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金属的冷热冲击试验


金属的冷热冲击试验

冷热冲击试验离不开冲击负荷(即以很高速度作用于物体的负荷)。由于负荷的冲击速度很高,作用的时间很短,所以受冲击体的表面常因承受局部负荷而出现局部变形或断裂。承受冲击负荷的金属材料,仅具有足够的强度是不够的,还必须具有很大的冲击吸收功。所谓冲击吸收功,就是规定形状和规定尺寸的试样在冷热冲击试验力一次作用下折断所吸收的功。材料的冲击吸收功越大,其抵抗冲击的能力也越高。此外,通过冲击试验还可准确地

发现材料的内部缺陷、晶粒大小以及金相组织在钢中的影响。而这些因素的影响很难?用静负荷试验来发现。因此,冷热冲击试验是用以检查材料力学性能和品质的一种重要试验。冲击吸收功既是材料的重要指标,也是钢的综合性能指标。要确定材料的冲击吸收功,必须进行冷热冲击试验。

目前最普遍应用的一种冷热冲击试验是一次摆锤弯曲冷热冲击试验。现在,钢材冷热冲击试验方法有GB229-84今属夏比(U型缺口)冷热冲击试验方法、G;32106-80金属夏比(v型缺口)冷热冲击试验方法、GB4158-84金属艾氏冷热冲击试验方祛、G B4159-84金属低温夏比冷热冲击试验方法、GB5775-86金属高温夏比冷热冲击试验方法等几种。至于小能量多次重复冷热冲击试验方法,尚未形成国家标准。

工厂常规检验仅采用U型及V型两种冲击试样,且在常温或低温下进行试验,所以本章着重介绍与此有关的试验方法。

一、冲击试样的制备冲击试样的制取,同拉伸试样的制取一样,通常二者是一起制备的。冲击试样的种类为数很多,这里仅介绍常用的夏比U型试样和夏比V型试样。过去我国各钢厂测定钢的冲击吸收功时.主要采用U型缺口冲击试样。目前,为适用《钢质海船建造规范》,又颁布叮B2106-80全属夏比(V型缺口)冷热冲击试验方法。由于两利,试样的缺口深度一样,而缺口底部半径不同.U型为1mm,v型为0.25mm,因此,V型应力相对集,1,,当试样受到冲击时,就显得更敏感。试样有下列缺陷之一者,不得进行试统:

(1)试样在加工和保存期间锈蚀、缺H部位划伤;

(2)试样或刻枯圆弧表面上有横向加工痕迹(即平行于刻槽长度方向的痕迹);

(3)试样上有淬火或其他裂缝;

(4)棱边上有毛刺;

(5)外形及尺寸公差不符合有关规定。

二、室温冷热冲击试验摆锤冷热冲击试验,就是将标准冲击试样置干冲击试驳机支座上,然后释放其有~定位能的重锤,把试祥冲断。击断试样所作的功AxvAK。即为冲击吸收功。

试验步骤及注意事项:

(1)测拟试样的刻槽部位尺寸(量具的精确度不得低于0.02mm);

(2)校正冲击机,使第一次空摆时对准零,使试样支撑板之间的距离为40mm;

(3)注意材料的冲击吸收功的大小,选定好摆锤能量级别;

(4)将摆锤置于冲击位置上,并使其固定:

(5)将试样对准冲击中心(偏差不得大千0.2mm).并将玫咒于支撑板上;

(6)注意周圈安全,拨动手柄,将试样冲断;

(7)读出冲击过程所消耗的功AKVAkm;

(8)试验中如果因试验机的打击能星不足而试样未折断,则应在试验数据前加大于符号“>”,如因J岑他情况未折断则注明“未折断”字祥;

(9)试验时的室温一般为235'C;

(10)冲击完毕出现下列情况之一者,试验结果作废:试样侧面折断处与加工刀痕或磨痕部位重合三试样折断时,发现层裂或淬火裂纹;操作中出现误差。如果试验结果作废.应重新取样补充试脸,但记录中应注明试脸情况。

三、低温冲击试验

在低温钢的冲击吸收功显著降低,这种现象称为钢的冷脆现象。钢的冷脆性在实用上具有很大意义,特别对寒冷地区使用的钢材.更应试毅其冷脆性。冲击吸收功随温度而变化的情况如图5-30所示。试样承受很大冲击吸收功的部位,其断口一般为韧性断口(即有塑性变形的断口),试样承受较小冲击吸收功的部位,其断口为脆性断口(无明显塑性变形的断口),而冲击吸收功变化极大的中问部位,其断口的一部分为脆性,一部分为韧性,因此这甲一部位的温度叫做脆性转变温度。这一温度范围,因钢种、显微组织、试验条件等的不同而有很大的变动。脆性转变温度越低的金属,越能在低温下承受冲击负荷。

