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低溫脆性沖擊試驗(yàn)機(jī)對(duì)材料的要求

來(lái)源:技術(shù)文章    更新時(shí)間:2025-09-19    瀏覽:99次

低溫脆性沖擊試驗(yàn)機(jī)(如常見(jiàn)的夏比Charpy沖擊試驗(yàn)機(jī))對(duì)材料制備的要求非常嚴(yán)格和具體。試樣制備的質(zhì)量直接決定了試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性、重復(fù)性和可比性。

以下是材料制備的核心要求,主要基于ASTME23ISO148GB/T229等國(guó)內(nèi)外通用標(biāo)準(zhǔn):

一、核心原則

制備過(guò)程的總原則是:不能因加工(如過(guò)熱、嚴(yán)重變形、加工硬化等)而改變材料本身的微觀組織和力學(xué)性能,尤其是缺口根部區(qū)域的性能。

二、具體要求詳解

1.取樣位置與方向(SamplingLocationandOrientation)

重要性:材料的性能(尤其是韌性)具有各向異性,例如軋制或鍛造材料縱向、橫向和高向的性能差異很大。

要求:

必須在技術(shù)協(xié)議或標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定取樣的位置(如距表面的距離、鋼板的1/4處等)和方向(如LTTL等)。

必須在試驗(yàn)報(bào)告中清晰記錄取樣位置和方向。

示例:LT表示試樣長(zhǎng)度方向(沖擊方向)平行于軋制方向(L),缺口方向垂直于軋制方向(T)。

2.試樣尺寸與公差(DimensionsandTolerances)

重要性:沖擊功是,尺寸的微小偏差會(huì)顯著影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。標(biāo)準(zhǔn)試樣才能進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)。

要求:

嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn):必須嚴(yán)格按照所執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)(如ASTME23GB/T229)來(lái)加工試樣尺寸。見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)夏比V型缺口沖擊試樣尺寸為55mmx10mmx10mm

高精度公差:對(duì)長(zhǎng)度、寬度、高度、缺口下的剩余厚度(通常為8mm)都有嚴(yán)格的公差要求(通常為±0.02mm到±0.1mm)。尺寸超差是導(dǎo)致試驗(yàn)無(wú)效的常見(jiàn)原因。

常見(jiàn)類型:除標(biāo)準(zhǔn)尺寸外,還有小尺寸試樣(如7.5mmx10mmx10mm,5mmx10mmx10mm),但使用小尺寸試樣得出的數(shù)據(jù)不能直接與標(biāo)準(zhǔn)試樣數(shù)據(jù)對(duì)比,通常需要換算或特別說(shuō)明。

3.缺口加工(NotchMachining)

這是制備過(guò)程中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。缺口的作用是產(chǎn)生應(yīng)力集中,引導(dǎo)裂紋在該處萌生。缺口的質(zhì)量直接決定了應(yīng)力集中的程度。

缺口類型:的是V型缺口(CharpyVnotch,CVN)和U型缺口(Keyholenotch已較少使用)。

加工要求:

形狀與角度:V型缺口角度必須為45°±2°,根部半徑必須為0.25mm±0.025mm。這個(gè)半徑非常小,對(duì)加工刀具要求。

加工方法:必須使用專用的缺口刨床或缺口銑床來(lái)加工,嚴(yán)禁使用普通砂輪或銼刀手工制作,因?yàn)闊o(wú)法保證根部半徑和角度的精度,且極易造成加工硬化或微裂紋。

表面質(zhì)量:缺口根部應(yīng)光滑,無(wú)與缺口軸線平行的明顯劃痕。加工時(shí)應(yīng)使用充足的冷卻液,避免因過(guò)熱改變材料性能。

位置:缺口應(yīng)位于試樣寬面的中心線上,偏差不能超過(guò)規(guī)定值(如0.1mm)。

4.表面粗糙度與加工損傷(SurfaceRoughnessandMachiningDamage)

