JIS Z2242-2005 金属材料冲击试验方法

实验3 金属材料的冲击韧性实验一、实验目的1、了解冲击韧性的含义。

2、测定低碳钢和铸铁的冲击韧性，比较两种材料的冲击性能和破坏断口的形貌。

二、实验概述衡量材料抗冲击能力的指标用冲击韧度来表示。

冲击韧度是通过冲击实验来测定的。

这种实验在一次冲击载荷作用下显示试件缺口处的力学特性(韧性或脆性)。

虽然试验中测定的冲击吸收功或冲击韧度不能直接用于工程计算，但它可以作为判断材料脆化趋势的一个定性指标,还可作为检验材质热处理工艺的一个重要手段。

测定冲击韧度的试验方法有多种。

国际上大多数国家所使用的常规试验为简支梁式的冲击弯曲试验。

在室温下进行的实验一般采用GB/T229-1994标准《金属夏比冲击试验方法》，另外还有“低温夏比冲击实验”，“ 高温夏比冲击实验”。

由于冲击实验受到多种内在和外界因素的影响。

1．实验原理冲击实验机由摆锤、机身、支座、度盘、指针等几部分组成（图3-1）。

实验时，将带有缺口的受弯试样安放于试验机的支座上，举起摆锤使它自由下落将试样冲断。

若摆锤的重量为G ，冲击中摆锤的质心高度由H0变为H1,势能的变化为G(H0-H1),它等于冲断试样所消耗的功W ，亦即冲击中试样所吸收的功为)(10H H G W A k -==图1 冲击实验机及原理图A值可由指针指示的位置从度盘上读出。

因为试样缺口处的高度应力集k的绝大部分为缺口局部所吸收。

中，Ak依据GB/T229-1994《金属夏比缺口冲击试验方法》，夏比缺口冲击试验的原理是：用扬起一定高度的摆锤一次性打击处于简支梁状态的缺口试样，测定试样折断时所吸收的功。

冲击过程中所消耗的能量，除大部分为试样断裂所吸收外，还有一小部分消耗于机座振动等方面，只因这部分能量相对较小，一般可以省略。

2．实验设备冲击试验机，如上图所示。

游标卡尺3．冲击试样冲击韧性的数值与试样的尺寸、缺口形状和支撑方式有关。

国家标准规定两种形式的试样：(1)U型缺口试样（梅氏试样），尺寸形状如图3-2所示；（2）V型缺口试样，尺寸形状如下图所示。

《钢材质量检验》单元教学设计一、教案头二、教学过程设计三、讲义1.材料的韧性韧性是指金属材料受冲击力的作用下，抵抗破坏的能力。

大部分金属在使用过程中，不仅受到静态力的作用，还受到快速形成的冲击力的作用。

例如，火车车轮对铁轨的冲击，海水对轮船的冲击，压力容器受到的冲击。

由于冲击力加载的速度非常快，金属受冲击时，应力分布和变形不均匀，极易发生断裂。

因此，对承受冲击力的零件或工具来说，仅有强度指标是不够的，还要有足够的抵抗冲击负荷的能力，即韧性。

金属材料冲击韧性的评价采用冲击试验来完成。

我国1994年颁布了金属韧性的测试标准GB/T229—1994《金属夏比缺口冲击试验方法》。

2.冲击试验（1）冲击试验原理将标准试样置于冲击试验机的支座上，然后释放具有一定重力势能的重锤，重锤在下降过程中的快速冲击力作用下，将试样一次性冲断。

测试试样在折断过程中的吸收功A k（能量差值）。

冲击功A k的测定原理是能量守恒原理，即摆锤在最高处静止时有一定的重力势能，将试样冲断后继续向前上升到最大位置处有一定的重力势能，二者的能量差即为试样在折断过程中的吸收功A k。

