冲击试验应用及存在问题

 
 
 
普通冲击试验测出的冲击功，在材料生产、加工工艺及机器零部件的检验上积累了许多经验，它成功地应用在以下方而。
a.冲击功对材料的宏观缺陷、显微组织的差异等非常敏感，长期以来有效地用来检定钢材质量和判断冶金、加工和热处理规程的适宜性，籍以控制和稳定产品质量。
b.由于冲击功对钢材随温度变化产生的韧脆转变敏感，因此用来测定钢材韧脆转变趋势及转变温度。为防比金属构件的冷脆、蓝脆及重结晶脆性，大致估算构建容许工作温度，可提供一种经验性判据。
c.冲击试验对缺口非常敏感，因此用来评定金属对大能量一次载荷的缺口敏感性。
d.多年来常用冲击试验测定钢材时效前后的冲击功，确定钢材的时效敏感性。
e.由于冲击试验设备简便，试样加工容易，试验时间短等优点，因此在与其它试验方法的配合上也引起了人们的重视。例如，断裂韧性与冲击功的关系上，建立了一些经验公式。
可见，冲击试验直接和间接地应用于材质的检测是多方而的。但是，由于测出的冲击功性能单一，而且缺乏准确的物理意义(这一点后而还会提到)，不能作为金属构件表征实际抵抗冲击能力的判据，只能相对近似地表征金属抵抗已发生断裂的再扩展能力。又何况冲击功，除了消耗在试样断裂的功之外，还包括轴的摩擦、机座振动、空气阻力以及试样抛出等功在内。
以上讨论指出冲击试验方法存在的问题，它妨碍了冲击试验的广泛应用和进一步发展。为此，科学工作者在20世纪50年代开始利用“示波冲击方法”测定冲击力一时间及冲击力一位移曲线，分解冲击功，试图从根本上解决冲击功物理意义不准确等问题。尽管受到科学技术不够先进成熟的限制，所测结果不够，但是利用信号放大、示波显示和快速摄影方法，获得了冲击力一位移(挠度)曲线，并且把冲击功分解成两个部分，见图1中，曲线所包围的而积，表示试样冲断时所吸收的总功AK；裂纹形成功A/，它主要消耗于试样的弹性变形、塑性变形以及裂纹形成；裂纹扩展功A，它主要消耗于裂纹前沿微观塑性变形及裂纹扩展。对于不同金属材料，即使总功A、相同，但由于上述两部分功所占比例不同，材料的韧性也不相同。冲击力一位移曲线可以反映出它们之间性能上的差异，见图20
 


 
 
从图2可以看出：
a.曲线1上显示弹性功所占的比例大，塑性变形功很小，裂纹扩展功几乎为零，说明裂纹一旦形成，就立刻扩展，直至断裂，显示出材料的脆性性质；
b.曲线2弹性变形功比前者小，塑性变形功增加，裂纹扩展功也有一定的增加，当裂纹发展到一定尺寸后，产生失稳扩展，表现出材料的半脆性；
c.曲线3弹性变形功较小，塑性变形功进一步增加，裂纹产生后，发生缓慢扩展，直至断裂也不产生失稳，充分显示出材料的韧性性质。由此可见，用分解冲击功的方法，把冲击功物理意义表达得比较清楚。其中，塑性变形功，尤其是裂纹扩展功的大小，才真正显示出被测材料的韧脆性质。
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