夏比V型冲击试验的尺寸效应及工程应用.pdf
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1、夏比V型冲击试验的尺寸效应及工程应用夏比v型冲击试验广泛应用于钢制品的质量检验并形成了规范,用以评 价材料(或构件)的冶金质量,特别是规定温度下材料的抗断裂能力。试验通常采用尺寸为10mmx 10mmx55mm的标准试样,将试验结果 与技术要求值进行比较后,可以判断材料是否合格。当工件受尺寸限制,不能制备标准试样时,可采用非标准小尺寸试样,且各标准或规范给出 了采用小尺寸试样时要求值按有效截面积折算的方法。然而,工程实践 中这样的折算方法时常被泛化,被误认为小尺寸试样与标准试样之间 始终存在着比例关系。为此,笔者以Q245R钢板为研究对象,对不同尺 寸的试样在不同温度下进行了夏比V型冲击试验,
2、研究了夏比V型冲击 试验的尺寸效应问题,同时对小尺寸试样在工程应用中主流标准处置方 法以及方法之间差异等问题进行了探讨,以期为相关人员提供参考。1试样制备与试验方法1.1 试样制备试验材料为正火态Q245R钢板,钢板厚度为25mm,其化学成 分(质量分数/%)为 0.19C,0.28Si,0.64Mn,0.01 P,0.004S,0.05AI,0.001 Nbz0.014Tiz0.002V;该钢板的显微组织为铁素体+珠光体,晶粒度为7.5级。沿钢板横向取样,试样轴线位于钢板1/2处,V型缺口垂直于钢 板表面,试样表面采用磨床磨光,缺口采用专用成形铳刀加工,缺口底 部高度为(80.025)mm,
3、在投影仪下50倍放大检查,加工质量需符合 GB/T 229-2007金属材料夏比摆锤冲击试验方法的要求。试样共制 备5组,第1组为10mmx 10mmx55mm标准试样(以下简称为标准 试样)72 个;第 2 4 组分别为 7.5 mmx 10mmx55mm,5 mmx10 mm x55 mm,2.5mmx10mmx55mm非标准小尺寸试样(以下分别简称为 7.5,5,2.5mm小尺寸试样)各72个;第5组为取自钢板不同部位的厚 度为525mm小尺寸试样各18个。1.2 试验方法将上述第1 4组试样每组分成8份,每份9个试样,按GB/T 19748-2005钢材夏比V型缺口摆锤冲击试验仪器化试
4、验方法分别 在-80,-60,-40,-30,-20,0,20,40共8个温度下采用RKP450型冲击试 验机对每份试样进行冲击试验。第5组两种试样各分为2份,一份在砧 座上加装垫片,另一份砧座上不加装垫片,在室温下采用RKP450型冲 击试验机进行冲击试验,这样一方面评估试验材料冲击韧度的均匀性,另一方面评估试样尺寸改变后,摆锤打击中心的微小变化对于试验结果 的影响。冲击试验机摆锤刀刃半径为2 mm,锤头最大冲击能量为450J,冲击速度为5.2m.s-1o低温冷却介质为酒精,室温以上加热介质为水,采用数显温度计测温,不给予温度补偿,试样从移出到打断的时间控制 在5s以内。试验机自动采集载荷-
5、位移曲线,读取冲击吸收能量KV、裂 纹形成能量Wi(最大力之前消耗的能量)、裂纹扩展能量Wp(最大力 之后消耗的能量)等。试验后,采用游标卡尺测量试样的韧性断面率,从而得到韧脆转变温度曲线。冲击试验的误差来源较多,试验结果可能存在离散。为尽可能减 小外因干扰,试验除保证所有试样均取自于同一钢板以外,每个温度下 试验9个试样,并在数据处理时去除一个最高值和一个最低值。虽然这 样的处理方式欠严谨,但仍可视为减少试验误差的简单方法。2试验结果2.1第14组试样冲击试验图1为不同尺寸试样的冲击吸收能量和裂纹形成能量随温度变化 的手工拟合曲线。表1给出了不同尺寸试样在不同温度下冲击吸收能量 的平均值,以
6、及小尺寸试样与标准试样的冲击吸收能量比值。60402iiM8ii6(i4ii2iiUIX 11a)10 imn807()(M)50403020loo.u5 0 5 0 5 0 53-3.ASME BPVCWIII.I:20172710115/KV 1 12.5l kv 28207.5/KV-5EN 13445:20142710145/kv 20307.5f KV 51010205/kv 2024X75%7.5241()150 201124X50%5XB/T 47016 2011311()31X75%7.531X50%5注:1)冲击吸收能#规定值特指承压设备、核电装备等为防I卜悦斯而提出的材科韧
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