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ASTM E23-2016b金属材料缺口试样标准冲击试验方法StandardTestMethodsforNotchedBarImpactTestingofMetallicMaterialsASTME23-2016b金属材料缺口试样标准冲击试验方法1金属材料缺口试样标准冲击试验方法①本标准的固定编号为E23;其后面的数字表示最初釆用或最后修订的年份。括号里的数字表示此标准的最后重新批准时间。上标希腊字母(ε)表示最后一次修订或复审后的编辑修改。本标准已经美国国防部认可采用。1.范围1.1本标准规定了采用夏比试验(简支梁)和艾氏试验(悬臂梁)进行的金属材料缺口试样冲击试验的方法。该方法给出了试样、试验步骤、试验报告、试验机(见附录A1)、夏比冲击试验机校准(见附A2)、可选试样形状(见附录A3)、试样取向的选择(见术语E1823)、冲击试样断口剪切断裂百分率的确定(见附录A4)。此外,还提供了缺口冲击试样的重要资料(见附录X1)、打击中心的测量方法(见附录X2)。1.2本试验方法不适用于温度在-196℃77K以下的冲击试验。1.3以SI国际单位为准的数值视为标准值。本标准没有列入其他测量单位。1.3.1例外第8部分和附录A4提供了英寸-磅单位,仅供信息参考。1.4本测试标准无意论及所有安全事项,如果有则结合其应用一起论述。本标准使用者有责任制定适宜的安全和卫生操作规章,并在使用前确定规定适用范围。相关的注意事项参见第5部分。2.引用文件2.1 ASTM标准②B925粉末冶金PM试样的生产、制备的标准实施规程E177 ASTM试验方法精确度和偏差术语应用实施规范E691为测定试验方法准确度而进行的实验室间的研究E1823疲劳和断裂测试相关标准术语E2298用仪器测定金属材料冲击的试验方法①本试验方法由ASTM的E28力学性能试验委员会管辖,并由E28.07冲击试验分委员会直接负责。现版本于2016年6月1日批准,2016年6月出版。原版本在1933年批准。前一个最新版是2016年批准的E23-16a。DOI10.1520/E0023-16B。②对于ASTM的参考标准,可登陆ASTM网站,www.astm.org或联系serviceastm.org的ASTM客户服务部。ASTM标准年报资料,参见ASTM网站的本标准的文件概要页。ASTME23-2016b金属材料缺口试样标准冲击试验方法23.试验方法概述3.1冲击试验的基本特点是将适当的试样(规定了几种不同类型的试样)放置于砧座上承受已知动能摆锤的冲击,摆锤必须具有足够大的能量打断放置在摆锤运动轨道上的试样,测量装置应测定打断试样时吸收的能量。4.意义和用途4.1本试验方法反映了施加一次性载荷时由缺口、高速施加的载荷以及高温或低温情况下而产生的多轴向应力时金属的特性。在与服役条件相关的情况下,已经发现,对于某些材料和某些温度,缺口冲击试样的试验结果预测脆性断裂更为精准。有关该试验的更多意义参见附录X1。5.操作试验机的保护措施5.1在操作试验机的时候,应采取保护措施,防止受到摆锤、飞出的断裂试样和试样加热和冷却介质的伤害。6.试验装置6.1一般要求6.1.1试验机应是具有刚性结构的摆锤式冲击试验机。6.1.2试验机应按照附录A1的要求进行设计和制造。6.2检查和校准6.2.1校准冲击试验机的直接检查步骤见A2.2和A2.3。列于A2.2的项目必须每年进行一次。6.2.2校准夏比冲击试验机的非直接校准方法(采用校准试样)见A2.4。夏比冲击试验机必须直接或间接的每年进行校准。7.试样7.1形状和取向7.1.1试样应从使用的产品标准规定的材料上选取。7.1.2选取试样的类型很大程度上决定于所要进行测试材料的特性。某一类型试样可能并不完个适合于软有色金属材料和淬火钢材料。因此有多种类的试样。通常,对于韧性较好的材ASTME23-2016b金属材料缺口试样标准冲击试验方法3料或在较低的冲击速度下试验,需要较尖锐和较深的缺口。7.1.3图1和图2所示的是应用最广泛且效果最理想的试样。特别适用于除了铸钢之外的钢铁材料。③夏比样本标号为V型缺口和U型缺口。注1锁眼缺口试样与U型缺口类似,除了缺口宽度≤1.6mm之外。7.1.4通常发现适用于粉末冶金材料的样本见图3和图4所示。粉末冶金冲击试验样本应遵循规程B925程序进行生产。