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GB/T229-2020與ASTME23差異及擺錘沖擊試驗(yàn)應(yīng)注意的問題

來源：深圳思邁科技技術(shù)有限公司 2021年07月01日 09:42

適用范圍:

•GB/T 229-2020為測(cè)定金屬材料在夏比沖擊試驗(yàn)中吸收能量的方法。適用于室溫、高溫或低溫條件下夏比擺錘沖擊試驗(yàn),但不包括儀器化沖擊試驗(yàn)方法,這部分內(nèi)容參見 GB/T19748。對(duì)室溫試驗(yàn)，GB/T 229-2020的環(huán)境溫度要求為23±5℃

•ASTM E23-18標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了采用夏比試驗(yàn)（簡支梁）和艾氏試驗(yàn)（懸臂梁）進(jìn)行的金屬材料缺口試樣沖擊試驗(yàn)的方法。本試驗(yàn)方法不適用于溫度在-196 ℃（77K）以下的沖擊試驗(yàn)。對(duì)室溫試驗(yàn)ASTM E23-18為20±5℃

參數(shù)名稱和符號(hào)：

•GB/T 229-2020的試驗(yàn)結(jié)果參數(shù)為沖擊吸收能量，用K表示，后面用字母V、U、W來表示試樣的缺口類型，最后用數(shù)字右下角標(biāo)表示試驗(yàn)所用的擺錘刀刃半徑(mm)，一般為2或8。

•ASTM E23-18基本不適用符號(hào)來表示參數(shù)，僅使用參數(shù)名稱。

術(shù)語和定義

a)直接檢定方法。該方法實(shí)際上是靜態(tài)檢定方法，即通過對(duì)試驗(yàn)機(jī)關(guān)鍵部件的檢定，以確保其滿足本規(guī)程要求。所用的檢定儀器應(yīng)證明可溯源到我國法定計(jì)量單位的國家基準(zhǔn)。又稱部件檢定方法

b）間接檢定方法。該方法實(shí)際上是動(dòng)態(tài)檢定方法，即使用標(biāo)準(zhǔn)試樣檢定試驗(yàn)機(jī)。又稱示值檢定方法。

•3.1.2直接檢定(directverification)，n---是這樣一種過程，該過程能確保那些可能影響到吸收能量測(cè)量值的所有零件均在規(guī)定的尺寸公差之內(nèi)。

•3.1.3間接檢定(indirectverification)，n---是這樣一種過程，該過程能確保因?qū)σ唤M檢定試樣進(jìn)行測(cè)試而所得的平均吸收能量對(duì)應(yīng)了合格吸收能量，并在規(guī)定的公差之內(nèi)（見A2.4.1）。

試驗(yàn)原理

•本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)采用擺錘單次沖擊的方式使試樣破斷,試驗(yàn)條件由第6章、第7章和第8章出。試樣的缺口有規(guī)定的幾何形狀并位于兩支座的中心、打擊中心的對(duì)面。測(cè)定參數(shù)包括吸收能量、側(cè)膨脹值和剪切斷面率等。由于很多材料的沖擊結(jié)果會(huì)隨溫度變化而變化,試驗(yàn)應(yīng)在給定溫度條件下進(jìn)行,當(dāng)給定溫度不是室溫時(shí),試樣應(yīng)在可控溫度下進(jìn)行加熱或冷卻。

意義和用途

•5.1本試驗(yàn)方法反映了施加一次性載荷時(shí)由缺口、高速施加的載荷以及高溫或低溫情況下而產(chǎn)生的多軸向應(yīng)力時(shí)金屬的特性。在與服役條件相關(guān)的情況下己經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于某些材料和某些溫度，缺口沖擊試樣的試驗(yàn)結(jié)果預(yù)測(cè)脆性斷裂更為精準(zhǔn)。有關(guān)該試驗(yàn)的更多意義參見附錄Xl。

•Xl.l缺口特性

•XI.I.I研究表明，近幾十年，夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)（CVN）廣泛應(yīng)用在鋼材產(chǎn)品的力學(xué)性能試驗(yàn)中并形成了規(guī)范。與斷裂機(jī)理相關(guān)的參數(shù)可用的情況下，就有可能對(duì)在低實(shí)驗(yàn)溫度和高載荷使用率條件下的疲勞裂紋試樣規(guī)定用來確保材料的彈性塑性或塑性特征的CVN 韌性值。