冲击功可在试验机表盘上直接读出。

通常，金属的冲击功A k数值越大，其抵抗冲击破坏的能力就越强。

有时候为了便于比较，不仅要测试试样的冲击功A k，还要将冲击功换算成冲击韧性。

冲击韧性规定为单位面积上所受到的冲击力，即：a k = A k/S0式中 A k——冲击功；S0——试样在冲击缺口处的横截面积。

（2）冲击试样冲击功A k的大小受试样形状的影响较大。

GB/T229—1994中规定可以采用以下两种缺口试样，即U型缺口试样和V型缺口试样。

样坯切取应参照GB2975标准中的规定，式样的加工制造应符合下表中的规定。

3. 冲击试验注意事项（1）室温冲击试验应在23士5℃下进行,有温度要求的试验应在规定温度士2℃下进行。

（2）试验机一般在摆锤最大能量的10%～90%范围内使用。

JIS-Z-2241：2011金属材料拉伸试验方法目次1 适用范围............................................................................... ........ .................................... . １2 规范性引用文件............................................................................... ................................. .... １3术语和定义............................................................................... ................................................ １4 符号和说明............................................................................... .. (2)5原理............................................................................... ......................................... ............. . (8)6 试样............................................................................... . (18)6.1形状及尺寸............................................................................... ...................... .. (18)6.2试样种类............................................................................... ................ ......... . (18)6.3试样加工............................................................................... ...................... .. (19)7 原始横截面积的测定............................................................................... . (21)8 原始标距的标记............................................................................... (21)9 试验设备的准确度............................................................................... .. (22)9.1试验机............................................................................... . (22)9.2延伸计............................................................................... .. (22)10 试验条件............................................................................... .. (22)10.1试验零点的设定............................................................................... (22)10.2试样夹持方法............................................................................... . (22)10.3试验速度............................................................................... .. (23)11 上屈服强度的测定............................................................................... . (24)12 下屈服强度的测定............................................................................... . (25)13 规定塑性延伸强度的测定............................................................................... .. (25)14 规定总延伸强度的测定............................................................................... (25)15 规定残余延伸强度的验证和测定............................................................................... .. (25)16 屈服点延伸率的测定............................................................................... .. (26)17 最大力塑性延伸率的测定............................................................................... (26)18 最大力总延伸率的测定............................................................................... (26)19 断裂总延伸率的测定............................................................................... . (26)20 断后伸长率的测定............................................................................... . (27)21 断面收缩率的测定............................................................................... .. (28)22试验报告............................................................................... .. (28)23测量不确定度............................................................................... . (29)23.1一般............................................................................... .. (29)23．2试验条件............................................................................... (29)23.3试验结果............................................................................... . (29)附录A(参考附录)计算机控制拉伸试验机使用的建议 (30)附录B（规范性附录）厚度0.1mm～<3mm 薄板和薄带使用的试样类型 (31)附录C(规范性附录)直径或厚度小于4mm 线材、棒材和型材使用的试样类型 (34)附录D(规范性附录)厚度等于或大于3mm 板材和扁材以及直径或厚度等于或大于4mm 线材、棒材和型材使用的试样类型............................................................................... . (35)附录E (规范性附录)管材使用的试样类型............................................................................... (43)附录F(参考附录)考虑试验机柔度估计的横梁分离速率 (46)附录G（参考附录）断后伸长率低于5%的测定方法 (47)附录H(参考附录)移位法测定断后伸长率............................................................................... (48)附录I（(参考附录）棒材、线材和条材等长产品的无缩颈塑性伸长率的测定方法 (50)附录JA(参考附录)............................................................................. (51)附录JB（参考附录）........................................................................... . (52)附录JC(参考附录)JIS与国标对照表 (55)日本工业规格Z2241：2011金属材料拉伸试验方法Metallic materials -Tensile testing -Method of test at room temperature序文本标准修改采用国际标准ISO 6892-1：2009《金属材料室温拉伸试验方法》。

