冲击及工艺.ppt
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力学性能试验培训,金属韧性金属工艺性能,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,2,1.金属的韧性,定义:
金属在断裂前吸收变形能量的能力。
分类:
静力韧性、冲击韧性、断裂韧性。
金属韧性通常随加载速度提高、温度降低、应力集中程度加剧而减少。
材料的冲击韧度不光取决于材料本身的内在因素。
2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,3,冲击试验标准,GB/T229-1994金属夏比缺口冲击试验方法eqvIS01482-1983IS0832-1976代替GB/T229-84GB2106-80GB4159-84GB5775-86GB/T12788金属夏比冲击断口测定方法GB/T4158金属艾氏冲击试验方法,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,4,适用范围和试验原理,适用范围:
本标准适用于温度在-1921000范围内金属夏比V型缺口和U型缺口试样的冲击试验。
其他类型缺口及无缺口试样的冲击试验可参考本标准。
试验原理:
用规定高度的摆锤对处于简支梁状态的缺口试样进行一次性打击,测量试样折断时的冲击吸收功。
2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,5,冲击试验的应用,作为韧性指标,为设计选材和研制新型材料提供依据检查和控制冶金产品质量监督热加工工艺质量评定材料在不同温度下的脆性转化趋势确定应变时效敏感性缺口敏感性指标。
2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,6,术语及定义,冲击吸收功:
规定形状和尺寸的试样在冲击试验力一次作用下折断时所吸收的功脆性断面率:
脆性断口面积占试样断口总面积的百分率冲击吸收功-温度曲线:
在一系列不同温度的冲击试验中,冲击吸收功与试验温度的关系曲线韧脆转变温度:
在一系列不同温度的冲击试验中,冲击吸收功急剧变化或断口韧性急剧转变的温度区域,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,7,试验设备,冲击试验机打击能量:
30OJ和150J打击速度:
5.05.5m/s。
试验机的试样支座及摆锤刀刃尺寸试验机的并定期检定温度控制装置:
温度稳定在土2之内。
恒温槽容量和介质。
温度测量精度1C。
2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,8,冲击试样,V型缺口冲击试样U型缺口冲击试样小尺寸冲击试样冲击试样的加工,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,9,夏比缺口试样尺寸,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,10,冲击试验试样尺寸:
2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,11,焊接冲击试样,焊接接头取样方法:
焊接接头冲击试验时,试样缺口位置应按要求开在焊缝、熔合线或热影响区,缺口轴线应垂直焊缝表面。
焊接接头冲击试样的热影响区缺口位置:
其缺口轴线与熔合线的距离t应由产品技术条件规定焊缝金属冲击试样热影响区冲击试样,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,12,缺口在焊缝、熔合线或HAZ的位置,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,13,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,14,试验,室温冲击试验应在1035进行,温度要求严格的试验应在20士2进行。
试验机一般在摆锤最大能量的10%90%范围内使用。
试验前应检查摆锤空打时被动指针回零差不应超过最小分度值的四分之一。
尺寸测量。
试样应紧贴支座放置,缺口对称面与两支座对称面偏差不应大于0.5mm。
试验温度,过冷(热)度,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,15,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,16,试验用介质,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,17,冲击试验结果,数值修约结果表示:
AkV,AkU2,AkU5不同类型和尺寸试样的试验结果不能直接对比和换算。
ak值,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,18,冲击吸收功结果报告,由于试验机打击能量不足使试样未完全折断时,应在试验数据之前加大于符号“”;其他情况则应注明“未折断”。
冲击吸收功应至少保留两位有效数字,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,19,冲击吸收功结果判定,第一次测试合格判据3个试样冲击功平均值标准值小于标准值的试样最多一个每个单个试验值不小于标准值的70%。
