于秀娥，代文科，孫紹廣，楊承波，王超逸

（1.鞍鋼股份公司技術(shù)中心，遼寧 鞍山 114009；2.鞍鋼股份公司質(zhì)檢中心，遼寧 鞍山 114021）

0 引 言

夏比沖擊試驗(yàn)是金屬力學(xué)試驗(yàn)中最基本的試驗(yàn)方法之一，沖擊吸收能量是部分冶金產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對材料的檢驗(yàn)指標(biāo)之一，是評定金屬材料在沖擊載荷下韌性的重要手段[1]。試驗(yàn)方法是根據(jù)夏比沖擊試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求，將材料加工成規(guī)定幾何形狀的缺口試樣置于試驗(yàn)機(jī)兩支座之間，缺口背向打擊面放置，用擺錘一次打擊試樣，測定試樣的吸收能量。

作為檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量性能的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，GB/T229-2007《金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》[2]近年來進(jìn)行了較大的修改，標(biāo)準(zhǔn)中增加了8mm擺錘刀刃圓角半徑的規(guī)定。該文主要研究了不同沖擊擺錘刀刃錘頭對管線鋼沖擊試驗(yàn)結(jié)果的影響。

1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

1.1 試樣

試驗(yàn)采用X65管線卷板的中部，在卷板的相同部位取樣，按GB/T229-2007的要求，制成標(biāo)準(zhǔn)的10 mm×10mm×55mm的V型缺口沖擊試樣,進(jìn)行系列溫度沖擊試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

分別采用擺錘刀刃圓角半徑為2 mm和8 mm的擺錘錘頭。

1.3 試驗(yàn)過程

每一試驗(yàn)溫度取6個(gè)沖擊試樣同時(shí)置于降溫裝置中，并在介質(zhì)中保溫足夠長時(shí)間，以使試樣內(nèi)部和表面達(dá)到同一試驗(yàn)溫度。分別使用具有不同擺錘刀刃圓角半徑的擺錘錘頭，由一人嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)要求操作試驗(yàn)，以減少人為操作誤差對試驗(yàn)結(jié)果的影響。

2 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果見表1，高能量及低能量沖擊試樣斷口形貌見圖1和圖2。

表1 不同擺錘刀刃錘頭沖擊試驗(yàn)結(jié)果

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 不同擺錘刀刃對沖擊吸收能量的影響

圖1 20℃時(shí)沖擊斷口形貌圖比較

圖2 -90℃時(shí)沖擊斷口形貌圖比較

從表1可以看出，在-60℃以上的試驗(yàn)溫度，采用8mm擺錘刀刃錘頭測得的沖擊吸收能量KV8值比采用2mm擺錘刀刃錘頭的沖擊吸收能量KV2的值高出38J。但隨著試驗(yàn)溫度的降低，沖擊吸收能量KV8值與KV2值之差逐漸變小，這是因?yàn)樵嚇釉诔惺軘[錘打擊過程中吸收的能量是由試樣發(fā)生彈性變形時(shí)吸收的彈性變形能量、彈性變形后裂紋產(chǎn)生前的塑性變形階段吸收的塑性變形能量及裂紋產(chǎn)生并擴(kuò)展至斷裂階段吸收的撕裂變形能量3部分組成[3]。擺錘打擊試樣時(shí)，試樣首先發(fā)生彈性變形，當(dāng)彈性變形達(dá)到彈性極限時(shí)，試樣產(chǎn)生沿?zé)o約束寬度方向的塑性變形。由于8mm擺錘刀刃比2mm擺錘刀刃對試樣的打擊面積大，因此試樣參與彈性變形和塑性變形的宏觀面積范圍增大，試樣會產(chǎn)生較大的內(nèi)部變形抗力，這就導(dǎo)致采用8mm擺錘刀刃錘頭比采用2mm擺錘刀刃錘頭獲得的沖擊吸收能量大，反映在沖擊試樣斷口形貌上即是兩者側(cè)膨脹值的明顯不同。由圖1可見，8mm擺錘刀刃下比2mm擺錘刀刃下的試樣側(cè)膨脹值高出0.22mm。

隨著試驗(yàn)溫度的降低，材料的韌性減小，擺錘刀刃在試樣上作用面積的大小對試樣消耗在彈性變形和塑性變形階段能量大小的影響減小，這導(dǎo)致KV8值與KV2值的差值逐漸變小。

3.2 不同擺錘刀刃對材料韌脆轉(zhuǎn)變溫度的影響

由于沖擊吸收能量對鋼材隨溫度變化產(chǎn)生的韌脆轉(zhuǎn)變明顯，因此用來測定鋼材韌脆轉(zhuǎn)變趨勢及轉(zhuǎn)變溫度。根據(jù)GB/T229-2007的規(guī)定，韌脆轉(zhuǎn)變溫度的判據(jù)為：沖擊吸收能量達(dá)到上下平臺之差的某一百分?jǐn)?shù)，通常取沖擊吸收能量的50%。由圖3可見，當(dāng)采用8mm擺錘刀刃錘頭時(shí)，韌脆轉(zhuǎn)變溫度Tt8高于采用2 mm擺錘刀刃錘頭時(shí)的韌脆轉(zhuǎn)變溫度Tt2，這是因?yàn)楦吣芰繒r(shí)KV8值偏高，低能量時(shí)KV8與KV2值相差減小，導(dǎo)致兩者同樣達(dá)到50%的變化量時(shí)[4]試驗(yàn)溫度不同。

圖3 沖擊吸收能量隨溫度變化趨勢圖

4 結(jié)束語

（1）在同一溫度下，8 mm擺錘刀刃下的沖擊吸收能量KV8大于2 mm擺錘刀刃下的沖擊吸收能量KV2。

（2）隨著試驗(yàn)溫度的降低，材料的韌性降低，擺錘刀刃作用在沖擊試樣上面積的大小對沖擊吸收能量大小的影響減小，表現(xiàn)在KV8值與KV2值的差值減小。

（3）沖擊吸收能量的誤差影響因數(shù)比較復(fù)雜，不適于采用修正的方法對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行修正[5-6]。

（4）由8mm擺錘刀刃錘頭測得的沖擊吸收能量KV8的變化值確定的韌脆轉(zhuǎn)變溫度高于用2 mm擺錘刀刃錘頭測得的沖擊吸收能量KV2的變化值確定的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。

為了確保材料在低溫下的使用安全性，應(yīng)由KV8的變化值確定材料的最低服役溫度。當(dāng)材料的服役溫度遠(yuǎn)高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，可以用KV2的值作為沖擊吸收能量的檢驗(yàn)指標(biāo)。

[1] 李久林.金屬夏比缺口沖擊試驗(yàn)方法國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施指南[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[2]GB/T 229—2007金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[3] 唐振廷.儀器化沖擊試驗(yàn)應(yīng)用講座（二）纖維斷面率與韌性斷面率之間的關(guān)系[J].汽車工藝與材料，2005（11）：42-44.

[4] 唐振廷.儀器化沖擊試驗(yàn)應(yīng)用講座（一）沖擊斷口測量方法及其存在問題[J].汽車工藝與材料，2005（10）：42-44.

[5]陳一.擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)示值誤差測量結(jié)果的不確定度評定[J].計(jì)量與測試技術(shù)，2008，35（2）：48-49.

[6] 齊立軍.國產(chǎn)、美標(biāo)沖擊試驗(yàn)機(jī)檢定方法的探討[J].中國計(jì)量，2009（6）：105-107.