实验名称：金属系列冲击试验一、试验目的1、通过测定低碳钢、工业纯铁和T8钢在不同温度下的冲击吸收功，断口脆性断面率，观察比较金属韧脆转变特性。

2、结合夏比冲击试验归纳总结降低金属韧性的致脆因素。

二、试验要求：按照相关国标标准（GB/T229-1994金属夏比缺口冲击试验方法）要求完成试验测量工作。

三、试验原理本试验的原理为：韧性是材料承受载荷作用导致发生断裂的过程中吸收能量的特性。

冲击试验是在高速载荷的作用下材料韧性的通用试验方法，试验测量结果为冲击吸收功。

采用系列冲击试验，即测定材料在不同温度下的冲击吸收功，可以确定其韧脆转变温度。

四、试验准备内容1、试验材料与试样①本次试验的材料为：Q235低碳钢、T8钢和纯铁。

②本次试验的试验选择应依照国标要求，试样为缺口深度为2mm的标准夏比U 型缺口冲击试样，试样的具体尺寸及公差如图1所示：2、试验测试内容与相关的测量工具、仪器、设备①试验测试内容试验中所需测量的物理量：低碳钢、工业纯铁和T8钢在不同温度下的冲击吸收功，脆性区各边长度②测量工具、仪器、设备1. 冲击试验机JB-300B，主要性能指标如下：最大冲击能量：300J摆锤预扬角：150°摆轴中心至打击中心的距离：750mm冲击速度：5.2m/s试样支座跨距：40mm试样支座端圆弧半径：R1-1.5mm冲击刀圆弧半径：R2-2.5mm冲击圆弧半径：30°冲击刀厚度：16mm2.杜瓦瓶3.工具显微镜4.温度计3、试验步骤或程序1.每个人分别从样品盒中取一块样品并对样品编号以作区分。

2.保温温度分别设有80o C，室温，0o C，-20o C，-30o C，-40o C，-60o C，在确定好各自样品的保温温度后，用夹具正确地将样品置于杜瓦瓶内，让样品连同夹具与温度计保温5min以上。

对于低温试样，使用液氮对样品进行降温，低温时的保温时间应从温度低于预设值计起，当瓶内温度高于预设值时，适当补充液氮进行降温。

冲击强度impact strength（1）冲击强度用于评价材料的抗冲击能力或判断材料的脆性和韧性程度，因此冲击强度也称冲击韧性。

（2）冲击强度是试样在冲击破坏过程中所吸收的能量与原始横截面积之比。

（3）冲击强度根据试验设备不同可分为简支梁冲击强度、悬臂梁冲击强度.(4) 冲击强度的测量标准主要有ISO国际标准（GB参照ISO）及美国材料ATSM 标准，GB为1943-2007为最新标准，ATSM 标准为D-256标准，具体区分如下：GB: 是试件在一次冲击实验时，单位横截面积（m2）上所消耗的冲击功（J），其单位为MJ/m2。

ATSM:它反映了材料抵抗裂纹扩展和抗脆断的能力,单位宽度所消耗的功，单位为J/m。

(5)设备区分：悬臂梁冲击方向中间有撞针，简支梁冲击方向垂直面有凹块，正面形状为一凹形摆锤。

(6)缺口区分：缺口一般分为四种，有V型口和U型口两种，每种根据简短圆弧半径又分为两种。

(7)样条区分：GB：一般为80*10mm 样条以及63.5*10mm 样条缺口为2mm，也有63.8*12.7mm样条ATSM:一般为63.5*12.7mm 缺口剩余宽度为10.16mm （国内有用80*10样条）(8)测试公式：GB: a=W / (h*d) 单位KJ/m ATSM: a= W /d 单位：J/ma:冲击强度W :冲击损失能量h：缺口剩余宽度d：样条厚度因此，GB与ATSM之间不可以等同测量，但从测量公式可总结经验公式：GB 数值*10.16或8（错误样条）=ATSM数值，也可以由实际测量来总结比值。

冲击韧性实验大纲1．用摆锤冲击试验机，冲击简支梁受载条件下的低碳钢和铸铁试样，确定一次冲击负载作用下折断时的冲击韧性αku2．通过分析计算，观察断口，比较上述两种材料抵抗冲击载荷的能力冲击韧性实验指导书衡量材料抗冲击能力的指标用冲击韧度来表示。

