冲击强度测试课件.ppt

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1、冲击强度测试冲击性能n冲击性能实验是在冲击负荷作用下测定材料的冲击性能实验是在冲击负荷作用下测定材料的冲击强度。冲击强度。n冲击强度用来评价材料抵抗冲击的能力或判断冲击强度用来评价材料抵抗冲击的能力或判断材料的脆性或韧性程度，因此，冲击强度也称材料的脆性或韧性程度，因此，冲击强度也称冲击韧性。塑料材料的冲击韧性在工程应用上冲击韧性。塑料材料的冲击韧性在工程应用上是一项重要的性能指标，它反映不同材料抵抗是一项重要的性能指标，它反映不同材料抵抗高速冲击而致破坏的能力。高速冲击而致破坏的能力。冲击实验方法n依据试样的受力状态分为弯曲冲击弯曲冲击(包括简支梁冲击简支梁冲击和悬臂梁冲击悬臂梁冲击)、拉伸

2、冲击、扭转冲击和剪切冲击；n依据采用的能量和冲击次数，分为 大能量的一次冲击大能量的一次冲击 (简称一次冲击试验或落锤冲击试验落锤冲击试验)小能量的多次冲击试验小能量的多次冲击试验(简称多次冲击试验)。n依据试验温度分为常温冲击、低温冲击和高温冲击三种不同材料或不同用途可选择不同的冲击试验方法，并得到不同的冲击试验结果这些结果并不能进行比较 3.1 简支梁冲击试验简支梁冲击试验 试样放置在简支梁冲击试试样放置在简支梁冲击试验机的两支撑块上验机的两支撑块上.使冲击刀使冲击刀刃对准试样中心刃对准试样中心,释放摆锤对释放摆锤对试样施加一次冲击弯曲负荷使试样施加一次冲击弯曲负荷使之破坏之破坏.试样破坏

3、时单位面积试样破坏时单位面积所吸收的能量表征该材料的冲所吸收的能量表征该材料的冲击韧性。击韧性。简支梁式摆锤冲击试验简单简支梁式摆锤冲击试验简单易行，在控制产品质量和比较易行，在控制产品质量和比较结构或制品的韧性时是一种常结构或制品的韧性时是一种常用的测试方法。用的测试方法。3.1.1简支梁冲击试验涉及的概念n无缺口试样简支梁冲击强度无缺口试样简支梁冲击强度 无缺口试样在冲击负荷作用下，试样破坏时吸收的冲击能量与试样原始横截面积之比n缺口试样简支梁冲击强度缺口试样简支梁冲击强度 缺口试样在冲击负荷作用下，试样破坏时吸收的冲击能量与试样缺口处的横截断积之比.KJ/mn相对冲击强度相对冲击强度 缺

4、口试样的冲击强度与无缺口试样的冲击强度之比；或同类型试样A型缺口冲击强度与 B型缺口冲击强度之比。但型缺口试样的冲击强度与但型缺口试样的冲击强度与A型或型或B型缺口试样的冲击强度之比不型缺口试样的冲击强度之比不得作为相对冲击强度的量度。得作为相对冲击强度的量度。3.1.23.1.2简支梁冲击试验方法要点简支梁冲击试验方法要点 1.试样 n制备制备：简支梁冲击试验的试样可用模具直接经压塑或简支梁冲击试验的试样可用模具直接经压塑或注塑成型；也可用压塑或注塑成型的板材经机械加工注塑成型；也可用压塑或注塑成型的板材经机械加工制得。制得。n尺寸：尺寸：试样为矩形截面的长条形试样为矩形截面的长条形,分无缺

5、口试样和缺口分无缺口试样和缺口试样试样,其中包括其中包括4种不同的尺寸类型和种不同的尺寸类型和3种不同的缺口类种不同的缺口类型。型。其中,由于由于A型缺口对多数材料所得数据的分散性小和型缺口对多数材料所得数据的分散性小和重复性好因此把重复性好因此把A型缺口作为首选缺口型缺口作为首选缺口,把把 I 型试样作为首选试样型试样作为首选试样I I型型试样还可由依据GB11997方法制备的标准多用途试样的中部直接切取。此外，试验方法还规定厚度小于此外，试验方法还规定厚度小于3mm的试样不的试样不作冲击试验。作冲击试验。A A型缺口为首选缺口型缺口为首选缺口3.1.2 简支梁冲击试验方法要点n2.2.摆锤

