| 标准编号 | GB/T 229-2020 (GB/T229-2020) | | 中文名称 | 金属材料 夏比摆锤冲击试验方法 | | 英文名称 | Metallic materials - Charpy pendulum impact test method | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | H22 | | 国际标准分类 | 77.040.10 | | 字数估计 | 26,283 | | 发布日期 | 2020-09-29 | | 实施日期 | 2021-04-01 | | 旧标准 (被替代) | GB/T 229-2007 | | 标准依据 | 国家标准公告2020年第20号 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 229-2020
Metallic materials -- Charpy pendulum impact test method
ICS 77.040.10
H22
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 229-2007
金属材料 夏比摆锤冲击试验方法
2020-09-29发布
2021-04-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
目次
前言 Ⅰ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
3.1 能量相关定义 1
3.2 试样相关定义 1
4 符号和说明 3
5 试验原理 4
6 试样 4
6.1 一般要求 4
6.2 缺口几何形状 4
6.3 试样尺寸的偏差 4
6.4 试样的制备 5
6.5 试样的标记 5
7 试验设备 6
7.1 一般要求 6
7.2 安装及校准 6
7.3 摆锤锤刃 6
8 试验程序 6
8.1 一般要求 6
8.2 摩擦损耗的测定 6
8.3 试验温度 7
8.4 试样的转移 7
8.5 试验机能力范围 7
8.6 试样未完全断裂 8
8.7 试样卡锤 8
8.8 断后检查 8
8.9 试验结果 8
9 试验报告 8
9.1 必要的内容 8
9.2 可选的内容 8
附录A(资料性附录) 自对中夹钳 10
附录B(资料性附录) 侧膨胀值 11
附录C(资料性附录) 剪切断面率 14
附录D(资料性附录) 吸收能量-温度曲线和转变温度 16
附录E(资料性附录) 吸收能量值K 的测量不确定度 17
参考文献 23
金属材料 夏比摆锤冲击试验方法
1 范围
本标准规定了金属材料在冲击试验中测定冲击试样(V型、U型缺口和无缺口试样)吸收能量的夏
比摆锤冲击试验方法。
本标准适用于室温、高温或低温条件下夏比摆锤冲击试验,但不包括仪器化冲击试验方法,这部分
内容参见GB/T 19748。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 2975 钢及钢产品 力学性能试验取样位置及试样制备(GB/T 2975-2018,ISO 377:
2017,MOD)
GB/T 3808 摆锤式冲击试验机的检验(GB/T 3808-2018,ISO 148-2:2008,MOD)
GB/T 8170 数值修约规则与极限数值的表示和判定
JJG145 摆锤式冲击试验机检定规程
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1 能量相关定义
3.1.1
初始势能
势能
Kp
在落摆进行冲击试验前摆锤的势能,由直接校准确定。
3.1.2
吸收能量
采用摆锤冲击试验机使试样发生断裂需要的能量,该能量是进行摩擦修正后的值。
注:用字母V 或U 表示缺口几何形状,用字母W 代表无缺口试样,用下标数字2或8表示摆锤锤刃半径,例
如KV2。
3.1.3
初始势能标称值
能量标称值