•XI.1.2大量非鐵素體材料和奧氏體鋼，面心立方金屬和合金的缺口特性，可以通過普通的抗拉性能來判斷。如果拉伸時(shí)是脆性的，當(dāng)有缺口存在時(shí)也呈脆性，如果拉伸時(shí)是塑性的，那么有缺口的時(shí)候也是塑性的，除非是非常尖銳或深的缺口（較標(biāo)準(zhǔn)夏比V型缺口或艾氏試樣嚴(yán)重的多）。即使在低溫下，這些材料的特性也不會(huì)改變。相比之下，鐵素體鋼在有缺口的情況下，其特性不能通過拉伸試驗(yàn)所顯示的特性進(jìn)行預(yù)測(cè)。為了研宄這些材料，夏比試驗(yàn)和艾氏試驗(yàn)就顯得非常有用。一些材料在拉伸試驗(yàn)時(shí)顯現(xiàn)出正常的韌性，但是在進(jìn)行試驗(yàn)或在存在缺口的情況下可能會(huì)發(fā)生脆性斷裂。缺口的狀態(tài)包括抑制那些與主應(yīng)力力向相垂直的變形或多向應(yīng)力以及應(yīng)力集中。己經(jīng)證明，夏比試驗(yàn)和艾氏試驗(yàn)對(duì)于測(cè)定鋼的缺口脆性的敏感性是非常有用的，雖然這些方法不能直接用于評(píng)價(jià)其服役能力。

•XI.2缺口效應(yīng)

•XI.2.1缺口導(dǎo)致了多向應(yīng)力和在缺口底部的應(yīng)力集中的復(fù)合，抑制垂直主應(yīng)力方向的變形。較為尖銳的缺口狀態(tài)實(shí)際上并不希望，突然的脆性斷裂和*的脆性斷裂其有研究價(jià)值。某些金屬在非常低的溫度下仍然以塑性的方式變形，但其他的金屬則可能出現(xiàn)裂紋。這種特性上的不同可以通過考慮材料的結(jié)合強(qiáng)度（或其相互結(jié)合的性能）及其與屈服點(diǎn)的關(guān)系來解釋。在脆性斷裂的情況下，在發(fā)生較大的塑性變形以前，應(yīng)力就超過了結(jié)合強(qiáng)度，因此其斷口呈現(xiàn)結(jié)晶狀。在發(fā)生塑性斷裂或剪切斷裂的情況下，最終斷裂時(shí)會(huì)有大量的變形產(chǎn)生，因而斷口呈現(xiàn)纖維狀而不是結(jié)晶狀。介于二者之間的情況，斷裂發(fā)生在中等變形之后，斷口呈現(xiàn)部分的纖維狀和部分結(jié)晶狀。

•XI.2.2當(dāng)缺口試樣承受載荷時(shí)，通過缺口底部的垂直應(yīng)力造成了初始斷裂。保持其不發(fā)生解理斷裂或相互結(jié)合在一起的特性就是“結(jié)合強(qiáng)度"。當(dāng)垂直應(yīng)力超過結(jié)合強(qiáng)度時(shí)，試樣就產(chǎn)生斷裂。當(dāng)試樣沒有發(fā)生變形就發(fā)生斷裂，就稱為脆性斷裂。

•XI.2.4脆性斷裂還是延性斷裂，取決于在剪切應(yīng)力超過抗剪強(qiáng)度之前垂直應(yīng)力是否超過了結(jié)合強(qiáng)度。從這可以得出幾個(gè)非常重要的關(guān)于缺口特性的事實(shí)。如果缺口比較尖銳，剪切應(yīng)力會(huì)隨著垂直于缺口底部的應(yīng)力的增加而增加，試樣將更易于發(fā)生脆性斷裂（見表XI.I)。同樣，當(dāng)隨著變形速度的增加，剪切強(qiáng)度也增加，發(fā)生脆性斷裂的可能性也增加。另外一方面，提高溫度，保持缺口不變，變形速度也不變，剪切強(qiáng)度就會(huì)降低而塑性增加，從而形成剪切斷裂。

試樣

•6.1.1 標(biāo)準(zhǔn)尺寸沖擊試樣長度為55mm,橫截面為10mm×10mm 方形截面。在試樣長度的中間位置有 V 型或 U 型缺口,見6.2.1和6.2.2。

•6.1.2 如試料不夠制備標(biāo)準(zhǔn)尺寸試樣,如無特殊規(guī)定,可使用厚度7.5mm、5mm 或2.5mm 的小尺寸試樣(見圖2和表2),通過協(xié)議也可使用其他厚度的試樣。

•注1:只有采用形狀和尺寸均相同的試樣才可以對(duì)結(jié)果進(jìn)行直接比較。

•注2:對(duì)于低能量的沖擊試驗(yàn),用墊片使小尺寸試樣位于擺錘中心位置以避免額外的能量吸收非常重要。對(duì)于高能量的沖擊試驗(yàn)采用墊片的重要性會(huì)有所降低。墊片可以置于支座上方或者下方,使試樣厚度的中心位置位于10mm 支座以上5mm 的位置(即標(biāo)準(zhǔn)試樣的打擊中心位置)。