复试合格判据6个试样冲击功平均值标准值冲击功低于标准值的试样不超过2个冲击功低于标准值70%的试样不超过1个,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,20,材料最低转变温度试验,确定材料试验值等于标准值的温度在高于和低于预计转变温度附近每个温度试验一个试样,记录每个温度到0.5C作出冲击吸收功或剪切断面率-温度曲线用内插法求出规定值对应的温度,精确到3C如所求温度等于或低于规定值,则结果合格如所求温度高于规定值,但不超过12C,重复进行两次试验,如两次试验所求温度等于或低于规定值,则结果合格,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,21,金属冷脆现象及韧脆转变温度,t,tk,c,s,s,t1,t2,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,22,韧脆转变温度确定方法
(1),冲击吸收功-温度曲线上平台与下平台区间规定百分数(n)所对应的温度,用ETTn表示(如ETT50)。
脆性断面率一一温度曲线中规定脆性断面率(n)所对应的温度,用FATTn表示(如FATT50,FATT90)。
侧膨胀值-温度曲线上平台与下平台区间某规定侧膨胀值所对应的温度,用LETT表示。
2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,23,韧脆转变温度确定方法
(2),规定冲击吸收功所对应的温度(ASTMA370,DIN50115)达到上平台冲击功规定百分率(如50)所对应的温度(DIN50115),2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,24,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,25,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,26,冲击试样断口纤维断面率,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,27,冲击试验的影响因素,化学成分金相组织取样方向试验温度材料缺陷试样形状表面质量缺口位置,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,28,取样方向,轧锻板材纵向试样横向试样长横向:
LT短横向:
ST(Z向)圆形锻件径向试样切向试样轴向试样,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,29,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,30,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,31,冲击试验的误差,吸收功弹性功塑性功断裂功试样掷出机座振动空气阻力摩擦损耗试样加工打击中心对正温度,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,32,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,33,总功相同韧性不同,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,34,缺口深度对冲击性能的影响,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,35,缺口根部半径对冲击性能影响,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,36,钢的应变时效,钢铁材料,尤其是低碳钢板经过冷加工变形后长期处于高温或较高温下工作,其塑性和韧性会明显下降,这种现象被称为应变时效。
钢经应变时效后韧性下降的程度用应变时效敏感性系数C表示,C=(Ak-Aks)/Ak*100%,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,37,拉伸试样,样坯切取的部位、取向避免产生加工硬化或热影响改变钢材的性能。
厚度=12mm的钢材拉伸样坯尺寸为1212Lmm,并应保留一面轧制面。
厚度为6mm至小于12mm的钢材,拉伸样坯尺寸为a12Lmm,a为钢材的实际厚度,此时应保留两面轧制面。
2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,38,压缩试样,厚度=12mm的钢材,压缩样坯的尺寸为121257mm,并应保留一面轧制面。
厚度为6mm至小于12mrn的钢材,压缩样坯的尺寸为a1257mm,此时应保留两面轧制面。
采用V型或2mm深U型缺口的冲击试样,厚度尽量大。
冲击试样应根据钢材的厚度保留其轧制面,且试样缺口轴线应垂直于轧制面。
未经受应变时效的冲击试样类型和尺寸必须与经受应变时效的冲击试样一致,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,39,试验,一般用拉伸应变,拉伸按GB228进行。
一般低碳钢的残余应变量应为10%,低合金钢应为5%,其偏差均为土0.5%。
可采用压缩应变。
压缩残余应变量与拉伸相同。
人工时效:
在250士10下均匀加热保温一小时,然后在空气中冷却至室温。
2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,40,试验,测定应变时效冲击吸收功或应变时效冲击韧性值一般为三个冲击试样。
测定应变时效敏感性系数一般为六个试样:
三个未经受应变时效,三个经过应变时效状态。
冲击试验均应按照G229进行。
测定应变时效敏感性系数时,未经受应变时效与经受应变时效状态的冲击试验,应在同一台冲击试验机上进行。
2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,41,结果表示,由U型缺口标准冲击试样得出的试验结果,应变时效冲击吸收功用AKUs表示、应变时效敏感性系数用Cu表示。
