁式?jīng)_擊實(shí)驗(yàn)應(yīng)使沒有缺口的面朝向擺錘沖擊的一邊，缺口的位置應(yīng)在兩支座中間，要使缺口和擺錘沖刃對準(zhǔn)。將擺錘舉起同空打時(shí)的位置，打開鎖桿。使擺錘落下，沖斷試件，然后剎車，讀出試件沖斷時(shí)消耗的功，以下式可計(jì)算出材料的沖擊韌度值

——沖斷試件時(shí)所消耗的功
——試件缺口橫截面積

圖7-3
七、注意事項(xiàng)：
在實(shí)驗(yàn)過程中要特別注意安全，絕對禁止把擺錘舉高后安放試件，當(dāng)擺錘舉高后，人就離開擺錘擺動的范圍，在放下擺錘之前，應(yīng)先檢查一下有沒有人還未離開，以免發(fā)生危險(xiǎn)。
八、討論題
低碳鋼和鑄鐵在沖擊作用下所呈現(xiàn)的性能是怎樣的？ 
材料沖擊實(shí)驗(yàn)在工程實(shí)際中的作用如何？

GB/T3808-2002    代替GB/T3808-1995

    1.范圍 

    本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)的檢驗(yàn)方法。本標(biāo)準(zhǔn)適用于配有2mm或8mm沖擊刀并按照諸如GB/T229規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)（以下簡稱試驗(yàn)機(jī)）。 

    其他容量和不同結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)機(jī)也可參照使用本標(biāo)準(zhǔn)。 

    工業(yè)上、普通試驗(yàn)室或研究實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行金屬材料試驗(yàn)所使用的且符合本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)機(jī)稱為工作試驗(yàn)機(jī)。要求比較嚴(yán)格的試驗(yàn)機(jī)稱為標(biāo)準(zhǔn)沖擊試驗(yàn)，有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)沖擊試驗(yàn)機(jī)的檢驗(yàn)在GB/T18658中規(guī)定。 

    本標(biāo)準(zhǔn)描述了兩種檢驗(yàn)方法。 

    a）直接方法。該方法實(shí)際上是靜態(tài)檢驗(yàn)方法，即通過對試驗(yàn)機(jī)關(guān)鍵部件的測量，以確保其滿足本標(biāo)準(zhǔn)的要求。所用檢驗(yàn)儀器應(yīng)證明可溯源到我國法定計(jì)量單位的國家基準(zhǔn)。當(dāng)試驗(yàn)機(jī)安裝、修理時(shí)或者間接方法給出不正確結(jié)果時(shí)應(yīng)使用直接方法對其進(jìn)行檢驗(yàn)； 

    b）間接方法。該方法實(shí)際上是動態(tài)檢驗(yàn)方法，即用標(biāo)準(zhǔn)試樣檢驗(yàn)指示裝置上的示值。 

    本標(biāo)準(zhǔn)要求采用直接和間接兩種方法檢驗(yàn)試驗(yàn)機(jī)。 

    有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)試樣的技術(shù)要求在GB/T18658中規(guī)定。 

    注：本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的間接方法只考慮試樣斷裂所吸收的總能量。該總能量包括： 

    1）  使試樣本身斷裂所需要的能量； 

    2）  試驗(yàn)機(jī)的擺錘從初始位置開始擺動，完成第一個(gè)半周期的內(nèi)部能量損失。內(nèi)部能量損失是由于： 

      a)  空氣阻力、擺軸軸承的摩擦和指針的摩擦，這些能量損失可采用直接方法測定

      b)  基礎(chǔ)的沖擊、機(jī)架和擺錘的振動，測定這些能量損失還沒有適當(dāng)?shù)臏y量方法和測量儀器。 

    2.規(guī)范性引用文件

    下列文件中的條款通過本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn)，然而，鼓勵(lì)根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成協(xié)議的務(wù)方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。 

    GB/T229金屬夏比缺口沖擊試驗(yàn)方法（ISO148：1983，Steel-Charpy impact test (V-notch)，NEQ） 

    GB/T18658 擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)檢驗(yàn)用夏比V型缺口標(biāo)準(zhǔn)試樣（ISO148-3：1998，Metallic materials—Charpy pendulum impact test—Part 3：Preparation and characterization of Charpy V reference test pieces for verification of test machines ，MOD）  

