如何测试材料的冲击韧性？

上述强度、塑性、硬度都是在静载荷作用下测量的静态力学性能指标。许多零部件和工具在服役时要受到冲击载荷的作用，冲击载荷就是以很大的速度作用于工件上的载荷。如锻压机的锤杆、冲床的冲头、汽车变速齿轮、飞机的起落架等。瞬时冲击引起的应力和应变要比静载荷引起的应力和应变大得多，因此在选择制造该类机件的材料时，必须考虑材料的抗冲击载荷的能力。

摆锤一次冲击试验

材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力称为冲击韧性。为了讨论材料的冲击韧性αk值，常采用一次冲击弯曲试验法。由于在冲击载荷作用下材料的塑性变形得不到充分发展，为了能灵敏地反映出材料的冲击韧性，通常采用带缺口的试样进行试验。标准冲击试样有两种，一种是夏比U形缺口试样，另一种是夏比V形缺口试样。同一条件下同一材料制作的两种试样，其U形试样的αk值明显大于V形试样的αk值，所以这两种试样的值αk不能相互比较。图1-6、图1-7是国家标准规定的一次弯曲冲击试样的尺寸及加工要求。

图1-6　夏比U形缺口试样

图1-7　夏比V形缺口试样

试验时，将试样放在试验机两支座上，如图1-8所示。将重量为G的摆锤升至一定高度H1，如图1-9所示，使它获得位能为G·H1；再将摆锤释放，使其刀口冲向图1-8箭头所指试样缺口的背面；冲断试样后摆锤在另一边的高度为H2，相应位能为G·H2，冲断试样前后的能量差即为摆锤冲断试样所消耗的功，或是试样变形和断裂所吸收的能量，称为冲击吸收功Ak，即Ak= G·H1―G·H2，单位为J。试验时，冲击功的数值可从冲击试验机的刻度标盘上直接读出。冲击吸收功除以试样缺口底部处横截面积F获得冲击韧性值αk，即αk=Ak/ F，单位为J/cm2。(www.zuozong.com)

图1-8　试样在试验机上的放置

图1-9　冲击试验原理图

实践表明，冲击韧性对材料的一些缺陷很敏感，能够灵敏地反映出材料品质、宏观缺陷和显微组织方面的微小变化，因而是生产上用来检验冶炼、热加工得到的半成品和成品质量的有效方法之一。

材料的αk值越大，韧性就越好；材料的αk值越小 ，材料的脆性越大。研究表明，材料的αk值随试验温度的降低而降低。当温度降至某一数值或范围时，αk值会急剧下降，材料则由韧性状态转变为脆性状态，这种转变称为冷脆转变，相应温度称为冷脆转变温度。材料的冷脆转变温度越低，说明其低温冲击性能越好，允许使用的温度范围越大。因此寒冷地区的桥梁、车辆等机件用材料，必须作低温（一般为- 40℃）冲击弯曲试验，以防止低温脆性断裂。