因此,脆性转变温度的高低是金属材料的质最指标之一。低温冷热冲击试验,是将试样置于某种冷却剂中,冷却到规定的温度后再进行试验,以测定其低温冲击吸收功。据GB4159-84的规定,金属低温冷热冲击试验可在<15~192`C温度范田内进行,而试样应根据G B229-84GB2106-80中的有关规定制取。

1.试样冷钾a度的拉刹

(1)试验式样的冷却,应在具有足够容量、能保证试样在最短时问内冷却到试验温度的容器中进行。如果同时冷却的试样不多于10个,可使用容积不小于1L冷热冲击试验箱,如果同时冷却10个以.L的试样,则必须使用更大容量的冷热冲击试验箱

(2)在几个不同的温度下进行试94,时,所有试样均置于同一冷热冲击试验箱中。此时试验应从极限温度(最好从最高温度)逐渐过渡到J仁他试验温度。当试验经过热处理的试样时,

如哭金属在低温下停留时间过长会引起残佘奥氏体分解,则i尤样应分别置干每一试验温度下的容器中。

(3)冷热冲击试验箱温度的洲赞精确度应达到0.5C

(4)采用干冰(固体二氧化碳)与洒精的混合物作为冷却剂、加入干冰时应进行搅拌,以保证冷却剂的温度均匀。为了达到一60`C或更低的温度,最好采用液体狱(含氧量应低于10%)和酒精(95-96%)i昆合物作为冷却剂。

(5)冷却试样时,所用手钳(最好用竹夹或木夹)或从冷却器中取样的其他工具也应与试样同时冷却。

(6)冷却液温度或试样的控制温度应低干规定的试验温度。每一试验温度所需的过冷度应根据实际情况用试验法确定。如果从箱内取出试样立即装在试验机上到摆锤打击试样时的总时间为2-5s,且室温为2350C,则采用表5-15所示过冷温度。

(7)如果有关技术规范无特殊规定,则在每一温度下试验试样数量应不少于三个,所有试样的冲击吸收功应记在试验记录表中。

2.低温冲击试脸程序

(1)首先将酒精注入冷却器内,使其深度至少为试样厚度的2倍。当温度在0-6090范围内时,一般加人适量的干冰;当温度在一60^--100℃范围内时,则在容器中加入纯酒精和含氧不超过10%的液态氮;如果温度在一100℃以下,可用液态氮和高级肮空汽油等低凝固点的液体介质进行冷却。

(2)不断搅拌冷却剂使之尽快达到规定温度(包括过冷度值),保持时间随冷却介质不同而异。若使用液体卞冷却介质,保持时间不少于5min;若使用气体冷却介质,保持时间不少于15min,

(3)将试样每隔一定距离放在底栅上,按顺序排好,刻槽向下,然后将底栅与试样置于冷却剂中。

(4)当温度上升时,待温度重新达到规定值后,继续保温,然后迅速取出试样移置于冷热冲击试验机上进行试验。

(5)试验结果的计算及表示方法以GB229-84GB2106-80的规定为淮。四、小能f多次盆复冷热冲击试验简介在冲击负荷下工作的钢构件和零件,很少因一次超荷冲击而遭受破坏。在绝大多数情况下,它们所承受的冲击属于小能量多次冲击,其破断的过程是多次冲击损伤积累所造成的裂缝的发生和发展的过程。这与大能hL一次冲击破断的过程是不相同的。因此.要正确衡材料承受冲击负荷的抗力指标,应采用小能呈多冲的抗力,而不是一次冷热冲击试验得出的冲击玫功。小能量多冲试验一般在连续试验机上进行,如图5-31所示。试样一端由弹簧顶针顶注,另二端用橡皮套与转轴连接。

例如环仪冷热冲击试验机,每冲击一次试样转动一个角度,转动的角度可按需要进行调节。对一定尺寸的试样进行多次冷热冲击试验,每确定一个冲击能量A9就得到一个相应的冲断周次(即冲击寿命)N。如果系统地确之不同的冲击能试验就可得到一系列相应的冲击周次,这样就可绘制出所试材料的冲击能盆A一破断应该指出,冲击能量高时,材料的多冲抗力主要取决于材料的冲击吸收功和塑性;而冲击能量低时,则材料的多冲抗力主要取决于材料的强度。

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