•6.1.3 對(duì)于需要進(jìn)行熱處理的試驗(yàn)材料,應(yīng)在最終熱處理后的試料上進(jìn)行精加工和開缺口,除非可以證明在熱處理前加工試樣不會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果。

形狀和取向：

•8．1.1試樣應(yīng)從使用的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的材料上選取。

•8.1.2選取試樣的類型很大程度上決定于所要進(jìn)行測(cè)試材料的特性。某一類型試樣可能并不完個(gè)適合于軟有色金屬材料和淬火鋼材料。因此有多種類的試樣。通常，對(duì)于韌性較好的材料或在較低的沖擊速度下試驗(yàn)，需要較尖銳和較深的缺口。

•8．1.3圖1和圖2所示的是應(yīng)用*泛且效果理想的試樣。特別適用于除了鑄鋼之外的鋼鐵材料。@夏比樣本標(biāo)號(hào)為v型缺口和U型缺口。

•8．1.4通常發(fā)現(xiàn)適用于粉末冶金材料的樣本見圖3和圖4所示。粉末冶金沖擊試驗(yàn)樣本應(yīng)遵循規(guī)程B925程序進(jìn)行生產(chǎn)。這些材料的沖擊試驗(yàn)結(jié)果受到樣本取向的影響。因此，除非另有規(guī)定，樣本在機(jī)器中的位置應(yīng)使得擺錘將能打擊到平行于壓制方向的某一表面。對(duì)于粉末冶金材料，沖擊試驗(yàn)結(jié)果報(bào)告為無缺口吸收能量。

•機(jī)加工試樣

6.4 試樣的制備

•試樣樣坯的切取應(yīng)按相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或 GB/T2975的規(guī)定執(zhí)行,試樣制備過程應(yīng)使任何可能令材料發(fā)生改變(例如加熱或冷作硬化)的影響減至最小。

•6.5 試樣的標(biāo)記

•試樣標(biāo)記可以標(biāo)在不與支座、砧座及擺錘錘刃接觸的試樣表面上。由試樣標(biāo)記導(dǎo)致的塑性變形和表面不連續(xù)性不應(yīng)對(duì)吸收能量產(chǎn)生影響(見8.8)。

•8.2.1當(dāng)對(duì)熱處理材料進(jìn)行評(píng)估的時(shí)候，試樣應(yīng)在最后的熱處理工序之后對(duì)表面及缺口進(jìn)行機(jī)械加工，除非可以證明在熱處理之前加工和熱處理之后加工的試樣的沖擊性能是相同的。

•8.2.2試樣的缺口應(yīng)光滑，一般不需要對(duì)其進(jìn)行拋光。

•注2：缺口尺寸的變化將影響到試驗(yàn)結(jié)果

•8.2.3標(biāo)識(shí)標(biāo)記應(yīng)只位于樣本的以下位置．10mm正方形端部的任一端；當(dāng)樣本放置在砧（見注4）上時(shí)，朝上的樣本面；或者背對(duì)缺口的樣本面。樣本任一面應(yīng)沒有標(biāo)記在缺口中心線 10mm之內(nèi)。長期性標(biāo)記器，激光雕刻版，劃線器，靜電鉛筆和其它合適的標(biāo)記方法可用于識(shí)別用途。然而，某些標(biāo)記方法如果不正確使用，可導(dǎo)致?lián)p傷樣本。例如，靜電鉛筆產(chǎn)生過量熱或壓印時(shí)導(dǎo)致樣本發(fā)生變形，這可以改變樣本的機(jī)械性能。因此，必須總是小心避免損傷樣本。壓印和其它標(biāo)記工藝如果可導(dǎo)致樣本發(fā)生變形，在缺口加工之前，應(yīng)只能在樣本端部使。

•8.2.4試樣應(yīng)滿足圖1或本試驗(yàn)方法內(nèi)任何其它使用圖形內(nèi)所示的尺寸和公差。

試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)		GB/T229-2020		ASTME23-18
標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣缺口類型	V型
	名義尺寸	機(jī)加工公差
試樣長度	55mm	±0.60mm	+0/-2.5mm
試樣寬度	10mm	±0.075mm	±0.075mm
試樣厚度	10mm	±0.11mm	±0.075mm
缺口角度	45°	±2°	±1°
缺口根部半徑	0.25mm	±0.025mm	±0.025mm
韌帶寬度	8mm	±0.075mm	±0.025mm
標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣缺口類型	U型
	名義尺寸	機(jī)加工公差
試樣長度	55mm	±0.60mm	+0/-2.5mm
試樣寬度	10mm	±0.11mm	±0.075mm
試樣厚度	10mm	±0.11mm	±0.075mm
缺口根部半徑	1mm	±0.07mm	±0.025mm
韌帶寬度	8mm	±0.09mm
	5mm	±0.09mm	±0.075mm

