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沖擊試驗是測定金屬材料抗沖擊載荷能力的試驗，又稱沖擊韌性試驗。它是材料機械性能試驗的基本試驗方法之一。在沖擊試驗中，沖斷試樣所消耗的功稱為沖擊功，單位為焦耳(J)，以Ak表示。根據(jù)試樣形狀和破斷方式，沖擊試驗可分為彎曲沖擊試驗、扭轉(zhuǎn)沖擊試驗和拉伸沖擊試驗3種。

按溫度來分，沖擊試驗可分為常溫沖擊試驗和低溫沖擊試驗。常溫沖擊試驗為在常溫下進(jìn)行試驗，一般在23±5℃的范圍內(nèi)。低溫沖擊試驗為在低溫介質(zhì)下保存一定時間，使溫度達(dá)到要求后快速取出完成沖擊試驗。使用介質(zhì)可為冰水混合物(0℃)，其他溫度可用低溫槽，根據(jù)不同的溫度，可選用酒精或液氮進(jìn)行試樣的保溫。

低溫脆性

系列沖擊實驗在材料研究與生產(chǎn)實際中應(yīng)用較廣，因為它比其他實驗方法更能靈敏地反映出材料力學(xué)性能隨內(nèi)因和外因變化的差異。

對某些材料，當(dāng)沖擊實驗分別在低溫、室溫下進(jìn)行時可以得到- -系列沖擊值A(chǔ)p (或ap)，這種材料沖擊韌性與溫度的關(guān)系曲線，即Ap-t或ar-t。這種不同溫度下的沖擊試驗稱為系列沖擊試驗。據(jù)此可以評定材料的低溫脆性。

系列沖擊實驗證明：體心立方金屬及合金或某些密排六方晶體金屬及合金，尤其是工程上常用的中、低強度結(jié)構(gòu)鋼，當(dāng)試驗溫度低于某一溫度tp 時，材料由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂機理由微孔聚集變?yōu)榇┚Ы饫?，斷口特征由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀，這就是低溫脆性。轉(zhuǎn)變溫度tp稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度或冷脆轉(zhuǎn)變溫度。面心立方金屬及合金一般沒有低溫脆性現(xiàn)象，但在20-42K極低溫度下奧氏體鋼及鋁合金有冷脆性。高強度鋼及超高強度鋼在很寬溫度范圍內(nèi)沖擊吸收功均較低，故韌脆轉(zhuǎn)變不明顯。

韌性轉(zhuǎn)化溫度及其評價方法

因為韌性是材料塑性變形和斷裂全過程吸收能量的能力，它是強度和塑性的綜合表現(xiàn)，所以，依照試樣斷裂消耗的功、斷裂后塑性變形的大小及斷口形貌均可以確定。目前尚無簡單的判據(jù)求韌脆轉(zhuǎn)變溫度tk。通常只是根據(jù)能量、塑性變形或斷口形貌隨溫度的變化定義tk。

影響材料低溫脆性的因素

1、晶體結(jié)構(gòu)的影響：

體心立方金屬及其合金存在低溫脆性，面心立方金屬及其合金一般不存在低溫脆性。

2、化學(xué)成分的影響

間隙溶質(zhì)元素含量增加，高階能下降，韌脆轉(zhuǎn)變溫度提高。雜質(zhì)元素S、P、Pb、Sn、As等使鋼的韌性下降。

這是由于它們偏聚于晶界，降低晶界表面能，產(chǎn)生沿晶脆性斷裂，同時降低脆斷應(yīng)力所致。

實驗內(nèi)容及步驟

1、熟悉沖擊試驗機的操作方法。進(jìn)行軟件的參數(shù)設(shè)置。

2、試樣打鋼號，每個試驗溫度制備3個試樣。

試驗溫度：20°C、0°C、-20°C、-40C、-60C、-75C

3、冷卻試樣。冷卻劑：干冰或液氮。

4、測定每--組經(jīng)冷卻后的試樣的沖擊吸收能量ak。

5、作出ak-T曲線，確定脆性轉(zhuǎn)變溫度Tk。

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