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    鋼板沖擊AKV-AKU功詳解釋疑

    發布時間 : 2018-12-11 22:39:41      訪問量 : 1942次

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    鋼材在進行缺口沖擊試驗時,擺錘沖擊消耗在試樣上的能量,稱為沖擊功,用Ak表示,單位為焦耳(J)。當為V形缺口時,即為AKV,當為U形缺口時,即為AKU
       沖擊試驗時擺錘消耗在試樣單位截面上的沖擊功稱為沖擊韌性(也稱為沖擊值),用αk表示。即:ak=Ak/F,其單位為kJ/m2J/cm215637584700 李震
        由于沖擊功僅為試樣缺口附近參加變形的體積所吸收,而此體積又無法測定,且在同一斷面上每一部分的變形也不一致,因此用單位截面積上的沖擊功αk來判斷韌性的方法國內外已逐漸被淘汰。
       工程上常用一次擺錘沖擊彎曲試驗來測定材料抵抗沖擊載荷的能力,即測定沖擊載荷試樣被折斷而消耗的沖擊功Ak,單位為焦耳(J)。而用試樣缺口處的截面積F去除Ak,可得到材料的沖擊韌度(沖擊值)指標,即ak=Ak/F,其單位為kJ/m2J/cm2。 因此,沖擊韌度ak表示材料在沖擊載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力。ak值的大小表示材料的韌性好壞。一般把ak值低的材料稱為脆性材料,ak值高的材料稱為韌性材料。
        ak值取決于材料及其狀態,同時與試樣的形狀、尺寸有很大關系。ak值對材料的內部結構缺陷、顯微組織的變化很敏感,如夾雜物、偏析、氣泡、內部裂紋、鋼的回火脆性、晶粒粗化等都會使ak值明顯降低;同種材料的試樣,缺口越深、越尖銳,缺口處應力集中程度越大,越容易變形和斷裂,沖擊功越小,材料表現出來的脆性越高。因此不同類型和尺寸的試樣,其akAk值不能直接比較。材料的ak值隨溫度的降低而減小,且在某一溫度范圍內,ak值發生急劇降低,這種現象稱為冷脆,此溫度范圍稱為韌脆轉變溫度(Tk
        沖擊韌度指標的實際意義在于揭示材料的變脆傾向。
        什么是夏比沖擊試驗?     

     夏比是音譯:Charpy,夏比沖擊試驗(英文標準名稱:Charpy Imapct Test)是用以測定金屬材料抗缺口敏感性(韌性)的試驗。制備有一定形狀和尺寸的金屬試樣(通常為10×10×55mm),使其具有U形缺口或V形缺口,在夏比沖擊試驗機上處于簡支梁狀態,以試驗機舉起的擺錘作一次沖擊,使試樣沿缺口沖斷,用折斷時擺錘重新升起高度差計算試樣的吸收功,即為AkuU型缺口)和AkvV型缺口)。可在不同溫度下作沖擊試驗。吸收功值(焦耳)大,表示材料韌性好,對結構中的缺口或其他的應力集中情況不敏感。對重要結構的材料近年來趨向于采用更能反映缺口效應的V形缺口試樣做沖擊試驗
    沖擊試驗:一種動態力學性能試驗,主要用來測定沖斷一定形狀的試樣所消耗的功,又叫沖擊韌性試驗。
      根據試樣形狀和破斷方式,沖擊試驗分為彎曲沖擊試驗、扭轉沖擊試驗和拉伸沖擊試驗三種。橫梁式彎曲沖擊試驗法操作簡單,應用最廣,其試驗原理見圖1
    沖擊試樣   

