陳 松，朱斌燕

（華油鋼管有限公司揚(yáng)州分公司，江蘇 揚(yáng)州 225000）

夏比沖擊試驗(yàn)是評價(jià)沖擊載荷下材料塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力的試驗(yàn)方法［1］，其具有試樣加工簡便，試驗(yàn)時(shí)間短，試驗(yàn)數(shù)據(jù)對材料組織結(jié)構(gòu)、冶金缺陷敏感等特點(diǎn)，因而成為評價(jià)金屬材料沖擊韌性的一種傳統(tǒng)力學(xué)性能試驗(yàn)，被世界各國廣泛采用。夏比沖擊試驗(yàn)主要用于評價(jià)材料的韌脆性、控制材料的冶金質(zhì)量、測定材料韌脆轉(zhuǎn)變溫度等［2］。

不同的夏比沖擊試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對沖擊試驗(yàn)機(jī)、沖擊試樣、沖擊試驗(yàn)程序和沖擊試驗(yàn)結(jié)果處理及修約的規(guī)定不盡相同，本文介紹了三項(xiàng)現(xiàn)行沖擊試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，即ASTM A 370—2020《鋼制品力學(xué)性能試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法和定義》、ASTM E 23—2018《金屬材料缺口試樣標(biāo)準(zhǔn)沖擊試驗(yàn)方法》、GB/T 229—2020《金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》，從適用范圍、試樣要求、設(shè)備要求、試驗(yàn)過程、試驗(yàn)結(jié)果評定等方面進(jìn)行比較，闡述了ASTM A 37 0—2020、ASTM E 23—2018和GB/T 229—2020標(biāo)準(zhǔn)之間的差異［3］。

1 適用范圍

ASTM A 370—2020、ASTM E 23—2018和GB/T 229—2020標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍見表1。ASTM E 23標(biāo)準(zhǔn)中雖提到艾氏沖擊試驗(yàn)，但由于其試樣夾持器通常為試驗(yàn)機(jī)機(jī)體的一部分，不易對其進(jìn)行冷卻或加熱，故不推薦在非室溫下的艾氏沖擊試驗(yàn)，本文也僅討論夏比沖擊試驗(yàn)方法。

表1 ASTM A 370、ASTM E 23和GB/T 229的適用范圍

2 試樣要求

（1）缺口類型。ASTM A 370只規(guī)定了一種夏比沖擊試樣的缺口類型，即V型缺口；ASTM E 23標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的夏比沖擊試樣缺口類型包括V型缺口、U型缺口以及無缺口試樣，試樣類型的選取很大程度上取決于所測試材料的特性，對于除鑄鋼之外的鋼鐵材料推薦使用夏比沖擊V型和U型缺口試樣，而無缺口夏比沖擊試樣適用于粉末冶金材料；GB/T 229中規(guī)定的夏比沖擊試樣缺口類型為V型、U型以及無缺口試樣［4］。

（2）試樣尺寸及偏差。三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的夏比沖擊全尺寸試樣的尺寸均為10 mm×10 mm×55 mm，ASTM A 370規(guī)定使用缺口深度為2 mm的V型缺口［5］；ASTME 23規(guī)定使用缺口底部高度為8 mm的V型缺口，亦可使用缺口底部高度為5 mm的U型缺口；GB/T 229規(guī)定對于無缺口試樣，要求與V型缺口試樣相同（缺口要求除外）［6］。對于缺口尺寸，三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)采用了不同的表示方法。ASTM A 370采用直接表示方法規(guī)定了缺口的深度，而ASTM E 23和GB/T 229則采用間接表示方法規(guī)定了缺口底部高度［7］。ASTM A 370、ASTM E 23和GB/T 229中規(guī)定的全尺寸試樣大小及偏差見表2～3。

表2 ASTM A 370、ASTM E 23和GB/T 229中V型缺口全尺寸試樣大小及偏差

表3 ASTM E 23和GB/T 229中U型缺口全尺寸試樣大小及偏差

三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)對小尺寸試樣的規(guī)定也不相同。ASTM A 370中規(guī)定了試樣截面為10 mm×7.5 mm，10 mm×6.7 mm，10 mm×5 mm，10 mm×3.3 mm，10 mm×2.5 mm小尺寸V型缺口試樣；ASTM E 23中規(guī)定了試樣截面為10 mm×7.5 mm、10 mm×5 mm，10 mm×2.5 mm，5 mm×5 mm，5 mm×10 mm，5 mm×20 mm，3 mm×10 mm小尺寸V型缺口試樣，對于U型缺口無小尺寸試樣的規(guī)定；GB/T 229規(guī)定了試樣截面為10 mm×7.5 mm，10 mm×5 mm，10 mm×2.5 mm小尺寸V型或U型缺口試樣。另外ASTM A 370中針對管材的橫向沖擊試驗(yàn)，給出了一種含原始外表面的管狀沖擊試樣，而ASTM E 23和GB/T 229中并沒有相應(yīng)的規(guī)定［8］。