这些材料的冲击试验结果受到样本取向的影响。因此,除非另有规定,样本在机器中的位置应使得摆锤将能打击到平行于压制方向的某一表面。对于粉末冶金材料,冲击试验结果报告为无缺口吸收冲击能量。7.1.5推荐的小尺寸试样和补充试样见附录A3。编号描述尺寸公差1试样长度55mm 0/-2.5 mm2缺口中心±1 mm3边缘缺口长度90° ±2°4相邻的边角90° ±0.17°5宽度10mm ±0.075mm6厚度10mm ±0.075mm7V韧带长度,V型8mm ±0.025mm7U韧带长度,U型5mm ±0.075mm8V缺口半径,V型0.25mm ±0.025mm8U缺口半径,U型1mm ±0.025mm9缺口角度45° ±1°A表面光洁度要求2μmRa ≤B表面光洁度要求4μmRa ≤图1夏比(简支梁)冲击试验试样,V型缺口和U型缺口③铸铁A-3委员会下属冲击试验XV分委员会报告,会议记录,ASTM,第33卷,第1部分,1933。ASTME23-2016b金属材料缺口试样标准冲击试验方法4编号描述尺寸公差1试样长度75mm 0/-2.5 mm2缺口顶部28mm3缺口长度边缘90° ±2°4相邻的边角90° ±0.17°5宽度10mm ±0.025mm6厚度10mm ±0.025mm7韧带长度8mm ±0.025mm8缺口半径0.25mm ±0.025mm9缺口角度45° ±1°A表面光洁度要求2μmRa ≤B表面光洁度要求4μmRa ≤图2艾氏(悬臂梁)冲击试验试样尺寸mmL-全长W-宽度T-厚度55.0±1.010.00±0.1310.00±0.13注1相邻边应至少在90°±10。图3金属粉末结构材料用无缺口夏比(简支梁)冲击试验样本ASTME23-2016b金属材料缺口试样标准冲击试验方法5尺寸mmL-全长W-宽度T-厚度75.0±1.010.00±0.1310.00±0.13注1相邻边应至少在90°±10。图4 P/M结构材料用艾氏(悬臂梁)冲击试验样本7.2机加工试样7.2.1当对热处理材料进行评估的时候,试样应在最后的热处理工序之后对表面及缺口进行机械加工,除非可以证明在热处理之前加工和热处理之后加工的试样的冲击性能是相同的。7.2.2试样的缺口应光滑,一般不需要对其进行抛光。但是,由于缺口尺寸的变化对试验结果的影响非常大,因此试样加工的偏差应按照图1的要求(附录X.2对A型试样的不同尺寸对结果的影响已作说明)。注2对于匙孔形缺口试样,应采用较低的速度仔细进行钻取圆形孔。可以采用适当的方法加工试样的刻槽,但也需要谨慎进行,以保证钻孔表面不被破坏。7.2.3标识标记应只位于样本的以下位置10mm正方形端部的任一端;当样本放置在砧(见注3)上时,朝上的样本面;或者背对缺口的样本面。样本任一面应没有标记在缺口中心线10mm之内。永久性标记器,激光雕刻版,划线器,静电铅笔和其它合适的标记方法可用于识别用途。然而,某些标记方法如果不正确使用,可导致损伤样本。例如,静电铅笔产生过量热或压印时导致样本发生变形,这可以改变样本的机械性能。因此,必须总是小心避免损伤样本。压印和其它标记工艺如果可导致样本发生变形,在缺口加工之前,应只能在样本端部使用。注3对于放置在砧上的试样,在选定试样标记位置之前应非常谨慎。如果试验人员粗心大意试样带有标记的一面可能被放置在朝向试验机的支座上(即朝下),这种情况下获得的冲击功数值可能是不可靠ASTME23-2016b金属材料缺口试样标准冲击试验方法6的。8.试验步骤8.1试验设备的准备8.1.1在每天、每个班次或者每个试验间歇期、在进行试验之前都应对试验机进行例行的检查。建议把对试验机的检查结果记录在试验机检查日志上。在按照附录A1和附录A2对试验机进行校准后,进行如下的例行检查8.1.1.1对摆锤和支座进行目视检查,以确认是否存在明显的损坏和磨损。8.1.1.2按如下步骤检查试验机的0刻度位置将摆锤提升到锁紧位置,将指针移到最大刻度处,释放摆锤,读出数值。该指针应直接标示出试验机的0刻度位置。对于读数为度的试验机,该读数应可以通过试验机生产厂提供的换算表换算出0刻度位置。注4对于没有对空气阻力和摩擦损耗进行补偿的试验机,指针显示的将不是0刻度位置。这种情况下,在换算成冲击功的时候指针所标示的数值应根据指针摆动的弧度对摩擦损耗按比例进行修正。