    世界各國常用的彎曲沖擊試樣如圖2所示。中國有關標準規定采用橫梁式試驗法,所用標準試樣以U形缺口試樣和V形缺口試樣為主。
        沖擊試樣所消耗的功,稱為沖擊功Ak。將Ak除以缺口處橫截面積 F,則得沖擊韌度ak,單位為J/cm2ak值沒有明確物理意義,因為沖擊功并非沿著缺口處截面積均勻消耗。因此,ak值不能直接用于設計計算。同一種金屬材料,缺口越尖越深,則塑性變形體積愈小,吸收功也愈小,材料的韌性也就愈低。因此,對于不同尺寸和缺口的試樣,所得結果不能互相換算和比較。
      彎曲沖擊試驗 20世紀初夏比(G.Charpy)提出的,以后獲得廣泛使用。在工程上主要是用它評定冶金質量和加工工藝質量,以及測定韌性-脆性轉變溫度。如試樣上預制疲勞裂紋,用示波圖或其他方法求出載荷-時間曲線和載荷-位移曲線,還可測得動態開裂發生的斷裂韌度KId和已擴展裂紋停止擴展的斷裂韌度KIA(見金屬的強化)
        韌性-脆性轉變 是金屬材料隨溫度降低由韌性狀態過渡到脆性狀態致使沖擊韌度急劇降低的現象。金屬材料典型的沖擊功與溫度的關系曲線見圖3。從韌性角度選材,最重要的是要知道韌性-脆性轉變溫度Tk()Tk通常是根據沖擊功(或沖擊韌度)、斷口形貌特征、變形特征與溫度的關系求得。其方法是:選取一定沖擊功所對應的溫度為Tk若用夏比V形缺口試樣,則對應于沖擊功為15英尺-(20.34J)TkV15TT表示;或用斷口面積上出現50%結晶狀斷口時的溫度為Tk,50FATT表示;還有以沖擊功曲線開始上升的溫度來定義Tk,為零塑性轉變溫度,NDT表示。顯然,Tk因選用標準不同而異,使用Tk時,一定要注意定義Tk的標準。
        沖擊韌性:用一定尺寸和形狀的金屬試樣,在規定類型的沖擊試驗上受沖擊負荷折斷時,試樣刻槽處單位橫截面上所消耗的沖擊功,稱為沖擊韌性以αk表示。目前常用的10×10×55mm,帶2 mm深的V形缺口夏氏沖擊試樣,標準上直接采用沖擊功(J焦耳值)AK,而不是采用αK值。因為單位面積上的沖擊功并無實際意義。
        沖擊功對于檢查金屬材料在不同溫度下的脆性轉化最為敏感,而實際服役條件下的災難性破斷事故,往往與材料的沖擊功及服役溫 度有關。 因此在有關標準中常常規定某一溫度時的沖擊功值為多少 、還規定FATT(斷口面積轉化溫度)要低于某一溫度的技術條件。所謂FATT,即一組在不同溫度下的沖擊試樣沖斷后,對沖擊斷口進行評定,當脆性斷裂占總面積的50%時所對應的溫度。
        由于鋼板厚度的影響,對厚度≤10mm的鋼板,可取得3/4小尺寸沖擊試樣(7.5×10×55mm)或1/2小尺寸沖擊試樣(5×10×55mm)。但是一定要注意,同規格及同一溫度下的沖擊功值才可相互比較。只有在標準規定的條件下,才可按標準的換算方法,折算 成標準沖擊試樣的沖擊功,再相互比較。
        沖擊韌性指材料在受到外加沖擊負荷的作用下,斷裂時消耗的功除以試樣缺口斷面面積而得到的商值,即在規定溫度下,試樣抵抗沖擊載荷時所吸收的能量。' H( X$ S, G' I2 K% h
    沖擊韌性的高低,取決于材料有無迅速塑性變形的能力。沖擊韌性高的材料,一般都有較高的塑性。但塑性指標高的材料不一定都有高的沖擊韌性。這是因為在靜負荷下,能夠緩慢塑性變形的材料在沖擊負荷下不一定能迅速發生塑性變形。沖擊韌性是強度與塑性的綜合指標,是強度和塑性兩者的函數,但塑性對韌性的影響更大些。6 R- L* O: G" r5 J4 X
        沖擊試樣中的缺口形式主要有兩種,即夏比V形缺口和夏比U形缺口試樣,所測得的沖擊吸收功分別用AkvAku表示。沖擊試樣的取樣方式也有兩種,即橫向取樣和縱向取樣(與鋼板軋制方向垂直為橫向,平行為縱向)。沖擊試樣的規格尺寸有三種,即標準試樣為55×10×10,小試樣為55×10×7.555×10×5,沖擊試樣的規格尺寸主要根據材料厚度可能制得的最大尺寸規格確定。
         目前我國國內用于容器設計制造的法規和標準均規定以夏比V形缺口、橫向取樣方式為主。沖擊試樣的缺口形式對沖擊韌性影響非常大,夏比V形缺口比夏比U形缺口更為尖銳,更能反應材料的缺口和內部缺陷對動態載荷的敏感性。對于U形試樣,進行沖擊試驗時,其沖擊功大部分消耗于裂紋的形成,而對V形缺口試樣,其沖擊功大部分消耗于裂紋的擴展。U形缺口測得的沖擊韌性與V形缺口測得的沖擊韌性之間不存在對應的換算關系。沖擊試樣的取樣方向規定為橫向取樣,主要考慮在鋼錠澆注時,會形成偏析及含有雜質,在軋制鋼板的過程中,這些不均勻部分和雜質會順著金屬延伸方向形成纖維狀組織,從而使鋼板平行于軋制方向的力學性能高于垂直方向的力學性能。我國標準規定的沖擊試樣取樣方向與美國ASME的規定是不一致的,美國ASME標準規定的沖擊試樣取樣方向為縱向取樣,故對在國內使用的國外進口材料用于國內的容器制造時,應注意沖擊試樣的取樣方向應規定為橫向取樣