3 設(shè)備要求

（1）試驗(yàn)機(jī)擺錘。擺錘是夏比沖擊試驗(yàn)中最重要的試驗(yàn)構(gòu)成元件之一。擺錘曲率半徑的不同，對同一材料的沖擊吸收能量會(huì)有影響［9］。對于低能量的沖擊試驗(yàn)，一些材料用曲率半徑2 mm和8 mm擺錘刀刃試驗(yàn)測定的結(jié)果有明顯不同，2 mm擺錘刀刃的結(jié)果高于8 mm擺錘刀刃的結(jié)果［10］。三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)對擺錘刀刃的要求亦有所不同，具體見表4。

表4 ASTM A 370、ASTM E 23和GB/T 229中擺錘尺寸及偏差

（2）支座及砧座。圖1所示為ASTM E 23標(biāo)準(zhǔn)中提供的試樣與擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)支座及砧座相對位置，三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)對其的不同要求見表5。

圖1 試樣與擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)支座及砧座相對位置示意

表5 三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中支座及砧座尺寸及偏差

（3）試驗(yàn)機(jī)校準(zhǔn)。ASTM A 370夏比沖擊試驗(yàn)部分涉及鋼制品的沖擊試驗(yàn)方法以及沖擊試樣的部分取樣位置要求，關(guān)于試驗(yàn)機(jī)校準(zhǔn)要求參照ASTM E 23；ASTM E 23包括沖擊試驗(yàn)方法和沖擊試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程兩部分［11］；GB/T 229僅涉及夏比沖擊試驗(yàn)方法，沖擊試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程按照J(rèn)JG 145—2007《擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)》執(zhí)行。兩項(xiàng)試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程均規(guī)定了直接檢定方法和間接檢定方法，但在具體的檢定要求方面有所不同，使用時(shí)應(yīng)加以區(qū)分［12］。

4 試驗(yàn)過程

（1）試樣保溫。ASTM A 370、ASTM E 23、GB/T 229在試樣保溫上的規(guī)定有所不同，具體見表6。GB/T 229—2007中規(guī)定：對于試樣從高溫或低溫裝置中移出至打擊時(shí)間在3～5 s的試驗(yàn)，可采用過冷或過熱試樣的方法補(bǔ)償溫度損失。但GB/T 229—2020中取消了有關(guān)溫度補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)要求。

表6 試樣保溫要求對比

（2）試樣轉(zhuǎn)移。三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)對試樣轉(zhuǎn)移的規(guī)定一致，均規(guī)定：試樣從高溫或低溫裝置中移出至打擊的時(shí)間應(yīng)不大于5 s，轉(zhuǎn)移裝置（對中鉗）應(yīng)與試樣一起加熱或冷卻；若超過5 s，則應(yīng)將試樣重新加熱或冷卻［13］。GB/T 229中規(guī)定當(dāng)室溫或儀器溫度與試樣溫度之差小于25℃，試樣轉(zhuǎn)移時(shí)間應(yīng)小于10 s。

5 試驗(yàn)結(jié)果評定

對于剪切面積百分比的測定，ASTM A 370給出了4種測定方法：①測量斷口解理斷裂部分的長度和寬度，計(jì)算剪切斷面率；②使用標(biāo)準(zhǔn)斷口形貌圖與試樣斷口的形貌進(jìn)行比較；③將斷口放大，并與預(yù)先制好的對比圖進(jìn)行比較，或用求積儀測量剪切斷面率；④斷口拍成放大照片，用求積儀測量剪切斷面率。ASTM E 23和GB/T 229中除了上述4種方法外，還提供了第5種方法，即用圖像分析技術(shù)測量剪切斷面率［14］。ASTM A 370和GB/T 229標(biāo)準(zhǔn)中還介紹了韌脆轉(zhuǎn)變溫度的測定，而ASTM E 23并沒有相關(guān)內(nèi)容的描述。試驗(yàn)結(jié)束后，須對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，ASTM A 37 0、ASTM E 23和GB/T 229對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理要求對比見表7。

表7 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理要求

6 結(jié) 語

從適用范圍、試樣要求、設(shè)備要求、試驗(yàn)過程、試驗(yàn)結(jié)果評定等方面對ASTM A 370、ASTM E 23、GB/T 229等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了系統(tǒng)介紹，通過對比夏比沖擊試樣缺口類型、擺錘刀刃半徑、溫度補(bǔ)償以及未完全斷裂試樣等方面的差異，有助于試驗(yàn)人員正確理解和使用標(biāo)準(zhǔn)。