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1、韧性试验韧性试验另一个金属重要的性能是韧性。我们已经学习过这一性能是指金属吸收能量的能力。在讨论拉伸试验时,我们知道金属的韧性可以描述为应力应变曲线之下的面积。这是金属在慢慢加载的情况下吸收能量的值。在讨论韧性时,你还记得当迅速加载时,要注意缺口韧性或冲击强度。接下来讨论的是可以测定金属这种特殊性能的有关试验。因此,用来确定金属缺口韧性的各种试验所用的试样都带有某种类型的加工缺口且加载速度很快。另外,试样的温度会对试验结果产生很大的影响,所以试验必须在规定的温度下进行。自从开始关注金属缺口韧性,已经有许多不同的试验来测量金属的这一重要性能。在讨论金属吸收能量的能力时,必须理解金属吸收能量是一步
2、步进行的。首先,金属开始产生裂纹需要一定的能量。然后,裂纹扩展需要另一部分能量。某些缺口韧性试验可以分别测量扩展需要的能量和形成开裂的能量,而其他方法只能测量形成开裂和扩展能量的总和。这取决于工程师根据需要所指定的实验方法。尽管有很多种缺口韧性试验类型,美国最常用的是却贝 V 缺口试验。这种试验的标准试样为端面:10mmX10mm 正方形,长:55mm。 试样的一个长面上有一条精密加工的深 2mm 的V型缺口。缺口底部的半径很精度,为 0.25mm。 这一半径的加工非常关键,因为即便是很小的不连续也会对试验结果产生很大的变化。标准却贝试样,参见图 6.28。金属试样比标准试样小的话,通常还可选
3、用减小的横截面试样,包括 3/4,1/2,1/4 大小。正方形横截面的尺寸分别为7.5mm,5.0mm,2.5mm。当使用这种减小尺寸的试样要注意它所产生的韧性数据由于质量的影响通常比标准尺寸的试样要高。因此减小尺寸的却贝试样数据不能直接与标准尺寸样品数据比较除非运用特定材料的修正系数。 ASTM标准 E23详细讲述了冲击试验,对有关尺寸的问题可做参考。试样精密加工后,如果规定的试验温度低于室内温度,则需将试样冷却到该温度。可以用一种液体或气体媒质来完成,冰和水通常用于中低温度,干冰和丙酮用于极低温度。在试样稳定在试验所需温度后,把它从低温介质中取出,迅速放在试验仪器的基准面上。基准面和试样的
4、放置如图 6.29所示。夏比冲击试验机如图6.30 所示。夏比冲击试验机由一个带撞击头的摆锤,一个测砧,一个释放杆,一个指针以及刻度盘。由于要测量试样在断裂过程中吸收的能量,我们靠把摆锤抬到一规定的高度来提供所给的能量。一旦释放,指针会下落并继续通过它所撞击的直至其运动路线相反侧的最大高度。 如果没有阻力,它会升到能量吸收设为零的点。 当它接触到夏比试样,需要一定量的能量来开始和扩展的试样断裂。这使得钟摆指针升到零能量吸取点以下。摆动的最大点会通过刻度盘的指示显示。由于该刻度盘是校准过的,就可以从刻度盘上直接读出使试样断裂所需能量值。这个称为断裂能量值是夏比冲击试验的主要收获。 这种能量用英尺
5、磅表示。大多数夏比试验吸收能量用英尺磅表示 ,而金属缺口韧性则用其他单位表示。它们主要取决于对失效夏比试样各种特性的测量。这些数值包括侧向膨胀量和剪切百分比。侧向膨胀量是试样在断裂过程中产生的侧向变形的量。 它可以测量到英里或千分之一英寸。 剪切百分比是对断裂面韧性失效或剪切失效量的描述。无论使用哪种测量方法,我们所关注的是所有一系列试验结果。当我们有一系列的试样在不同的温度下进行的试验,我们可以知道试验值会随着温度的变化做怎样的变化。如果我们将这些值对应于温度标出,会得到一条上下水平之间几近垂直区域的曲线。 每一类测量,都有一处能量值急剧下降温度。 这一温度称为转变温度,这就是说金属在这一温度下从韧性转变为脆性。设计者从中可知金属的使用范围应该在该温度之上。这些转变曲线的例子见图 6.31。夏比试验还有其他许多方面的运用。 用来测量缺口韧性的其它试验包括落锤试验,爆破试验,动态撕裂和裂缝尖端张开位移试验(CTOD)。这些试验使用不同的试样和加载方式。
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