冲击韧度是通过冲击实验来测定的。

这种实验在一次冲击载荷作用下显示试件缺口处的力学特性(韧性或脆性)。

夏比冲击试验冲击试验一、金属夏比冲击试验金属材料在使用过程中除要求有足够的强度和塑性外，还要求有足够的韧性。

所谓韧性，就是材料在弹性变形、塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。

韧性好的材料在服役条件下不至于突然发生脆性断裂，从而使安全得到保证。

韧性可分为静力韧性、冲击韧性和断裂韧性，其中评价冲击韧性（即在冲击载荷下材料塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力）的实验方法，按其服役工况有简直梁下的冲击弯曲试验（夏比冲击试验）、悬臂梁下的冲击弯曲试验（艾尔冲击试验）以及冲击拉伸试验。

夏比冲击试验是由法国工程师夏比（Charpy）建立起来的，虽然试验中测定的冲击吸收功Ak值缺乏明确的物理意义，不能作为表征金属制作实际抵抗冲击载荷能力的韧性判据，但因其试样加工简便、试验时间短，试验数据对材料组织结构、冶金缺陷等敏感而成为评价金属材料冲击韧性应用最广泛的一种传统力学性能试验。

夏比冲击试验的主要用途如下：（1）评价材料对大能量一次冲击载荷下破坏的缺口敏感性。

零部件截面的急剧变化从广义上都可视作缺口，缺口造成应力应变集中，使材料的应力状态变硬，承受冲击能量的能力变差。

由于不同材料对缺口的敏感程度不同，用拉伸试验中测定的强度和塑性指标往往不能评定材料对缺口是否敏感，因此，设计选材或研制新材料时，往往提出冲击韧性指标。

（2）检查和控制材料的冶金质量和热加工质量。

通过测量冲击吸收功和对冲击试样进行断口分析，可揭示材料的夹渣、偏析、白点、裂纹以及非金属夹杂物超标等冶金缺陷；检查过热、过烧、回火脆性等锻造、焊接、热处理等热加工缺陷。

（3）评定材料在高、低温条件下的韧脆转变特性。

用系列冲击试验可测定材料的韧脆转变温度，供选材时参考，使材料不在冷脆状态下工作，保证安全。

而高温冲击试验是用来评定材料在某些温度范围如蓝脆、重结晶等条件下的韧性特性。

按试验温度可分为高温、低温和常温冲击试验，按试样的缺口类型可分为V 型和U型两种冲击试验。

金属材料夏比冲击试验的应用研究作者：李卫军李庆魏磊来源：《价值工程》2018年第04期摘要：本文主要针对日本的JIS标准、美国的ASTM标准和中国的GB标准中的冲击试验方法进行比较，列举了它们之间的差异。

并结合国标GB/T229冲击试验方法对40CrNiMoA和TC4等两种材料进行了试验研究。

结果表明：依据国标GB/T229的方法确定了40CrNiMoA韧脆转变温度为-20℃；而钛合金TC4所得出的试验数据存在着波动，主要和试样的尺寸差异以及表面光洁度有关，其试验结果都符合生产用要求。

Abstract： This paper mainly compares the impact test methods of the Japanese JIS standard，the American ASTM standard and the Chinese GB standard， and lists the differences between them. Combined with GB/T229 impact test methods， two kinds of materials， 40CrNiMoA and TC4 were studied. The results show that the ductile-brittle transition temperature of 40CrNiMoA is -20℃according to GB/T229 method. However， the experimental data of titanium alloy TC4 are fluctuating， which are mainly related to the size difference of the sample and the surface finish. The test results all meet the production requirements.关键词：夏比冲击试验；试验方法；试验标准Key words： Charpy impact test；test methods；test standard中图分类号：TG115.5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）04-0121-040 引言夏比（Charpy）冲击试验是评价冲击载荷下材料塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力的试验方法。

实验四 冲击性能试验一. 实验目的（1）测定塑料的冲击强度，并了解其对制品使用的重要性。

（2）了解冲击实验机原理，学会使用冲击实验机。

（3）掌握试验结果处理方法，了解测试条件对测定结果的影响。

二. 实验原理冲击强度(Impact Strength)是高聚物材料的一个非常重要的力学指标，它是指某一标准样品在每秒数米乃至数万米的高速形变下，在极短的负载时间下表现出的破坏强度，或者说是材料对高速冲击断裂的抵抗能力，也称为材料的韧性。

