材料的冲击试验
实验内容及目的
1、测定低碳钢、铸铁和中碳钢的冲击性能指标；冲击韧度ak 2、比较低碳钢与铸铁的冲击性能指标和破坏情况 3、掌握冲击实验方法及冲击试验机的使用
实验材料和设备
低碳钢、中碳钢、铸铁、冲击试验机、游标卡尺
试样的制备
按照国家标准GB/T229—1994《金属夏比缺口冲击试验方法》，金属冲击试验所采用的标准冲击试样为 并开有 或 深的 形缺口的冲击试样（图1）以及 张角 深的 形缺口冲击试样（图2）。如不能制成标准试样，则可采用宽度为 或 等小尺寸试样，其它尺寸与相应缺口的标准试样相同，缺口应开在试样的窄面上。冲击试样的底部应光滑，试样的公差、表面粗糙度等加工技术要求参见国家标准GB/T229—1994。
（a） （b）
图1 夏比U形冲击试样 （a）深度为2mm；（b）深度为5mm
图2 夏比V形冲击试样
实验原理
实验室将试样放在试验机支座上，缺口位于冲击相背方向，并使缺口位于支座中间，然后将具有一定重量的摆锤举至一定的高度H1，使其获得一定的位能mgH1，释放摆锤冲断试样，摆锤的剩余能量为mgH2，则摆锤冲断试样失去的势能为mgH1-mgH2。如果忽略空气阻力等各种能量损失，则冲断试样所消耗的能量（即试样的冲击吸收功）为:
Ak=mg(H1-H2)。
Ak的具体数值可直接从冲击试验机的表盘上读出，其单位为J，将冲击吸收功Ak除以试样缺口底部的横截面积SN（cm2），即可得到试样的冲击韧性值ak。
（a） (b)
图3 冲击实验的原理图
（a）冲击试验机的结构图 （b）冲击试样与支座的安放图
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实验过程
1、了解冲击试验机的操作规程和注意事项。 2、测量试样的尺寸
3、按“取摆”按钮，摆锤抬起到最高处，并销住摆锤，同时将试样安放好 4、按“退销”按钮，安全销撤掉。
5、按“冲击”按钮，摆锤下落冲击试样。
6、记录冲断试样所需要的能量，取出被冲断的试样。
实验数据的记录与计算
（1） 数据记录与结果 材 料 低碳钢 中碳钢 灰铸铁 (2)计算过程 试样所吸收的试样缺口处的横截冲击韧度K/面面积A/mm2 能量UK/J MJm2 66.613 154 2.312 75.144 58 0.772 75.460 6 0.079 思考题
1、 为什么冲击试样要有切槽？
答：试件中间的可刻槽处有应力集中，并处于不利的三向拉应力状态，呈脆性断裂破坏。目的是模拟工程中实际构件有截面变化、沟槽、螺纹、螺孔等承受冲击的不利情况。
2、 比较低碳钢与灰铸铁的冲击破坏特点。
答：低碳钢和铸铁在冲击荷载作用下表现的性能和破坏特征: 1) 低碳钢的拉伸过程可以分为弹性变形、屈服、强化和缩颈断裂四个阶段；而铸铁在断裂之前只发生弹性变形。
2) 低碳钢的拉伸断口可分为纤维区、放射区和剪切唇三部分组成，而铸铁的拉伸断口为正断。
3) 低碳钢和铸铁相比较，试样尺寸相同，但低碳钢的冲击吸收功远远大于铸铁。
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