8.1.1.3摩擦和风阻损耗应不超过0.4的被测刻度范围,同时变化应不会超过10的先前设备记录的百分比摩擦和风阻损耗测量值。如果百分比摩擦和风阻损耗超过0.4或者与先前测量值具有显著差异时,此时检查显示装置,闭锁高度和轴承磨损和损伤情况。然而,如果近期未使用过设备,让摆锤摆动50到100个循环,在对设备进行修理之前,重复摩擦和风阻损耗试验。为确保摩擦和风阻损耗在允许公差之内,采用以下其中一种评估程序(1)配有钟表刻度的设备将摆锤提升至锁紧位置;将指针移动到可使用的最大刻度值;释放摆锤(设备上没有一个样本);允许摆锤循环五次(一次向前和一次向后摆锤加起来视为一个循环);在第6次向前摆动之前,指针设置在最大刻度值的5到10之间;在第6次向前摆动之后,记录指针显示值(如果有必要,转化为能量);能量读数除以10;除以使用的最大刻度值,然后乘以100得到百分比摩擦和风阻损耗。(2)配有数字显示装置的设备测定每个制造工艺的百分比摩擦和风阻损耗。ASTME23-2016b金属材料缺口试样标准冲击试验方法7(3)配有刻度盘和数字显示装置的设备使用与记录吸收能量所用相同的显示设备来测定百分比摩擦和风阻损耗(10.2.5和A2.4)。注5在2012版本之前,百分比摩擦和风阻基于11(次)摆动,指针未在第一次摆动时使用。现在指针在第一次摆动中使用。差异在于与第一次摆动相关的摩擦,风阻和指针损耗不再假设为零。在第一个摆动中,指针应回到0.00,以使得只显示随后10个摆动的任何摩擦。8.2试验温度8.2.1试验温度对很多材料的冲击性能都有很大的影响。对于体心立方晶格的材料,在一定温度范围内的断裂方式的转变与材料的化学成分和显微组织有很大关系试验温度可以根据材料性能特点选定固定的温度,也可以根据材料的转变范围特点选定在某一范围内。试验温度由该试验方法的使用者根据具体情况进行选择。对于在室温下进行的试验,推荐的试验温度为(20±5℃。8.2.2试样的温度可能在从试验温度环境中移送到试验机的过程中发生很大变化,因此试验结果可能会发生很大变化(见注8。当使用接近其沸点的介质加热或冷却的时候可以采用注8的参考数据或采用热电偶对数据进行校准,以保证在摆锤接触到试样时试样的温度在允许的偏差范围之内。如果需要绝对隔热的情况下,在冲击的过程中可以对缺口附近的温度进行监控。8.2.3温度测量装置应至少每6个月校准一次。如果使用液体玻璃温度计的话,应对其进行充分的校准,还应检查设备是否存在问题,比如液体的离析,每年至少进行两次。8.2.4将试样保温于所规定的温度±1℃(±2℉)环境中。保证试样进行冲击时的温度与规定温度尽可能接近的加热或冷却或移送方式十分必要(见注8。这里并没有对冲击时的温度和温度调节环境的温度之间的最大允许差进行规定,因为这取决于进行试验的材料和实际的操作情况。非正规的操作人员或对温度控制装置和试样的移送方式操作较少的人员应指出试样在冲击之前的温度改变,或者与采用相同的材料并采用常用介质(油、空气、氮气、丙酮、甲醇)进行热处理的标准尺寸试样的温度改变,并应在5秒钟内移送到试验机进行试验(见注8。采用的温度调节和移送试样的方式包括三种液浴温度调节、用夹钳移送试样;炉子温度调节、自动仪器移送试样;将试样放在支座上加热和冷却。8.2.4.1采用液浴冷却或加热时,应选取适当的容器,该容器应具有放置试样的网格或其他类型的可放置试样的结构。液面应高出试样25mm,缺口的位置距离容器的边和底部均应不小于25mm1in.。试样的任何部位与容器均不应直接接触。测温装置放置在一组试样的中ASTME23-2016b金属材料缺口试样标准冲击试验方法8间的位置。搅动容器中的液体,使其温度保持在所需温度的±1℃(±2℉范围内。试验之前,试样至少应保温5分钟,除非通过热电偶的测量表明试样保温时间可以缩短。试验之前,应将夹持试样的机械装置(比如夹钳)放在液浴中至少5分钟,并在两次试验的过程中将该装置放回到液浴中。8.2.4.2当采用气体介质进行温度调节时,应使试样处于该气体介质包围之中,并将该气体介质的温度控制在所需温度的±1℃±2℉范围内至少30分钟。除移取试样时之外,应将移取试样的装置放置在介质中。注6采用专用油可以使温度升高到±260℃,但必须注意该油料的燃点。注7对于温度低到-196℃77°K的试验,已经制定了标准试验方法。注8研究表明,在水中加热到100℃的试样,因为热量允许在5秒时间内传递给了试验机支座④,从而可在水中之内降低10℃。