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GB/T229-2020與ASTME23差異及擺錘沖擊試驗應注意的問題

來源：深圳思邁科技技術有限公司 2021年07月01日 09:42

適用范圍:

•GB/T 229-2020為測定金屬材料在夏比沖擊試驗中吸收能量的方法。適用于室溫、高溫或低溫條件下夏比擺錘沖擊試驗,但不包括儀器化沖擊試驗方法,這部分內容參見 GB/T19748。對室溫試驗，GB/T 229-2020的環境溫度要求為23±5℃

•ASTM E23-18標準規定了采用夏比試驗（簡支梁）和艾氏試驗（懸臂梁）進行的金屬材料缺口試樣沖擊試驗的方法。本試驗方法不適用于溫度在-196 ℃（77K）以下的沖擊試驗。對室溫試驗ASTM E23-18為20±5℃

參數名稱和符號：

•GB/T 229-2020的試驗結果參數為沖擊吸收能量，用K表示，后面用字母V、U、W來表示試樣的缺口類型，最后用數字右下角標表示試驗所用的擺錘刀刃半徑(mm)，一般為2或8。

•ASTM E23-18基本不適用符號來表示參數，僅使用參數名稱。

術語和定義

a)直接檢定方法。該方法實際上是靜態檢定方法，即通過對試驗機關鍵部件的檢定，以確保其滿足本規程要求。所用的檢定儀器應證明可溯源到我國法定計量單位的國家基準。又稱部件檢定方法

b）間接檢定方法。該方法實際上是動態檢定方法，即使用標準試樣檢定試驗機。又稱示值檢定方法。

•3.1.2直接檢定(directverification)，n---是這樣一種過程，該過程能確保那些可能影響到吸收能量測量值的所有零件均在規定的尺寸公差之內。

•3.1.3間接檢定(indirectverification)，n---是這樣一種過程，該過程能確保因對一組檢定試樣進行測試而所得的平均吸收能量對應了合格吸收能量，并在規定的公差之內（見A2.4.1）。

試驗原理

•本標準規定的試驗采用擺錘單次沖擊的方式使試樣破斷,試驗條件由第6章、第7章和第8章出。試樣的缺口有規定的幾何形狀并位于兩支座的中心、打擊中心的對面。測定參數包括吸收能量、側膨脹值和剪切斷面率等。由于很多材料的沖擊結果會隨溫度變化而變化,試驗應在給定溫度條件下進行,當給定溫度不是室溫時,試樣應在可控溫度下進行加熱或冷卻。

意義和用途

•5.1本試驗方法反映了施加一次性載荷時由缺口、高速施加的載荷以及高溫或低溫情況下而產生的多軸向應力時金屬的特性。在與服役條件相關的情況下己經發現，對于某些材料和某些溫度，缺口沖擊試樣的試驗結果預測脆性斷裂更為精準。有關該試驗的更多意義參見附錄Xl。

•Xl.l缺口特性

•XI.I.I研究表明，近幾十年，夏比V型缺口沖擊試驗（CVN）廣泛應用在鋼材產品的力學性能試驗中并形成了規范。與斷裂機理相關的參數可用的情況下，就有可能對在低實驗溫度和高載荷使用率條件下的疲勞裂紋試樣規定用來確保材料的彈性塑性或塑性特征的CVN 韌性值。

•XI.1.2大量非鐵素體材料和奧氏體鋼，面心立方金屬和合金的缺口特性，可以通過普通的抗拉性能來判斷。如果拉伸時是脆性的，當有缺口存在時也呈脆性，如果拉伸時是塑性的，那么有缺口的時候也是塑性的，除非是非常尖銳或深的缺口（較標準夏比V型缺口或艾氏試樣嚴重的多）。即使在低溫下，這些材料的特性也不會改變。相比之下，鐵素體鋼在有缺口的情況下，其特性不能通過拉伸試驗所顯示的特性進行預測。為了研宄這些材料，夏比試驗和艾氏試驗就顯得非常有用。一些材料在拉伸試驗時顯現出正常的韌性，但是在進行試驗或在存在缺口的情況下可能會發生脆性斷裂。缺口的狀態包括抑制那些與主應力力向相垂直的變形或多向應力以及應力集中。己經證明，夏比試驗和艾氏試驗對于測定鋼的缺口脆性的敏感性是非常有用的，雖然這些方法不能直接用于評價其服役能力。

•XI.2缺口效應

•XI.2.1缺口導致了多向應力和在缺口底部的應力集中的復合，抑制垂直主應力方向的變形。較為尖銳的缺口狀態實際上并不希望，突然的脆性斷裂和*的脆性斷裂其有研究價值。某些金屬在非常低的溫度下仍然以塑性的方式變形，但其他的金屬則可能出現裂紋。這種特性上的不同可以通過考慮材料的結合強度（或其相互結合的性能）及其與屈服點的關系來解釋。在脆性斷裂的情況下，在發生較大的塑性變形以前，應力就超過了結合強度，因此其斷口呈現結晶狀。在發生塑性斷裂或剪切斷裂的情況下，最終斷裂時會有大量的變形產生，因而斷口呈現纖維狀而不是結晶狀。介于二者之間的情況，斷裂發生在中等變形之后，斷口呈現部分的纖維狀和部分結晶狀。