    材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力叫沖擊韌性。通俗的講就是材料在受到外力的打擊或是沖撞時它所能抵抗破壞的能力,如冷軋鋼或合金鋼就比鑄鐵、鑄鋼等材料耐沖擊,這是因為鑄件脆所以不耐撞擊。
       通俗的說就是在受到抵抗意外沖擊的一種能力,和強度、硬度沒必然聯系。
    鋼材的沖擊功影響因素
       1.沖擊功的實驗方法
    鋼材的沖擊韌性是指鋼材在沖擊荷載作用下斷裂時吸收機械能的一種能力,是衡量鋼材抵抗因低溫,應力集中,沖擊荷載作用等所導致的斷裂能力的一項機械性能。
    實驗方法是用一定尺寸和形狀的金屬試樣,在規定類型的沖擊試驗上受沖擊負荷折斷時,試樣刻槽處單位橫截面上所消耗的沖擊功,稱為沖擊 韌性以αk表示。 目前常用的10×10×55mm,帶2 mm深的V形缺口夏氏沖擊試樣,標準上直接采用沖擊功(J焦耳值)AK,而不是采用αK值。因為單位面積上的沖擊功并無實際意義。
    由于鋼板厚度的影響,對厚度≤10mm的鋼板,可取得3/4小尺寸沖擊試樣(7.5×10×55mm)或1/2小尺寸沖擊試樣(5×10×55mm)。但是一定要注意,同規格及同一溫度下的沖擊功值才可相互比較。只有在標準規定的條件下,才可按標準的換算方法,折算 成標準沖擊試樣的沖擊功,再相互比較。   
       2.沖擊功的主要影響因素
    鋼材沖擊韌性不但和鋼材的質量,試件缺口形狀,加載速度有關,而且受溫度,特別是負溫度的影響較大,當溫度低于某一溫度時 ,鋼材的沖擊韌性將急劇降低,同時沖擊韌還和試件的厚度有關,厚度越大韌性較低。沖擊韌性值是動態底下的受力,不好根據其它東西確定的,沖擊值還跟試樣的表面光潔度有關

     

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