KN
由冲击试验机制造商给定的名义能量值。
3.2 试样相关定义
3.2.1
宽度 width
5 试验原理
本标准规定的试验采用摆锤单次冲击的方式使试样破断,试验条件由第6章、第7章和第8章给
出。试样的缺口有规定的几何形状并位于两支座的中心、打击中心的对面。测定参数包括吸收能量、侧
膨胀值和剪切断面率等。由于很多材料的冲击结果会随温度变化而变化,试验应在给定温度条件下进
行,当给定温度不是室温时,试样应在可控温度下进行加热或冷却。
注1:夏比摆锤冲击试验是工业应用方面常用的验收判定试验,对于这类试验,试样完全断裂、部分断裂或者只是发
生塑性变形并划过砧座,这些情况并不重要。在理论研究方面,需对测定的能量值进行深入研究,测定的能量
值可能与试样是否破断有很大关系。
注2:需要注意不是所有的夏比冲击试验结果都可以直接进行比较。例如,试验采用的摆锤锤刃半径可能不同,或
采用不同形状的试样。采用不同摆锤锤刃可能导致试验结果产生差异[2]。这也是完整的试验报告除了执行
标准还需包括明确的试验机类型、试样类型、试验后试样断裂情况等用于决定试验结果可比较性项目的原因。
6 试样
6.1 一般要求
6.1.1 标准尺寸冲击试样长度为55mm,横截面为10mm×10mm方形截面。在试样长度的中间位
置有V型或U型缺口,见6.2.1和6.2.2。
6.1.2 如试料不够制备标准尺寸试样,如无特殊规定,可使用厚度为7.5mm、5mm或2.5mm的小尺
寸试样(见图2和表2),通过协议也可使用其他厚度的试样。
注1:只有采用形状和尺寸均相同的试样才可以对结果进行直接比较。
注2:对于低能量的冲击试验,用垫片使小尺寸试样位于摆锤中心位置以避免额外的能量吸收非常重要。对于高能
量的冲击试验采用垫片的重要性会有所降低。垫片可以置于支座上方或者下方,使试样厚度的中心位置位于
10mm支座以上5mm的位置(即标准试样的打击中心位置)。
6.1.3 对于需要进行热处理的试验材料,应在最终热处理后的试料上进行精加工和开缺口,除非可以
证明在热处理前加工试样不会影响试验结果。
6.2 缺口几何形状
6.2.1 应仔细制备试样缺口,以保证缺口根部半径没有影响吸收能量的加工痕迹。缺口对称面应垂直
于试样纵向轴线(见图2)。
6.2.2 V型缺口夹角应为45°,根部半径为0.25mm[见图2a)和表2],韧带宽度为8mm(缺口深度为
2mm)。
6.2.3 U型缺口根部半径为1mm[见图2b)和表2],韧带宽度为8mm或5mm(缺口深度为2mm或
5mm,除非另有规定)。
6.3 试样尺寸的偏差
指定试样和缺口的尺寸偏差见图2和表2。
表面不连续性不应对吸收能量产生影响(见8.8)。
7 试验设备
7.1 一般要求
所有测量仪器均应溯源至国家或国际基准。测量仪器应在合适的周期内进行校准。
7.2 安装及校准
试验机应按照GB/T 3808或JJG145的要求进行安装及校准。
7.3 摆锤锤刃
摆锤锤刃边缘曲率半径应为2mm或8mm两者之一。用符号的下标数字表示:KV2、KV8、KU2、
KU8、KW2、KW8。摆锤锤刃半径的选择应依据相关产品标准的规定。
注:采用2mm和8mm摆锤锤刃得到的试验结果可能有差异。
8 试验程序
8.1 一般要求
8.1.1 试样应紧贴试验机砧座,试样缺口对称面与两砧座中间平面间的距离应不大于0.5mm。锤刃
打击中心位于缺口对称面、试样缺口的对面(见图1),对于无缺口试样应使锤刃打击中心位于试样长度
方向和厚度方向的中间位置。
8.1.2 试验前应检查砧座跨距,砧座跨距应保证在40+0.2 0 mm以内;并检查砧座圆角和摆锤锤刃部位是
否有损伤或外来金属粘连,如发现存在问题应对问题部件及时调整、修磨或更换以保证试验结果的准确
可靠。
8.2 摩擦损耗的测定
8.2.1 每天开始进行冲击试验前应对摩擦造成的能量损耗进行检查。可以按下述方法进行摩擦损耗
的评估,也可采用其他方法。
注:摩擦的能量损耗包括但不限于空气阻力、轴承摩擦和指针摩擦。试验机摩擦的增加会影响吸收能量的测量。