•XI.2.2當缺口試樣承受載荷時，通過缺口底部的垂直應力造成了初始斷裂。保持其不發生解理斷裂或相互結合在一起的特性就是“結合強度"。當垂直應力超過結合強度時，試樣就產生斷裂。當試樣沒有發生變形就發生斷裂，就稱為脆性斷裂。

•XI.2.4脆性斷裂還是延性斷裂，取決于在剪切應力超過抗剪強度之前垂直應力是否超過了結合強度。從這可以得出幾個非常重要的關于缺口特性的事實。如果缺口比較尖銳，剪切應力會隨著垂直于缺口底部的應力的增加而增加，試樣將更易于發生脆性斷裂（見表XI.I)。同樣，當隨著變形速度的增加，剪切強度也增加，發生脆性斷裂的可能性也增加。另外一方面，提高溫度，保持缺口不變，變形速度也不變，剪切強度就會降低而塑性增加，從而形成剪切斷裂。

試樣

•6.1.1 標準尺寸沖擊試樣長度為55mm,橫截面為10mm×10mm 方形截面。在試樣長度的中間位置有 V 型或 U 型缺口,見6.2.1和6.2.2。

•6.1.2 如試料不夠制備標準尺寸試樣,如無特殊規定,可使用厚度7.5mm、5mm 或2.5mm 的小尺寸試樣(見圖2和表2),通過協議也可使用其他厚度的試樣。

•注1:只有采用形狀和尺寸均相同的試樣才可以對結果進行直接比較。

•注2:對于低能量的沖擊試驗,用墊片使小尺寸試樣位于擺錘中心位置以避免額外的能量吸收非常重要。對于高能量的沖擊試驗采用墊片的重要性會有所降低。墊片可以置于支座上方或者下方,使試樣厚度的中心位置位于10mm 支座以上5mm 的位置(即標準試樣的打擊中心位置)。

•6.1.3 對于需要進行熱處理的試驗材料,應在最終熱處理后的試料上進行精加工和開缺口,除非可以證明在熱處理前加工試樣不會影響試驗結果。

形狀和取向：

•8．1.1試樣應從使用的產品標準規定的材料上選取。

•8.1.2選取試樣的類型很大程度上決定于所要進行測試材料的特性。某一類型試樣可能并不完個適合于軟有色金屬材料和淬火鋼材料。因此有多種類的試樣。通常，對于韌性較好的材料或在較低的沖擊速度下試驗，需要較尖銳和較深的缺口。

•8．1.3圖1和圖2所示的是應用*泛且效果理想的試樣。特別適用于除了鑄鋼之外的鋼鐵材料。@夏比樣本標號為v型缺口和U型缺口。

•8．1.4通常發現適用于粉末冶金材料的樣本見圖3和圖4所示。粉末冶金沖擊試驗樣本應遵循規程B925程序進行生產。這些材料的沖擊試驗結果受到樣本取向的影響。因此，除非另有規定，樣本在機器中的位置應使得擺錘將能打擊到平行于壓制方向的某一表面。對于粉末冶金材料，沖擊試驗結果報告為無缺口吸收能量。

•機加工試樣

•6.1.3 對于需要進行熱處理的試驗材料,應在最終熱處理后的試料上進行精加工和開缺口,除非可以證明在熱處理前加工試樣不會影響試驗結果。

6.4 試樣的制備

•試樣樣坯的切取應按相關產品標準或 GB/T2975的規定執行,試樣制備過程應使任何可能令材料發生改變(例如加熱或冷作硬化)的影響減至最小。

•6.5 試樣的標記

•試樣標記可以標在不與支座、砧座及擺錘錘刃接觸的試樣表面上。由試樣標記導致的塑性變形和表面不連續性不應對吸收能量產生影響(見8.8)。

•8.2.1當對熱處理材料進行評估的時候，試樣應在最后的熱處理工序之后對表面及缺口進行機械加工，除非可以證明在熱處理之前加工和熱處理之后加工的試樣的沖擊性能是相同的。

•8.2.2試樣的缺口應光滑，一般不需要對其進行拋光。

•注2：缺口尺寸的變化將影響到試驗結果

•8.2.3標識標記應只位于樣本的以下位置．10mm正方形端部的任一端；當樣本放置在砧（見注4）上時，朝上的樣本面；或者背對缺口的樣本面。樣本任一面應沒有標記在缺口中心線 10mm之內。長期性標記器，激光雕刻版，劃線器，靜電鉛筆和其它合適的標記方法可用于識別用途。然而，某些標記方法如果不正確使用，可導致損傷樣本。例如，靜電鉛筆產生過量熱或壓印時導致樣本發生變形，這可以改變樣本的機械性能。因此，必須總是小心避免損傷樣本。壓印和其它標記工藝如果可導致樣本發生變形，在缺口加工之前，應只能在樣本端部使。

