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沖擊性能是指材料抵抗沖擊載荷的能力，在材料力學(xué)性能的研究中具有重要意義。沖擊試驗(yàn)機(jī)是用來測(cè)試材料沖擊韌性的設(shè)備，由機(jī)座、機(jī)架、擺錘、沖擊刀刃、操作機(jī)構(gòu)和讀數(shù)裝置等6個(gè)部分組成，根據(jù)需要還可增加一些輔助設(shè)備，如高低溫裝置、試樣自動(dòng)對(duì)中裝置等。目前，許多機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)都向著輕量化方向發(fā)展，這就要求材料具有較高的強(qiáng)度和硬度，以及良好的塑形和韌性，該類型的材料進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí)，會(huì)對(duì)沖擊試驗(yàn)機(jī)造成一定的損壞，尤其會(huì)使沖擊刀刃的使用壽命大大縮短，甚至出現(xiàn)沖擊刀刃斷裂的現(xiàn)象，典型斷裂沖擊刀刃的宏觀形貌如圖1所示。

1、沖擊試樣的選擇

1.1 試樣尺寸

按照 GB/T229—2020《金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》的要求，對(duì)沖擊試樣進(jìn)行加工，沖擊試樣的尺寸如圖2所示。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了2.5，5，7.5，10mm的4種不同厚度的沖擊試樣，隨著厚度的增加，試樣的沖擊吸收能量不斷變大。一般試樣都有加工缺口，當(dāng)缺口底部過渡圓弧的半徑過大、開口角度偏大、缺口深度較小時(shí)，會(huì)引起試樣的沖擊吸收能量明顯變大，導(dǎo)致試樣的沖擊韌性提高，進(jìn)而對(duì)沖擊刀刃造成損壞。

1.2 試樣缺口形式

一般規(guī)定了V形、U形和無缺口等3種缺口形式的沖擊試樣。沖擊試樣的缺口形式對(duì)沖擊韌性的測(cè)試結(jié)果影響非常大，夏比V形缺口比夏比 U形缺口底部過渡圓弧半徑更為尖銳，更能反映材料缺口和內(nèi)部缺陷對(duì)動(dòng)態(tài)載荷的敏感性。對(duì)于U形缺口試樣，進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí)，其沖擊吸收能量大部分消耗于裂紋的形成階段，而對(duì)于V形缺口試樣，其沖擊吸收能量大部分消耗于裂紋的擴(kuò)展階段，無缺口試樣試驗(yàn)時(shí)無法造成應(yīng)力集中，所獲得的沖擊吸收能量要遠(yuǎn)大于有缺口試樣。因此在試驗(yàn)前要認(rèn)真選擇試樣的缺口形式，以避免試驗(yàn)時(shí)沖擊吸收能量過大造成刀刃的損壞。

1.3 試樣缺口檢驗(yàn)

在進(jìn)行V形、U形缺口試樣的沖擊試驗(yàn)時(shí)，要求V形缺口試樣缺口的深度為2mm，呈45°角，缺口底部過渡圓弧半徑為(0.25±0.025)mm；U形缺口試樣缺口的深度為2mm或5mm，缺口底部過渡圓弧半徑為(1±0.07)mm。試樣缺口的加工質(zhì)量不合格會(huì)導(dǎo)致沖擊試驗(yàn)的結(jié)果不可信，并引起試驗(yàn)結(jié)果的陡跳。缺口加工質(zhì)量檢驗(yàn)是保證試樣缺口尺寸合格的重要質(zhì)量控制手段。在進(jìn)行沖擊試驗(yàn)之前，需要對(duì)缺口進(jìn)行加工質(zhì)量檢驗(yàn)，以避免試驗(yàn)期間發(fā)生沖擊吸收能量的陡跳，損壞刀刃。

2、試驗(yàn)過程

2.1 試樣放置

試樣缺口面應(yīng)該與砧座面緊密貼合，沖擊刀刃沿著缺口對(duì)面向缺口背面打擊，試樣缺口對(duì)稱面偏離兩砧座間的中點(diǎn)距離應(yīng)不大于0.5mm，否則擺錘高速打擊試樣時(shí)會(huì)產(chǎn)生緩沖，造成沖擊試驗(yàn)結(jié)果失真，試樣與砧座距離和沖擊吸收能量的關(guān)系如表1所示。

試樣缺口中心需與沖擊刀刃中心重合，否則缺口處裂紋的形成及擴(kuò)展會(huì)變得困難，造成沖擊試驗(yàn)結(jié)果失真，試樣缺口中心偏離距離和沖擊吸收能量的關(guān)系如表2所示。

以上兩種情況都會(huì)造成沖擊試驗(yàn)的測(cè)試值大于真實(shí)值，較大的測(cè)試值會(huì)對(duì)沖擊刀刃造成較大的危害，甚至造成刀刃斷裂。因此在手動(dòng)放置試樣時(shí)要對(duì)中放好試樣，在自動(dòng)送樣時(shí)要經(jīng)常檢查自動(dòng)對(duì)中裝置的有效性，以避免沖擊刀刃在試驗(yàn)過程中發(fā)生斷裂。

2.2 刀刃固定

沖擊刀刃是由固定螺栓和擺錘連接在一起的，快速載荷的沖擊會(huì)對(duì)緊固螺栓施加一定的力，并造成螺栓松動(dòng)，沖擊刀刃受力不均勻，導(dǎo)致發(fā)生斷裂。因此進(jìn)行沖擊試驗(yàn)前，要對(duì)沖擊刀刃的緊固性進(jìn)行檢查，以避免螺栓出現(xiàn)松動(dòng)。

3、結(jié)論

（1）試樣缺口的形式、高度、寬度和加工精度等對(duì)試樣的沖擊吸收能量影響很大，在進(jìn)行試驗(yàn)前要嚴(yán)格控制試樣的質(zhì)量，以防止因試樣不合格而對(duì)沖擊刀刃造成損壞。

（2）沖擊刀刃合適的材料、合理的受力設(shè)計(jì)、多道次的精密加工是決定刀刃使用壽命的關(guān)鍵因素。

（3）根據(jù)沖擊試驗(yàn)方法和試樣沖擊性能合理選擇試驗(yàn)機(jī)，不合適的試驗(yàn)機(jī)類型、量程都會(huì)對(duì)沖擊刀刃造成損壞。

（4）試驗(yàn)過程中要特別注意試樣對(duì)中、刀刃緊固等問題，以避免沖擊刀刃發(fā)生斷裂。