何种方法更合理？高低温试验箱

　　六、低温冲击实验 一、实验目的： 1. 了解材料的低温脆性，学会测定材料韧脆转变温度的原理和方法； 2. 掌握冲击韧性的实验方法，要求能正确地测试材料的冲击韧性； 3. 熟悉冲击试样的宏观断口特征。 二、实验仪器材料： JB30GD 型冲击实验机、游标卡尺、低温箱、液氮罐、标准夏氏 V 型缺口试样 三、实验原理： (一)冷脆与冷脆转变温度 TK 有一些金属材料如体心立方晶格的中、 低强度结构钢， 当其服役温度降低时， 其塑性、韧性便急剧降低，使材料脆化，这种现象叫做冷脆。由于温度降低造成 金属由韧性状态转变为脆性状态的温度叫做冷脆转变温度，用符 TK 表示。不同 金属的冷脆转变温度 TK 是不同的，TK 愈低，表示脆化倾向愈小，即在低温下使 用时危险性愈小。金属的冷脆现象对一些在寒冷地带服役的机械设(工程机械、 运输机械、桥梁、铁路、输油管道等)带来很大危害及影响。因此，对制造这些 设的金属材料，常常需要测定其冷脆转变温度 TK 以确定其低温脆化倾向的大 小。 纤维区 断口百分数 冲击吸收功 X100 晶状区 温度t/°C 图1 冲击吸收功或断口形貌与温度的关系曲线 （二）冷脆转变温度 TK 的测定方法 金属冷脆转变温度 TK 可通过低温系列温度冲击实验来测定。所谓低温系列 冲击试验就是对同一种金属材料的冲击试样， 在低于室温的一系列不同温度下作 断 口百 分 率 冲击试验。根据其冲击吸收功 AK 随温度 t 的变化关系，或试样冲断后断口形貌 随温度 t 的变化关系，来确定其冷脆转变温度。图 l 为体心立方金属的 AK—t 或 断口率—温度关系曲线示意图。由图可见，这两种曲线一般都由三个部分组成。 部分为冲击吸收功变化不大的高冲击吸收功部分(上平台)，这部分冲击断口 形貌特点是灰暗色、 纤维状属于韧性断口；第三部分是冲击吸收功变化不大的低 冲击吸收功部分(下平台)，这一部分冲击断口形貌特点是结晶状，是典型的脆性 断裂断口，曲线的中间部分(第二部分)冲击吸收功变化较大，断口形貌为不同比 例的结晶状和纤维状的混合断口，所以在这个温度区间即为冷脆转变温度范围。 根据以上两种曲线， 可以分别采用能量法或断口形貌法来确定金属材料的冷 脆转变温度。 1、 能量法： 以冲击吸收功降低到某一个具体数值时的温度定位 TK。 对于夏比 U 型缺口试样，取冲击能量为 0.4AKUmax 所对应的温度为 TK 或取 1 2 (max + min )所对应的温度为 TK。 AKUmax 是指室温下 韧性断口所对应的 冲击吸收功，而 AKUmin 是指刚刚出现 结晶状断口时所对应的冲击吸收功。 对于夏比 V 型缺口试样，通常规定某 一个冲击吸收功所对应的温度 TK。这个冲 击吸收功是根据构件的使用条件来选取的。 2、 断口形貌法 指冲击断口形貌中纤维区所占面积下 降到 50%时所对应的温度为 TK，记为 50%FATT。 这种方法主要适用 V 型缺口试样。 3、 综合法 将 AKU-t 关系曲线中的上平台开始上升的温度定义为 tK。因为这个温度相当 于刚刚开始全部形成结晶状断口形貌时的温度， 所以这种 tK 也叫无塑性转变温度， 常用符号 NDT 表示。 四、实验步骤 1. 本实验温度可选择：20oC、0 oC、-10 oC、-20 oC、-30 oC、-35 oC、-40 oC、-50 oC 八个温度，各温度下的冲击试样不得少于 3 个。 2. 试样的准：领取试样，在端部打上编号。用棉纱擦净，再测量试样尺寸， 后检查试样缺口处的加工质量。 3. 了解冲击试验机的构造、工作原理、操作方法及安全注意事项 4. 冷却试样：根据试验温度要求在低温恒温箱内放入试样，进行保温。调节温 纤维区 晶状区 图2 冲击断口形貌 剪切唇 度时，要注意选好过冷温度，以补偿试样取出到冲断时温度的回升。 5. 进行冲击试验：把经过充分冷却的冲击试样从冷却装置中取出，迅速地放在 试验机支座上，尽快冲断。 6. 冲断试样后，立即刹车，并记录冲击功 AK，然后把指针拨回。 7. 仔细观察冲击断口，并描绘断口形貌草图。 五、实验结果的分析和处理 1. 将每个温度下所测定的几个试样的 AK 值分别记录下来，不要取平均值； 2. 根据试验数据在坐标纸上或计算机上绘制 AK－t 曲线，每个温度下测得的几 个 AK 值都要在图中分别标出， 然后根据这些数据点的变化趋势描绘一条曲线， 从中确定冷脆转变温度 Tk。 3. 本实验的 Tk 按下面两种方法确定： 夏比 U 型缺口试样： 采用 0.4Akumax 对应的温度为 Tk, 此 Akumax 值为室温下 全部为纤维状断口时的 Aku 值； 夏比 V 型缺口试样： 采用 50％FATT 对应的温度为 Tk。 六、 对实验报告的要求 (1)画出冲击试样形状及尺寸，并注明材料牌号及其热处理状态； (2)说明实验所用的设和冷却介质; (3)整理试验数据，作出相应 AK－t 曲线确定其 Tk 值； (4)结合断口形貌对比分析不同方法确定的 Tk 值，何种方法更合理？
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