金属冲击试样在冲击过程中发生扭转的原因及对冲击吸收功的影响选编

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,金属冲击试样在冲击过程中发生扭转的原因及对冲击吸收功的影响,张庄，洪刚，任立志,张敬敏,国家钢铁材料测试中心，北京100081,问题的产生,人们在做金属材料冲击试验过程中发现，当试样产生塑性变形时尤其在获得相对高的冲击吸收功时试样可能发生扭转。原因何在、对结果有什麽影响、怎样克服，这是本文讨论的重点。,现象,图,1,：,100%,脆性断口,图,2,：钳口压痕,图,3,：冲断后弯折示意图,图,4,：试样没有发生扭转,图1、图5试样为同一台300J冲击试验机对美国不同能量标样低能量、高能量、超高能量的试验结果。图1图4为低能量试样，试验机检定结果完全符合ASTM E23-05直接检定的要求，冲击结果符合间接检定的结果。从图1可知为全脆性断裂，图2中钳口压痕DC垂直于AB。图3、图4为断后示意图，从图4中可以看出试验断裂后没有发生扭转。,现象,图,5,：非全脆性断口,图6：钳口压痕,图,7,：,冲击中发生扭转的断后弯折示意图,图,8,：试样发生扭转,图5图8位高能量试样断后的情形。试验机在符合ASTM E23-05直接检定的条件下，其间接检定高能量段结果不合格，其试验结果及冲击吸收功高于美标样的标准值，且相对偏差超出其5%极限规定，而高达8.9%；对于超高能量美标试样其偏差高达10.64%。从图中可见试样断前断后以冲击试样缺口为中心发生了一定的偏转，见图8。,原因,首先我们认为试验机摆杆在冲击试验过程中受一定的横向力作用用见图9，该力为试样弯曲变形产生的，当力大于某规定值时，摆锤在其作用下可能发生沿横向力方向的位移。这是由于摆锤设计及其整体结构的刚性所决定。,图,9,试样对摆锤势力的示意图,在进行冲击试验时，试样在断裂过程中将对摆锤施加一对横向力。当其大小相等，方向相反，那么合力为零。这种状态主要取决于裂纹起裂时的位置，为理想状态。当裂纹起裂点偏于垂直打击中心线时，该对横向力矢量之和不为零时，那么产生一使摆锤侧移的力。该力随裂纹路径而变，当其在冲击过程中方向发生改变时，这使摆锤产生震动，这就是人们时有看到的在冲击过程中摆锤的抖动；当在冲击过程中，摆锤所受的测向力只有大小的变动，没有方向的改变，那么出现如图5图8式的试样扭转。,然而，无论是发生摆锤的震动还是试样的扭转都需要摆锤做功。而这时试验机所显示的冲击吸收功为：,试验机所显示的冲击吸收功，,试样真正的冲击吸收功，,摆锤震动所做的功或试样扭转所做的功。,结果,从上述公式中的附加项可知，摆锤在冲击过程中很易引起额外的能量消耗，从而不能真实地反映试样的真正冲击吸收功。,实际上，由于设计的原因导致的试验机整体刚性缺乏、试验机安装的错误产生振动的传播都是使试验机显示的冲击吸收功偏高。本篇文章仅讨论摆锤设计及摆锤整体结构的刚性所所造成的影响。,解决方法,根据国际标准及国家标准中对试验机刚性的要求所诉试验机应有足够的刚性。这一重要的条件在试验机直接检定中是无从确定的，但是通过间接检定在排除其他影响因素的条件下是可以确定的。对于试验机设计者来说，如果在其能量适用范围内满量程的70%，冲断的试样仍发生图5图8的结果，那么可认为试验机摆锤结构刚性缺乏，更改设计，尽可能降低试验机摆锤刚性不住的影响。对于试验机使用者来说，最好在不产生摆锤震动和试样扭转的范围内使用。,正如相关标准中所述，试验机应和大地成为一个整体，这就强调试验机安装的重要性。如果地基做得不够好，进行冲击试验时人们会感到地面的震动，这样的震动无疑是试验机做功的结果，从而试验机所显示的能量是由试样的真正冲击吸收功与这局部震动功之和。同理试验机刚性缺乏同样造成试验机所测得的试样冲击吸收功偏高。以上引起冲击吸收功偏高的原因都是设计者应重点关注和解决的。造成冲击吸收功偏高的原因还有许多因素，这里就不详述。,补充说明,以下为三台不同的冲击试验机针对美标试样的试验结果：,某300,J,国产试验机进行美国,NIST,标样试验结果（中高能量时试样发生扭转）,试验温度,平均值,偏差,相对偏差%,标准值,结果,-40,13.76,0.16,13.6,（合格）,-40,102,95,8.94,9.46,94,5,（不合格）,20,252,6,24.3,10.64,228,3,（不合格）,人有了知识，就会具备各种分析能力，,明辨是非的能力。,所以我们要勤恳读书，广泛阅读，,古人说“书中自有黄金屋。,通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，,培养逻辑思维能力；,通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，,培养文学情趣；,通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。,有许多书籍还能培养我们的道德情操，,给我们巨大的精神力量，,鼓舞我们前进。,