    3.術(shù)語和定義

    下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。 

    3.1有關(guān)試驗(yàn)機(jī)的術(shù)語和定義 

    3.1.1砧座anvil 

    試驗(yàn)機(jī)底座上加工成垂直支承面而用以阻擋被擺錘打擊試樣的部分，該支承面垂直于試樣支座的支承面。 

    3.1.2 底座base 

    試驗(yàn)機(jī)機(jī)架上試樣支座水平支承面以下的部分。 

    3.1.3打擊中心 center of percussion 

    擺錘上的一點(diǎn)，在該點(diǎn)對試樣進(jìn)行打擊所產(chǎn)生的效應(yīng)和擺錘的全部質(zhì)量如果均集中在該點(diǎn)對試樣進(jìn)行打擊所產(chǎn)生的效應(yīng)是相同的

    注：當(dāng)單擺沿水平線通過打擊中心做一次打擊，擺軸不產(chǎn)生水平方向的反作用力。 

    3.1.4打擊點(diǎn)center of strike 

    將高度為標(biāo)準(zhǔn)高度一半（即5mm）的試樣或等值量規(guī)放在試樣支座上，擺錘在自由懸掛位置時(shí)，沖擊刀刀刃上與該試樣或量規(guī)的上水平面相接觸的點(diǎn)

    3.1.5工作試驗(yàn)industrial machine 

    工業(yè)上、普通試驗(yàn)室或大多數(shù)研究實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行金屬材料試驗(yàn)用的試驗(yàn)機(jī)。這些試驗(yàn)機(jī)不用于給出標(biāo)準(zhǔn)值。工作試驗(yàn)機(jī)的檢驗(yàn)按照本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法進(jìn)行。 

    3.1.6標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)機(jī)reference machine 

    用于測定標(biāo)準(zhǔn)試樣標(biāo)準(zhǔn)能量的試驗(yàn)機(jī)。該類試驗(yàn)機(jī)的檢驗(yàn)要求嚴(yán)于工作試驗(yàn)機(jī)，這些要求在GB/T18658中規(guī)定。 

    3.1.7沖擊刀striket 

    錘體接觸試樣的部分。實(shí)際接觸試樣的刀刃可有2mm曲率半徑（2mm沖擊刀）或8mm曲率半徑（8mm沖擊刀）

    3.1.8試樣支座test pidece supports 

    試驗(yàn)機(jī)底座上加工成水平支承面而用于預(yù)先放置被擺錘打擊試樣的部分，該支承面垂直于砧座的支承面。 

    3.2有關(guān)能量的定義 

    3.2.1實(shí)際吸收能量（吸收能量）AV actual absorbed energy (absorbed energy) 

    用試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，沖斷試樣所需要的總能量。它等于擺錘在初始位置的勢能與試樣斷裂后完成第一個(gè)半周期時(shí)的勢能之差

    3.2.2實(shí)際初始勢能（勢能）AP  actual initial potential energy (potential energy) 

    直接檢驗(yàn)所測定的值

    3.2.3吸收能量示值（指示能量）AS  indicated absorbed energy (indicated energy) 

    由試驗(yàn)機(jī)指針或其他指示裝置指示的能量值。 

    3.2.4初始勢能標(biāo)稱值（標(biāo)稱能量）AN  nominal initial potential energy (nominal energy) 

    試驗(yàn)機(jī)制造者給出的能量值。 

    3.2.5標(biāo)準(zhǔn)能量AR  reference energy 

    標(biāo)準(zhǔn)試樣的吸收能量值，該能量值使用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)測定。 

    3.3標(biāo)準(zhǔn)試樣reference test pieces 

    把試驗(yàn)機(jī)測得的指示能量與該試樣標(biāo)出的標(biāo)準(zhǔn)能量值進(jìn)行比較，以檢驗(yàn)工作試驗(yàn)機(jī)的適合性而使用的沖擊試樣。標(biāo)準(zhǔn)試樣GB/T18658的要求制備。 

    3.4有關(guān)試樣（放置在試驗(yàn)機(jī)支座上的試驗(yàn)位置）的定義 

    3.4.1高度height 

    帶有缺口的面和與之相對的面之間的距離。 

    3.4.2寬度width 

    與缺口平行且垂直于高度方向的尺寸。 

    3.4.3長度length 

    與缺口方向垂直的最大尺寸。