試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)	GB/T229-2020		ASTME23-18
	V型和U型
	名義尺寸	機(jī)加工公差
缺口對(duì)稱面-端部距離	27.5mm	±0.42mm	±1mm
缺口對(duì)稱面-試樣縱軸角度	90°	±2°	±2°
試樣相鄰縱向面間夾角	90°	±1°	±0.17°
表面粗糙度		＜5μm	4μm	≤4μm
缺口表面的粗糙度	/	/	2μm	≤2μm
缺口類型			無缺口試樣
/	名義尺寸	公差	名義尺寸	公差
試樣要求	要求與V型缺口試樣相同（缺口除外）		L-全長	55.0±1.0mm
			W-寬度	10.00±0.13mm
			T-厚度	10.00±0.13mm
			相鄰邊	90°±10°

試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)		GB/T229-2020	ASTME23-18	GB/T229-2020		ASTME23-18
試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)		V型		U型
小試樣沖擊尺寸求	名義尺寸	機(jī)加工公差
試樣寬度	1/2寬度（5.0mm）	/	±0.050	/	無U型缺口小試樣
試樣寬度	1/3寬度（3.0mm）	/	±0.030	/
試樣厚度	1/4厚度（2.5mm）	±0.05mm	±0.025mm	/
	1/2厚度（5.0mm）	±0.06mm	±0.050mm	±0.06mm
	3/4厚度（7.5mm）	±0.11mm	±0.075mm	±0.11mm
	2倍厚度(20.0mm)	/	±0.075mm	/
韌帶寬度	1/2韌帶長（4.0mm）	/	±0.025mm	/
韌帶寬度	1/3韌帶長（2.4mm）	/	±0.025mm	/
其他尺寸要求	/	其他尺寸要求與標(biāo)準(zhǔn)V型缺口試樣相同	其他尺寸要求與標(biāo)準(zhǔn)V型缺口試樣相同	其他尺寸要求與標(biāo)準(zhǔn)U型缺口試樣相同

表X1.1 標(biāo)準(zhǔn)試樣不同缺口深度對(duì)吸收能量的影響

高吸收能量試樣

中吸收能試樣

低吸收能試樣

標(biāo)準(zhǔn)尺寸試樣

缺口深度，2.13mmA

缺口深度，2.04mmA

缺口深度，1.97mmA

缺口深度，1.88mmA

缺口底圓角半徑0.13mmB

缺口底圓角半徑0.38mmB

103.±5.2

97.9

101.8

104.1

107.9

98.0

108.5

60.3±3.0

56.0

57.2

61.4

62.4

56.5

64.3

16.9±1.4

15.5

16.8

17.2

17.4

14.6

21.4

A標(biāo)準(zhǔn)尺寸2.0±0.025mm(0.079±0.001 in)。

B標(biāo)準(zhǔn)尺寸0.25±0.025mm（0.010±0.001 in）

尺寸影響

XI.3.1增加試樣的寬度或厚度都會(huì)使試樣受變形的金屬的體積增加，當(dāng)試樣斷裂的時(shí)候會(huì)因?yàn)檫@一因素的影響使吸收能量變大。然而，任何尺寸的增加，特別是厚度的增加，也將引起約束度的增加，而這將增加脆性斷裂的傾向，而這可能導(dǎo)致吸收能量的降低。標(biāo)準(zhǔn)v型缺口的試樣處在脆性斷裂的邊緣時(shí)更是如此，雙倍厚度試樣斷裂實(shí)際需要的吸收能量可能比一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)厚度的試樣的吸收能量要小。

•XI.3.2在受材料尺寸限制而不能制備標(biāo)準(zhǔn)試樣時(shí)，例如當(dāng)材料是6.35 mm厚度的鋼板時(shí)，采用的就是小尺寸試樣這樣的試樣（圖A3.1 )按圖1中的V型缺口試樣制備。

XI.3.3不同尺寸或形狀的試樣獲得吸收能量數(shù)值一般不可換算，但經(jīng)過對(duì)給定材料和特定試樣專門研究后，為滿足技術(shù)條件使用，可以建立有限的關(guān)聯(lián)性。另一方面，在各種有關(guān)工藝變化相對(duì)影響的研究中，使用一些人為選擇的具有特定缺口的試樣時(shí)，在多數(shù)情況下都應(yīng)在其適當(dāng)?shù)挠嗀浐贤凶⒚?/span>

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