另外的研究表明,使用沸点温度高于室温的冷却介质,也会因为试样将热量传递给试验机的支座而造成温度发生较大的变化。此外某些材料在低温冲击试验时,也会由于热量传导使温度发生较大的变化⑤。8.3夏比冲击试验步骤8.3.1夏比冲击试验的步骤可综述如下将试样从温度调节设备中移出并放置在试验机的支座上;摆锤在没有振动的情况下释放,试样被摆锤击断。从试验机和破断试样上获得数据。8.3.1.1应使用8mm撞锤,除非规定使用2mm撞锤。注9对一些材料,撞锤半径可能显著地影响结果。8.3.2将试样放置在试验机上的时候,推荐采用图5见A1.10.1的自动对中夹钳。图5中所示的夹钳是V型缺口试样用的。如果使用非V形缺口试样,则应调整夹钳的设计。如果采用端部对中装置,应注意的是应确保低韧性高强度试样不会从该装置中反弹向摆锤,从而导致错误的较高冲击功值。很多此类装置都是永久固定在试验机上的,如果试样两端与对中装置之间的间隙达不到13mm,那么破断后的试样就有可能反弹向摆锤的方向。8.3.3为了进行试验,应首先进行如下的准备工作将摆锤提升到锁紧位置;将冲击功指针放置在刻度盘最大读数处,或者对数字显示进行初始化;将试样放在砧座上,释放摆锤。如果温度调节所采用的是液体或气体介质,则执行下列步骤的所用的时间不应超过5s(对于10mm10mm55mm的试样,见8.2.4;用夹钳将试样从温度调节介质中移出,将试样放在试④Nanstad,R.K.,Swain, R.L. and Berggren,R.G.,“Influence ofThermalConditioning Media on CharpySpecimenTestTemperature,”Charpy ImpactTestFactors andVariables,ASTM STP1072,ASTM,1990,pp.195-210.⑤ToblerR.L. Etal.,“Charpy ImpactTests NearAbsolute Zero,”Journal ofTesting andEvaluation,Vol19,11992.ASTME23-2016b金属材料缺口试样标准冲击试验方法9验位置,平稳的释放摆锤。如果试样已经从温度调节浴液中取出,但怀疑是否已经超出了5s的时间,这时应试将试样重新放回介质中,保持8.2所规定的时间后再试验。编号名称尺寸,mm1支架(缺口侧)长度39.930–0.0512支架(缺口侧)高度7.94±13插入角度44.5±0.5°4支架半径2±15支架宽度9.5±16缺口中心19.967缺口中心19.968A 10mm试样宽度5mm试样宽度3mm试样宽度1.601.700.740.800.450.518B 10mm试样宽度5mm试样宽度3mm试样宽度1.521.650.690.810.360.489钎焊垫片长度17.46±110钎焊垫片伸长4.76±111钎焊垫片高度9.5±112棒7.94±113 1.588±114钎焊垫片宽度9.5±1图5夏比V型缺口试样用对中卡钳8.3.3.1如果试样没有断成两片,则应报告为断裂(见分离说明见9.2.2节)。对于冲击吸收功小于试验机能力的80%的未断裂试样,可以和断裂试样的冲击功值进行平均。如果未列出各个试验值,则报告未断裂试样的百分比数以及平均值。如果冲击功超过了试验机能力的ASTME23-2016b金属材料缺口试样标准冲击试验方法1080%,并且试样在砧座之间彻底断裂,则直接报告该值,而不与其他的数值进行平均(见10.1。如果为断裂试样没有在设备砧座之间没有通过(比如,摆锤卡住),则结果应报告为超过了试验机能力。一个试样应不能能进行一次以上的冲击。8.3.3.2如果试样卡在试验机上,则应废弃此次测量结果并对试验机进行彻底检查,查看是否有损坏,因为这将影响到试验机的校准。8.3.3.3为了防止在竖直位置锁住摆锤的时候,由于振动而造成错误的记录值,从指针上读取这个数值时应在为下次试验而锁住摆锤之前进行。8.4艾氏冲击试验步骤8.4.1艾氏冲击试验的步骤综述如下将试样放置在夹具上,平稳的释放摆锤。通过试验机和冲击完的试样获得数据具体过程如下8.4.2非室温下的艾氏冲击试验做起来是比较困难的,因为试样夹持器经常是试验机机体的一部分,不容易对其进行冷却(或加热)。因此,不推荐在非室温下的艾氏冲击试验。8.4.3将试样牢固的夹持在夹钳上,以保证缺口的中心线与夹钳上表面平面的高度差不超过0.125mm。