由V型缺口标准冲击试样得出的试验结果,应变时效冲击吸收功用AKVs表示、应变时效敏感性系数用Cv表示。
2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,42,落锤试验方法,NDT(nil-ductilitytransition)与NDT(NondestructiveTesting)NDT温度:
采用落锤试验方法,标准试样发生断裂的最高温度。
在比该温度高5时做的两个试样均未断裂。
2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,43,落锤试样,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,44,试验结果判定,断裂:
裂纹源焊道形成的裂纹扩展到受拉面的一个或两个棱边。
未断裂:
裂纹源焊道形成的裂纹未扩展到受拉面的棱边。
试验无效:
出现裂纹源焊道缺口底部未开裂或试样受拉面未接触终止台。
2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,45,落锤试验影响因素,试样型式(尺寸)试样从保温容器中取出到进行冲击的间隔时间。
2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,46,落锤撕裂试验方法,DWTT:
Drop-weightteartest试样:
5mm深压制缺口,300*板厚剪切面积百分数:
SA%,2.金属工艺性能试验,-金属加工能力的判定,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,48,力学性能与工艺性能,力学性能:
材料在力作用下应力与应变的关系;材料的使用性能;结构强度设计的依据。
工艺性能:
检验材料适应某种加工工艺的能力。
力学性能试验的一种补充试验。
2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,49,工艺性能试验的特点,试验过程与材料的工艺过程、使用条件相似。
试验结果能反映材料的塑性、韧性及部分质量问题。
试样加工容易。
试验方法方便,无需复杂的试验设备。
2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,50,工艺性能试验的分类,棒材:
顶锻试验、弯曲试验等型材:
展平弯曲、反复弯曲等板材:
弯曲、反复弯曲、锻平、杯突等管材:
液压、扩口、缩口、弯曲、压扁、卷边等线材:
反复弯曲、扭转等丝、带材:
2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,51,常用金属工艺性能试验标准,金属弯曲试验(GB/T232-1999)金属管弯曲试验(GB/T244-1997)金属管扩口试验(GB/T242-1997)金属管压扁试验(GB/T246-1997)金属杯突试验(GB/T4156-1984)焊接接头弯曲及压扁试验(GB/T2653-1989),2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,52,其他金属工艺性能试验标准,金属管液压试验(GB/T241-1997)金属管卷边试验(GB/T245-1997)金属反复弯曲试验(GB/T235-1999)钢筋平面反复弯曲试验(YB/T5126-1993)金属顶锻试验(GB/T233-2000)金属线材反复弯曲(GB/T238-1999)金属线材扭转试验(GB/T239-1999)金属线材缠绕试验(GB/T2676-1988)薄板双层咬和弯曲试验(YB/T5001-1993)铝管材压缩试验(GB/T3251-1982),2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,53,金属弯曲试验,目的:
定性检验在给定试验条件下,试样承受弯曲变形的能力,并揭露其缺陷。
原理:
将一定形状和尺寸的试样放置于弯曲装置上,以规定直径的弯心将试样弯曲到所要求的角度后,卸除试验力检查试样承受变形性能。
弯曲试验与弯曲力学性能试验,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,54,材料弯曲试样-通则,试样可为圆形、方形、长方形或多边形横截面。
取样位置、方向按产品标准或GB/T2975弯曲表面不得有划痕和损伤。
方形和长方形试样的棱边应锉圆,其半径不应大于厚度1/10。
棱边倒圆时不应形成影响结果的横向毛刺、伤痕或刻痕。
用机加工方法去除剪切或火焰切割等形成的影响材料性能的区域。
并保留一侧原表面。
弯曲试验时,原表面应位于弯曲的拉伸面。
2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,55,材料弯曲试样-尺寸(宽度),按相关产品标准要求产品标准未规定时:
产品宽度20mm-试样采用原宽度产品宽度20mm厚度3mm-试样宽度为20mm5mm厚度3mm-试样宽度为2050mm,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,56,材料弯曲试样-尺寸(厚度),按相关产品标准要求产品标准未规定时:
产品厚度25mm-试样采用原厚度产品厚度25mm-机加工减薄至25mm,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,57,材料弯曲试样-尺寸(直径),产品直径50mm-试样采用原横截面,如试验机能力不足,对直径超过3050mm的产品,可加工成横截面内切圆直径25mm的试样。
产品直径50mm-可加工成横截面内切圆直径25mm的试样。
钢筋类产品一般均应以其全截面进行试验。
非仲裁试验,经协议可用宽度和厚度大于以上规定的试样。