重要性:表面的刀痕、劃傷、微裂紋都會(huì)成為額外的應(yīng)力集中點(diǎn),提前引發(fā)斷裂,導(dǎo)致測(cè)得的沖擊功偏低。

要求:

試樣表面,特別是缺口根部及其附近區(qū)域,應(yīng)達(dá)到一定的光潔度(通常粗糙度Ra值不大于3.2μm,對(duì)缺口根部要求更高)。

加工的最后階段應(yīng)采用精磨或精刨,去除前道工序留下的變形層和損傷層。

試樣表面不應(yīng)有氧化皮、脫碳層。對(duì)于熱處理后的材料,必要時(shí)需通過(guò)機(jī)加工去除表面脫碳層,并確保測(cè)試區(qū)域能代表材料本體性能。

5.熱處理與狀態(tài)(HeatTreatmentandCondition)

重要性:沖擊韌性對(duì)材料的微觀組織極其敏感。

要求:

試樣應(yīng)在最終熱處理狀態(tài)下進(jìn)行加工和測(cè)試。除非另有規(guī)定,所有熱處理都應(yīng)在試樣機(jī)加工完成之前進(jìn)行。

如果機(jī)加工后必須進(jìn)行熱處理(如去應(yīng)力退火),必須嚴(yán)格控制工藝,確保不會(huì)改變材料的顯微組織,并且要記錄在報(bào)告中。

試樣應(yīng)代表交付材料的實(shí)際狀態(tài)。

6.數(shù)量與標(biāo)識(shí)(QuantityandIdentification)

數(shù)量:由于沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)存在一定的分散性,通常同一組試驗(yàn)至少需要3個(gè)有效試樣,以計(jì)算平均值。

標(biāo)識(shí):每個(gè)試樣都應(yīng)有清晰、的標(biāo)識(shí)(如打鋼印或刻號(hào)),但不能在缺口附近或支撐梁接觸區(qū)域標(biāo)識(shí),以免影響試驗(yàn)結(jié)果。

三、制備流程總結(jié)

一個(gè)規(guī)范的制備流程如下:

1.明確標(biāo)準(zhǔn):確定遵循哪個(gè)標(biāo)準(zhǔn)(ASTM,ISO,GB等)。

2.取樣:按規(guī)定位置和方向從材料上截取坯料。

3.熱處理:對(duì)坯料進(jìn)行所需的熱處理(如需)。

4.粗加工:將坯料銑或磨到比最終尺寸稍大(如留0.5mm加工余量)。

5.精加工:

精磨或精銑到最終尺寸,保證四面互相垂直,表面光潔。

使用專用缺口加工設(shè)備加工缺口,確保角度和根部半徑符合要求。

6.檢查:

使用投影儀或工具顯微鏡嚴(yán)格檢查試樣尺寸,特別是缺口角度和根部半徑。

肉眼或低倍顯微鏡檢查表面是否有加工缺陷。

7.清潔:清洗試樣,去除油污和金屬屑。

8.試驗(yàn):立即進(jìn)行試驗(yàn),或妥善保存以防銹蝕和損傷。

特別注意:低溫試驗(yàn)的附加要求

對(duì)于低溫脆性試驗(yàn),試樣制備本身與常溫試驗(yàn)無(wú)異。

關(guān)鍵在于試樣在低溫介質(zhì)(如酒精+液氮)中充分保溫,確保整個(gè)試樣體積達(dá)到并穩(wěn)定在目標(biāo)溫度。

從低溫槽取出到完成沖擊的轉(zhuǎn)移時(shí)間要非常短(通常規(guī)定<5秒),以防試樣溫度回升。

總之,精度和避免材料性能改變是試樣制備的核心。任何疏忽都可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真,使昂貴的測(cè)試失去意義。因此,強(qiáng)烈建議由經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員在專用設(shè)備上完成。

低溫脆性沖擊試驗(yàn)機(jī).jpg


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