将冲击功指针放置于刻度盘的最大读数处,平稳的释放摆锤。8.3.3.18.3.3.3的内容也适用于艾氏冲击试样。9.从冲击试验获得的数据9.1刚刚冲击到试样时的冲击吸收功和冲断试样后的冲击功应视为不同该数值由试验机的刻度盘读数来确定,此时并没有对空气阻力和摩擦损失进行修正。注10冲击功的测量也可以采用其他的方式来进行测量,但该方法的准确度是要经过证明的。过去采用的方法中包括光译码和应变仪锤头。9.2侧膨胀量的测量方法必须考虑到断裂轨迹在试样两侧面最大膨胀平分点的位置。可能在断裂试样的某一半的两侧均包括最大膨胀,或者仅在一面包括,或者两面都不包括因此,断裂试样的任一半的每个边相对于试样未变形部分所确定平面的膨胀值都应加以测量,如图6所示。例如,如果A1大于A2,A3,小于A4,那么试样的横向膨胀值就是A1+A4。9.2.1在对侧膨胀量进行测量之前,很有必要对试样的两断面进行目视检查,检查其是否存在因冲击造成的毛刺。如果毛刺对侧膨胀量的测量有影响,则应该将其清除(粗纱布研磨或其他适当的方法),并应确保将要测量的突起部分不会在清除毛刺的过程中被清除。然后,检查每个断裂表面确保突起部分没有被砧座、试验机座表面等损坏,如果发生了试样被破坏的情况。则不应再进行侧膨胀量的测量。ASTME23-2016b金属材料缺口试样标准冲击试验方法119.2.2侧膨胀测量值应按如下所述进行报告。试样可以通过一次拉拽而不经多次反复就可将连接在一起的两部分断开,则未断裂试样可报告为断裂;测量出的未断裂试样的侧膨胀(进行弯曲之前)和分成两部分之后测量的侧膨胀值相等或大于该值。在冲击试验之后,试样没有断裂成两部分时,只要剪切口可以在不干扰碟形铰链在试验期间发生变形,则可以测量侧膨胀。试样应报告为未断裂。图6夏比V型缺口冲击试验断裂试样侧膨胀测量及尺寸A1、A2、A3、A4、原始厚度W示意图9.2.3侧膨胀值也可以通过图7所示的测量仪非常容易的测量出来(详见图8。采用这种仪器测量的步骤是将两半试样摆正,使压缩的一侧相对,取一半将其紧靠在砧座上,调节测量仪的旋钮,记下读数,另一半的同侧也进行同样的测量,然后将两个测量数值中较小的数值舍弃。在另一侧也进行同样的测量,将两侧测量的最大值之和作为试样的侧膨胀值。图7夏比冲击试样侧膨胀测量仪ASTME23-2016b金属材料缺口试样标准冲击试验方法12图8测膨胀值侧量仪安装和零件图9.3冲击试样断口的剪切断裂百分比可以通过各种不同的方式进行确定。采用的方法列于附录A4中。对于任何一种方法,使用者都应能区分出由于延性稳定裂纹增长机理形成的区域和由于脆性快速裂纹增长(非延性稳定裂纹增长机理)所形成的区域。在本试验方法中,这里“剪切区域”包含以稳定裂纹增长机理形成的区域(断裂起始区域,剪切缺口和最后的断裂区域),如图9所示,夏比冲击试样断口的剪切断裂区域的百分比是总断口面积(断裂起始区域,剪切缺口和最后的断裂区域)和平断口的面积之比,然后除以总断裂面积,再乘以100而获得。附录A4所提测量方法只是对显微平断口区域(直接或间接)的估计,并不能视为非稳定断裂的平断口区域断裂方式的详细说明,平断口区域可能100的是劈裂形成的,也可能是劈裂和延性-韧窝状断裂形态的混合断裂,也可能是其他韧性-脆性断裂形态的混合断裂。注11碳钢通常显示经典裂区,该裂区识别非稳定断裂区域和良好定义磨损断裂区域,这使得容易识别和测量。其它钢,例如淬火和回火态SAE 4340,合金具有非稳定断裂区域,其非稳定断裂区域包含分裂ASTME23-2016b金属材料缺口试样标准冲击试验方法13面和韧窝的均质混合物(只在高放大倍数时显示)。某些脆性钢可特殊显示沿晶断裂。在这些场合,非稳定断裂区域可能不容易识别。注1A和B尺寸平均测量值精确到0.5mm。采用表A4.1或表A4.2确定剪切断裂百分比值。图9不同断裂区域所示夏比V型缺口冲击试验样本的断裂表面示意图10.报告10.1在冲击功值超过测量范围80%的情况下,其侧量值就失去了准确性,此时应作为近似值进行报告。理想的冲击试验是采取恒定的冲击速度进行试验。摆式冲击试验中,冲击的速度随着断裂的进行而降低,对于冲击功值接近摆锤能力的80的试样,接近断裂点时摆锤速度降低(降低量大约是初始速度的45%)测定的冲击功值不可能准确。