8.2.2 为了测定指针摩擦的损耗,可以在不安装试样的情况下正常操作试验机,得到试验机的仰角β1
或能量值K1。然后不复位指针的情况下再进行一次空摆,得到试验机的仰角β2 或能量值K2。指针摩
擦的损耗由式(1)或式(2)计算:
---当表盘单位为角度时:
p=M(cosβ1-cosβ2) (1)
---表盘单位为能量时:
p=K1-K2 (2)
注:如试验机没有连接指针则不需要测量指针摩擦的损耗,且K1=K2。
8.2.3 按下述方法测量1个半周期下的轴承摩擦和风阻损耗。测定β2 或K2 后,摆锤回到初始位置,
不复位指针的情况下释放摆锤,使摆锤在无冲击和振动的情况下摆动10个半周期,当摆锤开始进行第
11个半周期的摆动后将指针拨至约满量程的5%(如试验机没有指针则忽略拨动指针的步骤),然后得
到β3 或K3。1个半周期下的轴承摩擦和风阻由式(3)或式(4)计算:
---当表盘单位为角度时:
p'=M(cosβ3-cosβ2)/10 (3)
---当表盘单位为能量时:
p'=(K3-K2)/10 (4)
8.2.4 试验员可以调整测量的摆幅次数,p'应按照实际的摆幅次数进行计算;同时,当摆锤开始进行最
后1个半周期摆动后调整指针至约为满量程的0.5%乘以完整半周期数。测定的总摩擦损耗p+p'定
应不超过能量标称值KN 的0.5%。如超过此规定且不能通过减小指针摩擦使总体摩擦损耗符合规定,
则应考虑清洁或更换轴承。
注:如需要将测得的损耗用于仰角为β时的实际试验修正,修正参数由式(5)计算:
pβ=p(β/β1)+p'(α+β)/(α+β2) (5)
由于β1 和β2 近似于摆锤释放角度α,式(5)可简化为式(6):
pβ=p(β/α)+p'(α+β)/2α (6)
对于表盘单位为能量的试验机,β值可由式(7)计算:
β=arccos[1-(Kp-KT)/M] (7)
8.3 试验温度
8.3.1 除非另有规定,冲击试验应在23℃±5℃(室温)进行。对于试验温度有规定的冲击试验,试样
温度应控制在规定温度±2℃范围内进行冲击试验。
8.3.2 当使用液体介质冷却或加热试样时,试样应放置于容器中的网栅上,网栅至少高于容器底部
25mm,液体浸过试样的高度至少为25mm,试样距容器侧壁至少10mm。应连续均匀搅拌介质以使
温度均匀。温度测量装置应置于试样组中间。液体介质温度应在规定温度±1℃以内,试样应在转移
至冲击位置前在该介质中保持至少5min。
注:当液体介质接近其沸点时,从液体介质中移出试样至打击的时间间隔中,介质蒸发冷却会明显降低试样
温度[3]。
8.3.3 当使用气体介质冷却或加热试样时,试样应与最近表面保持至少50mm距离,试样之间至少间
隔10mm。应连续均匀搅拌介质以使温度均匀。温度测量装置应置于试样组中间。气体介质温度应
在规定温度±1℃以内,试样应在移出介质进行试验前在该介质中保持至少30min。
8.3.4 只要满足8.3的要求,允许采用其他方式进行加热或冷却。
8.4 试样的转移
8.4.1 当试验不在室温进行时,试样从高温或低温介质中移出至打断的时间应不大于5s。例外情况
是当室温或仪器温度与试样温度之差小于25℃时,试样转移时间应小于10s。
8.4.2 转移装置的设计和使用应能使试样温度保持在允许的温度范围内。
8.4.3 转移装置与试样接触部分应与试样一起加热或冷却。
8.4.4 应采取措施确保试样对中装置不引起低能量高强度试样断裂后回弹到摆锤上而引起不正确的
能量偏高指示。试样端部和对中装置的间隙或定位部件的间隙应不小于13mm,否则,在断裂过程中,
试样端部可能回弹至摆锤上。
注:类似于附录A示出的缺口自动对中夹钳一般用于将试样从控温介质中移至适当的试验位置。此类夹钳消除了
由于断样和固定的对中装置之间相互影响带来的潜在间隙问题。
8.5 试验机能力范围
吸收能量K 上限应不超过初始势能Kp的80%。如果吸收能量超过此值,吸收能量在试验报告中
