余澤利，房永強(qiáng)，張兵，段管，馬曉晨

（西安漢唐分析檢測(cè)有限公司， 陜西西安 710201）

韌性是金屬材料重要的性能指標(biāo)之一，它體現(xiàn)了金屬材料的強(qiáng)度、塑性，韌性越好，金屬材料越不易發(fā)生脆性斷裂。韌性包括斷裂韌性和沖擊韌性，沖擊韌性是金屬材料在受到?jīng)_擊載荷作用下在斷裂過(guò)程中吸收的能量，反映了金屬材料的韌脆程度［1］，金屬材料沖擊韌性測(cè)試一般采用儀器化華夏比擺錘沖擊試驗(yàn)、落錘沖擊試驗(yàn)、懸臂梁沖擊試驗(yàn)等方法。沖擊韌性的高低與金屬材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)、組織缺陷等有關(guān)，有多種影響因素影響沖擊韌性，主要包括原材料本身的性質(zhì)、試樣的取向、缺口幾何形狀和加工質(zhì)量、試驗(yàn)機(jī)的精度、擺錘與機(jī)架的配合、試驗(yàn)溫度、沖擊試樣的定位等。

1 原材料的影響

金屬材料的沖擊韌性與金屬材料自身的金相組織結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、物理性能、加工工藝、熱處理工藝等均有關(guān)，因此沖擊試驗(yàn)成為檢查金屬材料的冶金質(zhì)量必不可少的手段。由于原材料自身性能的影響，導(dǎo)致沖擊試驗(yàn)結(jié)果的離散性較大。

孫國(guó)慶［2］等人研究了材料化學(xué)成分(包括C、Si、Mn、P、S)金相組織(組成相、晶粒度、帶狀組織)、熱處理工藝、非金屬夾雜等對(duì)板材沖擊韌性的影響，結(jié)果表明：化學(xué)成分是通過(guò)組織來(lái)影響金屬材料沖擊韌性的，當(dāng)C、P、S含量增加時(shí)，沖擊韌性減小，珠光體含量越高則沖擊韌性越小，鐵素體含量越高則沖擊韌性越大，非金屬夾雜會(huì)破壞組織的連續(xù)性，導(dǎo)致應(yīng)力集中，因此提高組織均勻性和鋼材中潔凈度水平，可以提高材料沖擊韌性。

徐慧君［3］等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了球墨鑄鐵沖擊韌性的影響因素，研究表明：強(qiáng)度低、塑性和韌性好的鐵素體含量越高，沖擊韌性則越好；網(wǎng)狀的滲碳體會(huì)惡化球墨鑄鐵的韌性，其數(shù)量越多球墨鑄鐵的沖擊韌性越差，一般提高含碳量可以提高球墨鑄鐵材料的沖擊韌性。

2 沖擊試樣取樣方向的影響

實(shí)際生產(chǎn)和工程應(yīng)用中，金屬材料大多都采用軋制的方式，在軋制過(guò)程中金屬夾雜伴隨著金屬晶粒沿著主變形方向被拉長(zhǎng)，形成金屬纖維組織，嚴(yán)重影響金屬材料的沖擊韌性。因此，沿著軋制方向取樣，即試樣長(zhǎng)軸平行于軋制方向，缺口開(kāi)在垂直于軋制方向上，這樣取樣使得沖擊韌性較大；反之，垂直于軋制方向取樣，順著軋制方向開(kāi)缺口，這樣取樣使得沖擊韌性較小。

3 缺口幾何形狀和加工質(zhì)量的影響

3.1 缺口幾何形狀

根據(jù)GB/T229-2007［4］標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)缺口形狀的分類(lèi)，主要分為U型和V型兩種缺口，V型缺口相比U型缺口，應(yīng)力更加集中，通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，兩種缺口的沖擊韌性存在差異。

孫芳芳［5］等人在室溫條件下，研究了5種不同缺口形狀對(duì)鐵基燒結(jié)材料沖擊韌性的影響，結(jié)果表明，有缺口的沖擊試樣無(wú)論缺口形狀為何，其沖擊韌性都遠(yuǎn)小于無(wú)缺口的沖擊試樣，有缺口的試樣斷口塑性變形明顯，無(wú)缺口的沖擊試樣斷口無(wú)塑性變形；文章還對(duì)V型、U型、I型、半圓型等缺口類(lèi)型的沖擊韌性進(jìn)行了比對(duì)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其沖擊韌性從大到小依次為：半圓型、U型、V型、I型沖擊試樣。