10.2对干商业验收试验,报告如下内容(对每个试样);10.2.1试样类型;10.2.2试样尺寸(如果小尺寸试样);10.2.3试验温度;10.2.4对夏比试验,规定撞锤半径为8mm或2mm;10.2.5冲击吸收功;10.2.6其他合同上的要求10.3对于其他商业验收试验,除了10.2的内容外,还报告如下内容10.3.1侧向膨胀值;10.3.2未断裂试样;ASTME23-2016b金属材料缺口试样标准冲击试验方法1410.3.3断口外观(剪切断裂的百分比,见注A4.1);10.3.4试样的取向;10.3.5试样取样部位;注12即使规定试验温度为室温,也要报告实际温度。11.精密度和偏差11.1国际实验室采用CVN的低冲击功试样和高冲击功试样测定冲击功示值误差的原因。来自29个实验室的数据都是每个冲击功等级采用5个试样。除了被限制在仅能采用两个冲击功等级(可用的参考试样)外,试验都是按照E691规范进行设计和分析的,详见ASTM研究报告NO.RRE28-1014。⑥11.2精密度精密度信息如下表所示,是每个试验室每种材料5个试样的CVN冲击功的平均值。材料低冲击功高冲击功J J冲击功15.9 96.295重复性2.4 8.395再现性2.7 9.2术语重复性和再现性定义参见E177。试验结果各自的标准偏差可以通过上面的极限值除以2.8获得。11.3偏差CVN冲击功不规定偏差。摆锤设计的简单的原理因为试样和试验机之间复杂的能量损失机理而变得非常复杂。因此,没有一个绝对的数值与测量值进行比较。12.关键词12.1夏比试验;断口;冲击试验;艾氏试验;缺口试样;摆锤试验机。⑥支持数据已经归档在ASTM国际总部,可通过申请研究报告RRE28-1014获得。ASTME23-2016b金属材料缺口试样标准冲击试验方法15附录(强制性附录)A1.对冲击试验机的一般要求A1.1试验机的机架应装有泡式水平仪或采用机加工表面,这是为了使摆锤轴承的轴线处在水平位置,或者可以对摆锤的旋转轴的水平度进行直接测量试验机的水平度应在31000以内,并应用螺栓牢固的将其固定在厚度不小于150mm6in)的混凝土地面上,如果实际条件不能满足该条件时,试验机应用螺栓固定在不小于摆锤冲量40倍的基座上。螺栓旋紧的程度应按照生产厂的要求。A1.2试验机应装备有刻度盘或数码显示计,其分度应为“度”或“功”,通过它可以估读到能量范围的0.25%或更精确A1.2.1刻度盘和数码显示计可以对空气阻力和摩擦进行补偿。刻度盘读数的误差在任何一点都不应超过量程的0.2%或者读数的0.4%,取二者当中较大的值(见A2.3.8。A1.3试验机的摆锤在打击方向摆动期间,总的摩擦和空气阻力损失不应超过刻度盘量程范围的0.75,显示装置中来自摩擦的摆锤能量损失应不超过刻度盘量程范围的0.25。见A2.3.8中有关摩擦和空气阻力损失的计算。A1.4摆锤的位置,当摆锤在自由悬拄状态下,锤刃与试样的间距应不超过2.5mm。将摆锤的锤刃保持在靠近试样的位置,摆锤自由摆动时指针放置在0刻度处时,应在刻度盘刻度范围的0.2%以内。摆锤的摆动平面应与夏比冲击或艾氏卡钳的横轴方向相垂直,其偏差范围在31000以内。A1.5在打击中心施加相当于摆锤有效重量4横向力作用下,摆锤锤刃的横向摆动应不超过0.75mm。摆锤轴承径向的摆动不超过0.075mm。A1.6摆锤锤刃中心处的冲击速度(切向速度应不小于3m/s,也不应大于6m/s。A1.7打击中心在自由悬挂位置的上方的高度应在量程内的支承力的0.4%以内,支承力的测量见A2.3.5.1。如果空气阻力和摩擦损失是通过增加锤头的下落距离进行补偿的话,允许增加的下落距离不应超过总下落距离的1。A1.8从初始位置释放摆锤的机械装置应能自由运转,并且能使摆锤在没有任何初始冲量、阻滞和其他侧向摆动的情况下进行释放。如果采用同一操纵杆来完成释放摆锤和制动摆锤的ASTME23-2016b金属材料缺口试样标准冲击试验方法16双重功能的话,就应提供能防止因偶然的咬合而造成制动的方法。A1.9当对不同强度和成分的材料进行试验时,试样端部间隙是为了保证得到满意的试验结果。试样脱离试验机的时候受到的阻力应减至最小。夏比试验机用摆锤有3种基本的设计,参见图A1.1。A1.9.1当采用C型摆锤或组合摆锤的时候,如果试样端部的间隙至少能达到13mm,或者如图A1.1所示那样试样的一部分偏移到试验机之外,断裂的试样不会反弹到摆锤上,而是缓慢地落下。