仪器化落锤冲击试验曲线分析

　　冲击试验是在1905年左右发展起来的,至今有近百年历史。在冲击试验过程中,作用在试件上的冲击力,在10 ms左右的时间内由零骤增到上百千克力又重新下降为零。由于冲击速度　　变化很大,打击时间短,精确测量这一过程是相当困难的。早期的冲击实验是根据能量守恒定律,计量冲断试样所消耗的势能差,这一原理至今还在应用。仪器化冲击试验机的出现,使冲击　　试验在两个方面产生了重大变化。一是发展了传统试验机的功能并进一步使之仪器化:即数字化控制,数字显示,数据采集和数据处理,自动绘制力、功与时间或位移关系曲线,冲击试验结果用图形曲线显示使之直观可视化。二是“仪器化冲击试验方法的标准化”逐渐形成,逐渐完善,它使冲击试验发生了质变。这种变化表现在以下几个方面: (1)冲击功的定义是按功=力×位移来定义的。即采用冲击力-位移曲线下的面积来计量。(2)仪器化冲击试验机可以给出14个反映材料冲击性能的参数,而传统冲击实验方法,仅仅给出1个冲击功参数。(3)14个性能参数中有4个力参数、5个位移参数、5个能量参数,它们分别表示出试样受冲击时的弹性、塑性和断裂过程的性能指标。(4)使冲击试验形象化,在曲线上我们可以形象地看到材料冲击试样的变形和断裂过程[1]。

　　1　试验设备主要参数

　　以美国instron corporation引进的9250HV型仪器化落锤冲击试验机为例。该机可用于金属标准试样及实物冲击性能测试,符合GB标准和ASTME-23《简支梁和悬臂梁冲击试验》、ASTME-208《确定铁素体钢脆性-韧性转变温度的落锤试验方法》、ISO148《简支梁和悬臂梁冲击试验》等国际通行的试验标准。其基本参数和主要技术指标如下:能量范围: 25~1603J;最大冲击速度: 20 m/s;最大落体高度: 1. 25m;上升速度:(1600±1. 6)mm/min(稳定状态);位置可重复性:±0. 015mm; A/D转换分辨率: 12bits/chan-ne;l数据采集速率:最大为1. 17MHz in 7ms。

　　2　试验结果及分析

　　从冲击试验曲线中可以看出,在打击试样10 ms左右瞬间根据几个特殊点的参数对材料性能分析是非常重要的,如下所述。

　　2. 1　力特征值

　　屈服力Fgy:力-位移曲线从直线上升部分向曲线上升部分转变点时的力值。最大力Fm:力-位移曲线上的最大力值。不稳定裂纹扩展起始力Fiu:力-位移曲线急剧下降开始时的力值,用来表示不稳定裂纹扩展的开始。不稳定裂纹扩展终止力Fa:力-位移曲线急剧下降终止时的力值[1]。

　　2. 2　位移特征值

　　Sgy、Sm、Siu、及Sa是特征力值Fgy、Fm、Fiu、Fa对应横坐标而确定的。试验开始由0~Fgy段,是弹性变形阶段;Fgy~Fm段,塑性变形阶段,定量反映出冲击过程中材料形变强化能力;Fm~Fiu段,裂纹稳定扩展阶段,定量说明裂纹稳定扩展量的大小;Fiu~Fa段,裂纹不稳定迅速扩展阶段;Fa~终点,裂纹稳定扩展断裂阶段。这些特征值为我们定量说明冲击性能变化提供了依据[1]。