应报告为近似值并注明超过试验机能力的80%。表盘或读数设备的分辨力决定了试验机的适用范围
下限。建议试样吸收能量K 的测量下限为试验机在15J时表盘或者读数设备分辨力的25倍[4]。
注1:理想的冲击试验应在恒定的冲击速度下进行。在摆锤式冲击试验中,冲击速度随断裂进程降低,对于试样冲
击吸收能量超过试验机能力80%的试验,打击期间摆锤速度过度降低试验结果可能受到影响。
注2:对于模拟表盘,分辨力是指在表盘上可以被识别的最小能量变化。这通常是在15J能量水平下相邻两刻度的
1/4到1/5。对于数字读数通常包括数字编码器等设备和对应的角度传感器。这类设备的分辨力是指在15J
能量水平时可稳定测量的最小能量变化。这类设备的分辨力通常是显示数字中最后一位不变动的数字位。
分辨力与摆锤的摆角存在函数关系且会随着摆锤的摆动而发生改变。对于存在校准模式能够实时读取吸收
能量的设备,可以通过将摆锤缓慢移动到接近15J的区域的方式获得读数的最小变化(分辨力)。
8.6 试样未完全断裂
在试验中试样不总是会彻底断为两部分。对于材料验收试验,不要求在报告中注明未完全断裂相
关信息,对于其他非材料验收试验,需在报告中注明试样未完全断裂。由于试验机冲击能量不足,摆锤
未将试样打断且测定的吸收能量超过试验机能量范围时,不能报告吸收能量且应注明“吸收能量超过
注1:当试验记录不区分单独试样时,这组试样可以定义为破断或未破断。
注2:当冲击试验后虽然试样未完全分离为两部分,但通过将试样两端捏合不借助工具也不使试样疲劳的情况下,
可以将试样分离为两部分,则认为该试样为破断。
注3:材料验收试验为用于评定最低验收要求的试验。
8.7 试样卡锤
如果试样卡在试验机上,试验结果无效,应彻底检查试验机有无影响其校准状态的损伤。
注:卡锤发生在破断的试样陷于试验机的移动部分与固定部分之间。这可能导致吸收能量的急剧上升。卡锤与摆
锤的二次碰撞可以通过试样痕迹进行区分,因为卡锤会在试样留下一对相对应的痕迹。
8.8 断后检查
如断后检查发现试样标记处存在明显变形,试验结果可能不代表材料的性能,应在试验报告中
注明。
8.9 试验结果
读取每个试样的冲击吸收能量,应至少估读到0.5J或0.5个分度单位(取两者之间较小值)。试验
结果至少应保留两位有效数字,修约方法按GB/T 8170执行。
9 试验报告
9.1 必要的内容
试验报告应包括以下内容或当客户允许时,可通过由试验室提供的报告编号追溯以下信息:
a) 本标准编号;
b) 试样相关资料(例如钢种、炉批号等);
c) 缺口类型及韧带宽度(缺口深度);
d) 与标准试样不同时的试样尺寸[厚度×宽度×长度,单位为毫米(mm)];
e) 试验温度;
f) 吸收能量KV2、KV8、KU2、KU8、KW2、KW8;
g) 试样或一组试样的大多数试样是否破断(对于材料验收试验不要求);
h) 可能影响试验的异常情况。
9.2 可选的内容
试验报告可以在9.1内容的基础上选择增加以下信息:
a) 试样的取向[5];
b) 试验机的初始势能标称值,单位为焦耳(J);
c) 侧膨胀值(参见附录B);
d) 断口形貌与剪切断面率(参见附录C);
e) 吸收能量-温度曲线(参见附录D中D.1);
f) 侧膨胀值-温度曲线;
g) 剪切断面率-温度曲线;
h) 转变温度,判定标准(参见附录D中D.2);
i) 没有完全断裂的试样数;
j) 最近一次直接校准和间接校准日期(年、月);
k) 吸收能量的测量不确定度(参见附录E)。
附 录 B
(资料性附录)
侧膨胀值
B.1 概述
测量材料在夏比冲击试样缺口根部区域承受三轴应力条件下抵抗断裂的能力,需要测量在这一区
域的变形量。此处的变形是压缩变形。由于即使是断裂后测量这一变形也很困难,因此通常测量断裂
平面上缺口对面的膨胀值代替压缩变形。由相关方协议确定是否需要测量侧膨胀值。
B.2 测定方法
B.2.1 测量侧膨胀值的方法需要考虑试样在一......
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