A1.9.2当采用U型摆锤的时候,应提供一种方法用来防止断裂的试样反弹到摆锤上(见图A1.1在大多数的U型摆锤试验机中,应按照下列要求设计和安装防护罩a厚度大约是1.5mm;b最小硬度为45HRC;(c)内部圆角的半径不小于1.5mm;d防护罩应放置于与摆锤的突起部分(锤头和两侧)的间隙不超过1.5mm的位置。注A1.1试验机摆锤内的通道允许试样端部(安放在砧座上)与防护罩之间存在间隙,该间隙至少应为13mm0.5 in.),此时a、d不再适用。图A1.1夏比冲击试验机的典型砧座和摆锤,防卡改进型A1.10夏比冲击试验设备ASTME23-2016b金属材料缺口试样标准冲击试验方法17A1.10.1应按图A1.2的方法来放置和支承试样,使其紧靠在两个砧座上,并且试样缺口的中心线能处在砧座(见8.3.2之间的中点部位,其偏差不超过0.25mm。A1.10.2支座的尺寸和形式应按图A1.2。其他尺寸的摆锤和支座应能使摆锤和试样之间的相互干扰降低到最小的程度。A1.10.3锤刃的中心线应处于试样支座两边沿的中间平面内,其偏差不超过0.40mm。锤刃应垂直于试样的纵向轴线,其偏差不超过51000。锤刀应平行于紧贴砧座的试样的矩形平面,偏差不超过11000。A1.10.4撞锤应满足图A1.3内所示的尺寸和公差。标准8mm撞锤见图A1.3a内所示,可选择的撞锤见图A1.3b内所示。编号描述尺寸公差1砧座之间的跨度40.00mm ±0.05mm2砧座半径1.00mm ±0.05mm3砧座角度80° ±2°4砧-支座角度90° ±0.15°A和B砧座的表面光洁度0.1μmRa ≤图A1.2夏比砧座和支座ASTME23-2016b金属材料缺口试样标准冲击试验方法18A1.11艾氏冲击试验设备A1.11.1应按照图A1.4所示的方法夹持试样,试样所处的平面应与锤刃平行,偏差不超过11000夹持装置的两垂直面的夹角应为90°±1°,其圆角半径不超过0.40mm。夹持装置的表面粗糙度为2μm(Ra)或更光滑,并采用与冲击方向相一致的夹持力将试样在缺口处牢固固定。对于圆形试样,夹持装置表面应与试样轮廓相匹配,并且与试样表面相接触的最低限度应为试样圆周的π/2弧度90°)。A1.11.2锤头的尺寸和相对于试样夹持装置的位置如图A1.4所示。A2.摆锤式冲击试验机的校准A2.1冲击试验机的校准包括两部分直接校准,包括检查试验机是否符合本附录和附录A1的要求;间接校准,这需要采用校准试样来进行。A2.1.1艾氏冲击试验机只采用直接校准的方式A2.1.2夏比冲击试验机每年均应进行校准。仅当在最近进行校准合格后的365天之内获得的试验数据才能视为有效数据。夏比冲击试验机应在更换可能影响冲击功测量的部件、修理或调节后、搬移后或者有理由怀疑其试验结果的准确度的情况下进行校准,而不论其是否达到了校准周期。这些限制包括可能影响冲击功测量的部件从试验机上拆除,然后在未经调整的情况下又安装上去(例如,当锤头或砧座被拆除后,又将另外不同的锤头或砧座安装上去)。这并不是说不受磨损的部件(如锤头和刻度盘)只有在发生明显的问题后才进行直接校准。只有A2.2中所引述的项目才需要每年进行检查。当试验机为新机或更换部件后,试验机的其他部分每年至少进行一次直接校准。A2.1.3在锤头拆卸和砧座被拆除和/或更换之后,假如能执行以下的安全措施,不要求立即对夏比试验机进行间接校准(1)组织起草了更换程序,并遵循了这些程序,(2)在拆除之前,在先前鉴定合格的锤头和/或砧座安装之后,或在365天的校准周期之内,测试过高强度低能量质量控制样本(这些样本的断裂能量范围指南见A2.4.1.1),(3)质量控制样本测试之前和之后的结果彼此之间差异的1.4J之内,(4)记录薄上保留了比较结果,(5)在重新连接之前,锤头和砧座目视检验了磨损情况,同时验证尺寸能确保满足图A1.2和图A1.3要求的公差。鉴定合格冲击验证样本使用不作要求,允许使用允许内部质量控制样本。A2.2需要每年进行直接校准的部件ASTME23-2016b金属材料缺口试样标准冲击试验方法19编号描述尺寸公差1撞锤半径,8mm撞锤8.00mm ±0.05mm2撞锤宽度,8mm撞锤4.00mm ±0.05mm3撞锤边角半径,8mm撞锤0.25mm 0.50/-0.05 mm4撞锤角度,8mm撞锤30° ±2°A和B撞锤表面精度,8mm撞锤0.1μmRa ≤5撞锤半径,2mm撞锤2.00mm 0.50/-0mm6撞锤角度,2mm撞锤30° ±1°图A1.3夏比锤A2.2.1检查试样支座、砧座、锤头和任何发生明显磨损而更换的部件。