2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,58,材料弯曲试样-尺寸(长度),弯曲试样长度根据试样厚度和弯曲试验装置而定通常按下式确定试样长度:
L=0.5(d+a)+140mm,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,59,焊接试板弯曲试样术语,横弯:
焊缝轴线与试样纵轴垂直时的弯曲。
纵弯:
焊缝轴线与试样纵轴平行时的弯曲。
正弯:
试样受拉面为焊缝正面的弯曲。
双面不对称焊缝、焊缝最大宽度面为正面;双面对称焊缝,先焊面为正面。
背弯:
试样受拉面为焊缝背面的弯曲。
侧弯:
试样受拉面为焊缝纵剖面的弯曲。
焊接试板弯曲分类:
横向正弯、横向背弯、横向侧弯、纵向正弯、纵向背弯。
2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,60,焊接试板弯曲试样尺寸,横弯试样:
厚度为焊接接头的试件厚度,宽度1.5试件厚度(最小20mm)侧弯试样:
厚度10mm,宽度等于焊接接头母材厚度,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,61,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,62,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,63,焊接弯曲试样取样,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,64,弯曲试验设备,支辊式弯曲装置l=(d+3a)0.5aV型模具式弯曲装置虎钳式弯曲装置翻板式弯曲装置l=(d+2a)26mm,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,65,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,66,试验程序和结果判定,试验温度试样在力作用下弯曲至规定的弯曲角度。
缓慢施加弯曲力按相关产品标准评定结果产品标准规定的弯曲角度认作为最小值,规定的弯曲半径认作为最大值。
2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,67,弯曲试验影响因素,宽厚比弯心直径弯曲角,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,68,金属管弯曲试验,定义:
在带槽弯心上将试样弯曲至规定程度,检验金属管承受弯曲塑性变形的能力并显示其缺陷的试验。
目的:
检验金属管对弯曲加工的适用性。
2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,69,金属管弯曲试验-注意事项,弯心应具有与管外径轮廓相适应的沟槽。
弯曲装置应能限制管的横截面发生椭圆变形(椭圆短轴最小值原外径85%)。
对焊接管,如相关标准对焊缝位置未做规定,焊缝应置于试验位置的最上方或最下方。
2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,70,金属管扩口试验,定义:
将规定锥度的顶心压入金属管一端,使直径均匀地扩张至规定尺寸,检验金属管径向扩张塑性变形的能力并显示其缺陷的试验。
原理:
用圆锥形顶心扩大管段试样的一端,直至扩大端的最大外径达到相关产品标准所规定的值。
目的:
检验在给定条件下管子的塑性变形能力。
扩口率:
Xd=(D0-D)/D100%,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,71,金属管压扁试验,定义:
将金属管压扁至规定尺寸,检验其塑性变形能力并显示其缺陷的试验。
原理:
垂直于管的纵轴方向对规定长度的试样或管的端部施加力进行压扁,直至在力的作用下两压板之间的距离达到相关产品所规定的值。
如为闭合压扁,试样内表面接触的宽度应至少为试样压扁后其内宽度的1/2。
2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,72,金属杯突试验,定义:
用球形冲头将夹紧的金属板或带状试样压入规定尺寸的冲模中直至出现穿透裂缝,测量杯突深度值的试验。
目的:
检验金属板材(尤其是薄板)适应拉胀成形的极限能力。
2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,73,杯突试验示意图,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,74,影响杯突试验结果的因素,试样夹紧力润滑条件杯突试验终止点的控制,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,75,金属顶锻试验,定义:
对规定尺寸的试样进行锤击或锻打,检验金属在室温或热状态下承受顶锻塑性变形的能力并显示其缺陷的试验。
锻压比:
顶锻后试样高度与锻前试样高度之比。
谢,谢,诸,位,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,77,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,78,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,79,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,80,2023/11/24,Prof.WangBin,TestingCenter,SRIM,81,
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