评价材料的冲击强度最好的试验方法是高速应力－应变试验。

应力－应变曲线下方的面积与使材料破坏所需的能量成正比。

如果试验是以相当高的速度进行，这个面积就变成与冲击强度相等。

本实验采用摆锤法。

基本原理摆锤从垂直位置挂于机架的扬臂上以后，此时扬角为α（如图2－35所示），便获得一定的位能，如任其自由落下，位能转化为动能，将试样冲断，冲断以后，摆锤以剩余能量升到某一高度，升角为β。

图2－35 摆锤式冲击实验机工作原理在整个冲击实验中，按照能量守恒关系可写出下式：)(0h h n A -=(cos cos )mL βα=-式中 m －冲锤质量，kg ；α―冲锤冲前之扬角； L―冲锤摆长，m ；β―冲锤冲断试样后之升角；A―冲断试样所消耗的功，J 。

式中除β外均为已知数，故根据摆锤冲断试样后之升角β的大小，即可绘制出读数盘，由读数盘可以直接读出冲断试样时消耗的功的数值。

消耗的功除以试样的横截面积，即为材料的冲击强度σ1（kJ/m 2）。

按下式计算：1A bdσ=式中 A―冲断试样所消耗的功，kJ ；b―试样宽度，m ；d―试样厚度，m 。

：11bd A =σ 式中 A 、b 同前； d 1――缺口试样剩余宽度，m 。

三. 实验设备和材料摆锤式冲击试验仪 游标卡尺 尼龙试样四. 实验步骤（1）熟悉设备，检查机座是否水平。

（2）用卡尺测量试样中间部位的宽度、厚度，缺口试样则测量缺口处的剩余厚度，准确至0.02mm ，测量三点，取平均值。

冲击试验一、实验目的1．了解金属材料常温一次冲击的试验方法。

2．测定处于简支梁受载条件下的碳钢和铸铁试样在一次冲击载荷下的冲击韧性αku。

3．观察比较上述两种材料抵抗冲击载荷的能力及破坏断口的特征。

二、实验设备和仪器1．冲击试验机2．游标卡尺三、试样的制备冲击试样的类型和尺寸不同，得出的试验结果不能直接换算和相互比较，GB/T229-1994对各种类型和尺寸的冲击试样都作了明确的规定。

本次试验采用金属材料夏比（U型缺口）试样，其尺寸及公差要求如图1-39所示。

（a）标准试样（b）深U型和钥匙孔型试样图1-39 夏比U型缺口冲击试样图1-40缺口处应力集中现象在试样上制作切口的目的是为了使试样承受冲击载荷时在切口附近造成应力集中，使塑性变形局限在切口附近不大的体积范围内，并保证试样一次冲断且使断裂发生在切口处。

分析表明，在缺口根部发生应力集中。

图1-40所示为试样受冲击弯曲时缺口所在截面上的应力分布图，图中缺口根部的N 点拉应力很大，在缺口根部附近M 点处，材料处于三向拉应力状态，某些金属在静力拉伸下表现出良好的塑性，但处于三向应力作用下却有增加其脆性的倾向，所以塑性材料的缺口试样在冲击载荷作用下，一般都呈现脆性破坏方式（断裂）。

试验表明，缺口的形状，试样的绝对尺寸和材料的性质等因素都会影响断口附近参与塑性变形的体积。

因此，冲击试验必须在规定的标准下进行，同时缺口的加工也十分重要，应严格控制其形状、尺寸精度及表面粗糙度，试样缺口底部光滑，没有与缺口轴线平行的明显划痕。

四、实验原理由于冲击过程是一个相当复杂的瞬态过程，精确测定和计算冲击过程中的冲击力和试样变形是困难的。

为了避免研究冲击的复杂过程，研究冲击问题一般采用能量法。

能量法只需考虑冲击过程的起始和终止两个状态的动能、位能（包括变形能），况且冲击摆锤与冲击试样两者的质量相差悬殊，冲断试样后所带走的动能可忽略不计，同时亦可忽略冲击过程中的热能变化和机械振动所耗损的能量，因此，可依据能量守恒原理，认为冲断试样所吸收的冲击功，即为冲击摆锤试验前后所处位置的位能之差。