直尺和圆规可以用来区分新部件和旧部件,以帮助鉴别磨损状况(见注A2.1)。注A2.1为了测量砧座和锤刃的半径,建议制作一待测量物的复制品(铸造),并侧量该复制品的横截面。可以通过将砧座和锤头从试验机上取下来完成。用硬纸板做成一个挡板并固定在测量区域的周边,然后将低收缩率的铸造化合物(硅胶的效果较好)灌注到挡板当中。待铸造化合物固化后,移除挡板,用剃刀切下待测区域的横截面。通过光学比长仪或其他工具来测量该横截面的半径。A2.2.2确保将连接砧座和锤头的螺栓拧紧到试验机生产厂规定的要求。A2.2.3在安有防护罩的情况下,应确保其安装的正确性(见A1.9.2。A2.2.4将摆锤从初始位置释放的摆锤释放装置应符合A1.8的要求。A2.2.5在两个方向上检查试验机的水平度(见A1.1)。ASTME23-2016b金属材料缺口试样标准冲击试验方法20A2.2.6检查底座螺栓是否拧紧到了试验机生产厂规定的要求注A2.2对于底座不采用膨胀螺栓等紧固件加以固定,因为这些紧固件在紧固时会松动而导致偏高的扭矩。图A1.4艾氏(悬臂梁)冲击试验A2.2.7按照8.1的要求,检查指针零位和试验机的摩擦损失。A2.3至少校准一次的试验机直接校准部件。A2.3.1夏比冲击试验机的砧座和支承装置或者艾氏冲击试验的夹钳尺寸应符合图A1.2和A1.4的要求。注A2.3过大的冲击功如果造成试验机的某个部件或整个试验机产生变形或移动,则测量值会不准确;此时对打断试样的冲击吸收功应作说明。A2.3.2摆锤的尺寸应符合图A1.3或图A1.4的要求。支座的表面应清洁并且无缺陷。按照A1.10.3夏比试验)或A1.11.1艾氏试验)的要求检查摆锤。A2.3.3摆锤的对中应符合A1.4和A1.5的要求。如果轴承的侧向间隙或轴向间隙超过规定的极限值,应对其进行调整或更换。A2.3.4锤刃中心的确定对于夏比试验机的锤刃中心采用半宽度试样10555mm进行确定。锤刃与试样相接触,沿着试样的上侧面在锤刃上划一条线,这条线就是锤头的中心线。对于艾氏冲击试验机,可以将处于正常试验位置的摆锤与试样接触的线看作锤刃中线。A2.3.5势能的测定当摆锤锤刃的中心线与摆锤轴承的径向线(也叫做旋转轴线)相一致ASTME23-2016b金属材料缺口试样标准冲击试验方法21时采用下面的步骤(见附录X2)。如果锤刃中线偏离该线超过1.0mm,应按照A2.3.8.1和A2.3.9对锤刃的中心线进行适当的提升,经调整或测定过的高度达到规定的高度。系统的势能等同于摆锤下落的高度见A2.3.5.2与支撑力(见A2.3.5.1的乘积。A2.3.5.1为了测量支撑力,将摆锤用两个支座支撑在水平位置,偏差在1510000之内,一个在轴承处(或旋转中心处),另一个在锤刃的中心处(见图A2.1)。然后在锤头上安放支座并将其放置于适当的称重设备上,比如台秤或天平,测量重量的精度应在0.4以内。应注意尽量让两个支座的摩擦力达到最小。通过一个圆棒穿过摆锤中心使其与锤头相接触。支撑力等于刻度盘的读数减去支撑杆的重量和任何用在水平位置支撑摆锤的垫片的重量。A2.3.5.2对摆锤的下落高度进行测量,确保其符合A1.7的要求对于夏比冲击试验机应测量从半宽试样顶面中心(或10555mm试样的中心)到扬起的打击中心的位置,精确到0.1%。对于艾氏冲击试验机应测量从夹钳之上距离22.66mm处至抬起的打击中心位置的距离,精确到0.1%。也可以通过直接测量抬起的摆锤中心的高度或通过如下公式(见图A2.1采用摆锤扬起的角度来测量其下落高度式中h锤头抬起的高度,m;S摆锤距离锤头中心的距离,m;β下落角度;h1升起的高度,m;α升起的角度。A2.3.6测量试验机的冲击速度υ,不计摩擦,采用下列公式式中υ速度,m/s;g重力加速度,9.81m/s2;h摆锤的初始抬升高度,m。A2.3.7为了保证旋转中心的力处于最小状态,打击中心应在旋转轴到试样打击点距离1%的点处。打击中心的位置按以下方法测定ASTME23-2016b金属材料缺口试样标准冲击试验方法22A2.3.7.1使用秒表或其他适当用来测定时间的装置,其测量时间的精确度应达到0.2s,摆
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