衝擊韌性

衝擊韌性或衝擊功試驗（簡稱"衝擊試驗"），因試驗温度不同而分為常温、低温和高温衝擊試驗三種；若按試樣缺口形狀又可分為"V"形缺口和"U"形缺口衝擊試驗兩種。 ^[1] 

衝擊韌性（衝擊值）ak

工程上常用一次擺錘衝擊彎曲試驗來測定材料抵抗衝擊載荷的能力，即測定衝擊載荷試樣被折斷而消耗的衝擊功Ak，單位為焦耳（J）。

而用試樣缺口處的截面積F去除Ak，可得到材料的衝擊韌度（衝擊值）指標，即ak=Ak/F，其單位為kJ/m²或J/cm²。

因此，衝擊韌度ak表示材料在衝擊載荷作用下抵抗變形和斷裂的能力。ak值的大小表示材料的韌性好壞。

一般把ak值低的材料稱為脆性材料，ak值高的材料稱為韌性材料。

ak值取決於材料及其狀態，同時與試樣的形狀、尺寸有很大關係。ak值對材料的內部結構缺陷、顯微組織的變化很敏感，如夾雜物、偏析、氣泡、內部裂紋、鋼的回火脆性、晶粒粗化等都會使ak值明顯降低；同種材料的試樣，缺口越深、越尖鋭，缺口處應力集中程度越大，越容易變形和斷裂，衝擊功越小，材料表現出來的脆性越高。因此不同類型和尺寸的試樣，其ak或Ak值不能直接比較。

材料的ak值隨温度的降低而減小，且在某一温度範圍內，ak值發生急劇降低，這種現象稱為冷脆，此温度範圍稱為“韌脆轉變温度（Tk）”。 ^[2] 

衝擊韌性（ ak ）：材料抵抗衝擊載荷的能力，單位為焦耳/ 平方釐米（ J/cm² ）

代號：аk

單位：J/cm²

簡介：將衝擊吸收功除以試樣缺口底部處橫截面積所得的商。

注：用夏氏U形缺口試樣求得的衝擊功和衝擊值，代號分別為AkU和akU；用夏氏V形缺口試樣求得的衝擊功和衝擊值，代號分別為AKV和аkV。

用一定尺寸和形狀的金屬試樣，在規定類型的衝擊試驗上受衝擊負荷折斷時，試樣刻槽處單位橫截面上所消耗的衝擊功，稱為衝擊 韌性以ak表示。

常用的10×10×55mm，帶2 mm深的V形缺口夏氏衝擊試樣，標準上直接採用衝擊功（J焦耳值）Ak，而不是採用αK值。因為單位 面積上的衝擊功並無實際意義。

衝擊功對於檢查金屬材料在不同温度下的脆性轉化最為敏感，而實際服役條件下的災難性破斷事故，往往與材料的衝擊功及服役温 度有關。 因此在有關標準中常常規定某一温度時的衝擊功值為多少 、還規定FATT（斷口面積轉化温度）要低於某一温度的技術條件。所謂FATT，即一組在不同温度下的衝擊試樣沖斷後，對沖擊斷口進行評定，當脆性斷裂佔總面積的50%時所對應的温度。

由於鋼板厚度的影響，對厚度≤10mm的鋼板，可取得3/4小尺寸衝擊試樣（7.5×10×55mm）或1/2小尺寸衝擊試樣（5×10×55mm）。但是一定要注意，同規格及同一温度下的衝擊功值才可相互比較。只有在標準規定的條件下，才可按標準的換算方法，折算 成標準衝擊試樣的衝擊功，再相互比較。 ^[2] 

衝擊韌度是通過沖擊實驗來測定的。這種實驗在一次衝擊載荷作用下顯示試件缺口處的力學特性（韌性或脆性）。雖然試驗中測定的衝擊吸收功或衝擊韌度，不能直接用於工程計算，但它可以作為判斷材料脆化趨勢的一個定性指標，還可作為檢驗材質熱處理工藝的一個重要手段，這是因為它對材料的品質、宏觀缺陷、顯微組織十分敏感，而這點恰是靜載實驗所無法揭示的。

測定衝擊韌度的試驗方法有多種。國際上大多數國家所使用的常規試驗為簡支梁式的衝擊彎曲試驗。在室温下進行的實驗一般採用GB/T229-1994標準《金屬夏比衝擊試驗方法》，另外還有“低温夏比衝擊實驗”，“高温夏比衝擊實驗”。由於衝擊實驗受到多種內在和外界因素的影響。要想正確反映材料的衝擊特性，必須使用衝擊實驗方法和設備標準化、規範化，為此我國制定了金屬材料衝擊實驗的一系列國家標準（例如GB2106、GB229-84、GB4158-84、GB4159-84）。

衝擊試驗機、遊標卡尺

衝擊試驗利用的是能量守恆原理，即衝擊試樣消耗的能量是擺錘試驗前後的勢能差。試驗時，把試樣放在圖2-28的B處，將擺錘舉至高度為H的A處自由落下，沖斷試樣即可。擺錘在A處所具有的勢能為：

E=GH=GL（1-cosα）

沖斷試樣後，擺錘在C處所具有的勢能為：

E1=Gh=GL（1-cosβ）。

勢能之差E-E1，即為沖斷試樣所消耗的衝擊功AK:AK=E-E1=GL（cosβ-cosα）

式中，G為擺錘重力（N）；L為擺長（擺軸到擺錘重心的距離）（mm）；α為沖斷試樣前擺錘揚起的最大角度；β為沖斷試樣後襬錘揚起的最大角度。 ^[3] 

1.測量試樣的幾何尺寸及缺口處的橫截面尺寸。

2.根據估計材料衝擊韌性來選擇試驗機的擺錘和錶盤。

3.安裝試樣。

4.進行試驗。將擺錘舉起到高度為H處並鎖住，然後釋放擺錘，沖斷試樣後，待擺錘揚起到最大高度，再回落時，立即剎車，使擺錘停住。

5.記錄錶盤上所示的衝擊功AKU值。取下試樣，觀察斷口。試驗完畢，將試驗機復原。

6.衝擊試驗要特別注意人身的安全。

計算衝擊韌性值。 ^[3] 

1、材料成份：含碳量對鋼的韌-脆轉化曲線有影響。隨着鋼中含碳量的增加，冷脆轉化温度幾乎呈線性地上升，且最大沖擊值也急劇降低。鋼的含碳量每增加0.1%，冷脆轉化温度升高約為13.9度。鋼中含碳量的影響，主要歸結為珠光體增加了鋼的脆性。

2、晶粒大小：細化晶粒一直是控制材料韌性避免脆斷的主要手段。理論與實驗均得出冷脆轉化温度與晶粒大小有定量關係。

3、顯微組織：在給定強度下，鋼的冷脆轉化温度決定於轉變產物。就鋼中各種組織來説，珠光體有最高的脆化温度，按照脆化温度由高到低的依次順序為：珠光體，上貝氏體，鐵素體下貝氏體和回火馬氏體。 ^[1]