綜上所述，對(duì)于同種金屬材料，有缺口試樣的沖擊韌性遠(yuǎn)小于無(wú)缺口試樣，缺口沖擊試樣的缺口會(huì)使得金屬材料應(yīng)力更加集中，沖擊韌性變差；對(duì)于缺口沖擊試樣其應(yīng)力集中顯著程度從大到小依次為：I型、V型、U型、半圓型沖擊試樣。

3.2 缺口加工質(zhì)量

缺口加工質(zhì)量是影響缺口沖擊試樣沖擊韌性的重要因素之一。缺口加工質(zhì)量主要是通過(guò)影響缺口附近應(yīng)力、應(yīng)變集中程度來(lái)影響材料沖擊韌性的。研究表明，沖擊韌性隨著沖擊試樣缺口深度的增加逐漸減小，隨著缺口根部半徑的增大，金屬材料沖擊韌性逐漸增大；沖擊韌性隨著缺口底部加工劃痕、硬化程度的增加而逐漸減小。因此，應(yīng)該嚴(yán)格按照GB/T229-2007中沖擊缺口試樣缺口尺寸的規(guī)定加工沖擊試樣。相關(guān)研究表明：對(duì)于沖擊韌性較大的材料，沖擊試樣加工精度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響越大，所以試驗(yàn)結(jié)果的分散性也越大。

4 試驗(yàn)機(jī)的影響

4.1 試驗(yàn)機(jī)的精度

金屬材料沖擊韌性對(duì)沖擊試驗(yàn)機(jī)的精度有一定的要求，精度低的試驗(yàn)機(jī)對(duì)沖擊韌性影響較大，所以在安裝、調(diào)修和檢定沖擊試驗(yàn)機(jī)時(shí)應(yīng)該加以重視。沖擊韌性還與沖擊試驗(yàn)機(jī)讀數(shù)裝置的誤差有關(guān)，因此試驗(yàn)前應(yīng)該執(zhí)行清零操作。

4.2 擺錘與機(jī)架的配合

沖擊試驗(yàn)為一次性破壞試驗(yàn)，因此擺錘與機(jī)架的配合至關(guān)重要。擺錘與機(jī)架的配合主要包括：擺錘軸線(xiàn)和基準(zhǔn)面的平行度、擺錘側(cè)面與擺動(dòng)平面的平行度、擺軸徑向和軸向間隙、擺軸軸線(xiàn)至打擊中心的距離、沖擊刀刃與支座跨距的相對(duì)位置等，這些均應(yīng)滿(mǎn)足JJF145-2007中計(jì)量性能的要求。當(dāng)沖擊刀刃與支座跨距中心的相對(duì)位置不滿(mǎn)足要求時(shí)，沖擊刀刃與試樣缺口中心線(xiàn)不能重合，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確，沖擊韌性會(huì)偏大。

5 試驗(yàn)過(guò)程的影響

5.1 試驗(yàn)溫度

試驗(yàn)溫度也是材料沖擊韌性重要影響因素之一，在沖擊韌性試驗(yàn)過(guò)程中，找到材料所處的脆性區(qū)溫度范圍，在使用過(guò)程中可以加以控制，避免脆性區(qū)溫度對(duì)材料的影響。不同的有色金屬材料其沖擊韌性受溫度的影響均不同，但沖擊吸收功都與溫度的高低、溫度均勻度、保溫時(shí)間的長(zhǎng)短等有關(guān)。

5.2 沖擊試樣的定位

沖擊試樣的定位是為了保證沖擊試樣缺口的中線(xiàn)與擺錘上沖擊刀刃重合，減小試驗(yàn)操作誤差，如果其相對(duì)位置不重合，不能滿(mǎn)足要求的0.5mm，則最大沖擊力無(wú)法作用在沖擊試樣缺口根部最小橫截面處，最終導(dǎo)致沖擊韌性偏大。

6 結(jié)論

通過(guò)此次對(duì)金屬材料沖擊韌性的影響因素分析，明確了沖擊試樣的原材料、試樣的取向、缺口幾何形狀和加工質(zhì)量、試驗(yàn)機(jī)的精度、擺錘與機(jī)架的配合、試驗(yàn)溫度、沖擊試樣的定位等因素對(duì)金屬材料沖擊韌性的影響，為正確評(píng)定金屬材料的韌脆性以及提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性提供了依據(jù)。