•8.2.4試樣應滿足圖1或本試驗方法內任何其它使用圖形內所示的尺寸和公差。

試驗標準		GB/T229-2020		ASTME23-18
標準沖擊試樣缺口類型	V型
	名義尺寸	機加工公差
試樣長度	55mm	±0.60mm	+0/-2.5mm
試樣寬度	10mm	±0.075mm	±0.075mm
試樣厚度	10mm	±0.11mm	±0.075mm
缺口角度	45°	±2°	±1°
缺口根部半徑	0.25mm	±0.025mm	±0.025mm
韌帶寬度	8mm	±0.075mm	±0.025mm
標準沖擊試樣缺口類型	U型
	名義尺寸	機加工公差
試樣長度	55mm	±0.60mm	+0/-2.5mm
試樣寬度	10mm	±0.11mm	±0.075mm
試樣厚度	10mm	±0.11mm	±0.075mm
缺口根部半徑	1mm	±0.07mm	±0.025mm
韌帶寬度	8mm	±0.09mm
	5mm	±0.09mm	±0.075mm

試驗標準	GB/T229-2020		ASTME23-18
	V型和U型
	名義尺寸	機加工公差
缺口對稱面-端部距離	27.5mm	±0.42mm	±1mm
缺口對稱面-試樣縱軸角度	90°	±2°	±2°
試樣相鄰縱向面間夾角	90°	±1°	±0.17°
表面粗糙度		＜5μm	4μm	≤4μm
缺口表面的粗糙度	/	/	2μm	≤2μm
缺口類型			無缺口試樣
/	名義尺寸	公差	名義尺寸	公差
試樣要求	要求與V型缺口試樣相同（缺口除外）		L-全長	55.0±1.0mm
			W-寬度	10.00±0.13mm
			T-厚度	10.00±0.13mm
			相鄰邊	90°±10°

試驗標準		GB/T229-2020	ASTME23-18	GB/T229-2020		ASTME23-18
試驗標準		V型		U型
小試樣沖擊尺寸求	名義尺寸	機加工公差
試樣寬度	1/2寬度（5.0mm）	/	±0.050	/	無U型缺口小試樣
試樣寬度	1/3寬度（3.0mm）	/	±0.030	/
試樣厚度	1/4厚度（2.5mm）	±0.05mm	±0.025mm	/
	1/2厚度（5.0mm）	±0.06mm	±0.050mm	±0.06mm
	3/4厚度（7.5mm）	±0.11mm	±0.075mm	±0.11mm
	2倍厚度(20.0mm)	/	±0.075mm	/
韌帶寬度	1/2韌帶長（4.0mm）	/	±0.025mm	/
韌帶寬度	1/3韌帶長（2.4mm）	/	±0.025mm	/
其他尺寸要求	/	其他尺寸要求與標準V型缺口試樣相同	其他尺寸要求與標準V型缺口試樣相同	其他尺寸要求與標準U型缺口試樣相同

表X1.1 標準試樣不同缺口深度對吸收能量的影響

高吸收能量試樣

中吸收能試樣

低吸收能試樣

標準尺寸試樣

缺口深度，2.13mmA

缺口深度，2.04mmA

缺口深度，1.97mmA

缺口深度，1.88mmA

缺口底圓角半徑0.13mmB

缺口底圓角半徑0.38mmB

103.±5.2

97.9

101.8

104.1

107.9

98.0

108.5

60.3±3.0

56.0

57.2

61.4

62.4

56.5

64.3

16.9±1.4

15.5

16.8

17.2

17.4

14.6

21.4

A標準尺寸2.0±0.025mm(0.079±0.001 in)。

B標準尺寸0.25±0.025mm（0.010±0.001 in）

尺寸影響

XI.3.1增加試樣的寬度或厚度都會使試樣受變形的金屬的體積增加，當試樣斷裂的時候會因為這一因素的影響使吸收能量變大。然而，任何尺寸的增加，特別是厚度的增加，也將引起約束度的增加，而這將增加脆性斷裂的傾向，而這可能導致吸收能量的降低。標準v型缺口的試樣處在脆性斷裂的邊緣時更是如此，雙倍厚度試樣斷裂實際需要的吸收能量可能比一個標準厚度的試樣的吸收能量要小。

•XI.3.2在受材料尺寸限制而不能制備標準試樣時，例如當材料是6.35 mm厚度的鋼板時，采用的就是小尺寸試樣這樣的試樣（圖A3.1 )按圖1中的V型缺口試樣制備。

XI.3.3不同尺寸或形狀的試樣獲得吸收能量數值一般不可換算，但經過對給定材料和特定試樣專門研究后，為滿足技術條件使用，可以建立有限的關聯性。另一方面，在各種有關工藝變化相對影響的研究中，使用一些人為選擇的具有特定缺口的試樣時，在多數情況下都應在其適當的訂貨合同中注明

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