6、摆锤 应根据试样破坏时所需能量选择摆锤，并使消耗的能量在摆锤总能量的10一85范围内。如果符合这一能量范围的不只一个摆锤时，应选用最大能量的摆锤。3.1.3 简支梁冲击试验结果表示简支梁冲击试验结果表示 (i)(i)无缺口简支梁冲击强度无缺口简支梁冲击强度式中 无缺口试样冲击强度无缺口试样冲击强度,kJ/m2；试样吸收的冲击能量，试样吸收的冲击能量，J 试样宽度试样宽度,mm;试样厚度试样厚度,mm （iiii）缺口试样简支梁冲击强度）缺口试样简支梁冲击强度 式中缺口试样的冲击强度缺口试样的冲击强度,kJ/m2；-缺口试样吸收的冲击能缺口试样吸收的冲击能,J 试样宽度试样宽度mm；K 缺口试样

7、的缺口处剩余厚度缺口试样的缺口处剩余厚度mm。试验结果以每组试验结果以每组1010个样的算术平均值表示个样的算术平均值表示,取两位有效数取两位有效数字字冲击实验冲击实验破坏类型破坏类型完全破坏完全破坏 指经过一次冲击使试样分成两段指经过一次冲击使试样分成两段 或几段或几段部分破坏部分破坏 指试样的横断面至少断开指试样的横断面至少断开9090的的 不完全性破坏不完全性破坏无破坏无破坏 指试样的横断面断开部分小于指试样的横断面断开部分小于9090 的不完全性破坏。的不完全性破坏。n如果在同一试验材料中观察到一种以上的如果在同一试验材料中观察到一种以上的破坏类破坏类型型,须标明每种破坏类型的平均冲击

8、值和试样破须标明每种破坏类型的平均冲击值和试样破坏的百分数坏的百分数,不同破坏类型的试验结果不能进行不同破坏类型的试验结果不能进行比较比较3.1.4 3.1.4 简支梁冲击强度的影响因素简支梁冲击强度的影响因素 (i)(i)飞出功的影响飞出功的影响 由于试样在冲击过程中要由于试样在冲击过程中要产生弹性变形，这种弹性变形积蓄的能量在试样产生弹性变形，这种弹性变形积蓄的能量在试样破坏时要释放出来，因此摆锤冲击在试样上的能破坏时要释放出来，因此摆锤冲击在试样上的能量总大于试样断裂所需的能量，所以断裂后的试量总大于试样断裂所需的能量，所以断裂后的试样会飞出样会飞出.对吸收能量较小的脆性材料必须对对吸收

9、能量较小的脆性材料必须对“飞出功飞出功”进行修正。进行修正。ISO Rl80和和ASTM D256都作了明确都作了明确规定。规定。(ii)(ii)试样尺寸的影响：试样尺寸的影响：同一试样的厚度越大同一试样的厚度越大,冲击强度值越高；而在相同的冲击强度值越高；而在相同的试样厚度下试样厚度下,试验跨度越大试验跨度越大,冲击强度值也越高冲击强度值也越高n不同试样尺寸、试验跨度所得冲击强度都不能进行比较和换算。n只有相同厚度的试样并在相同跨度下作冲击试验，所得结果才能进行比较。(iii)(iii)冲击速度的影响冲击速度的影响 无论是简支梁冲击试验还是悬臂梁冲击无论是简支梁冲击试验还是悬臂梁冲击试验，试

10、验，冲击强度值均随冲击速度的增加而冲击强度值均随冲击速度的增加而降低；降低；且热塑性塑料比热固性塑料影响更且热塑性塑料比热固性塑料影响更为显著。为显著。通常冲击摆锤的速度为35m/s，国家国家标准中规定冲击速度为标准中规定冲击速度为2.9m/s2.9m/s或或3.8m/s3.8m/s。3.2 悬臂梁冲击试验悬臂梁冲击试验n悬臂梁冲击试验是对材料的脆性悬臂梁冲击试验是对材料的脆性(或韧性或韧性)进行测量进行测量的另一种试验方法的另一种试验方法n n对使用简支梁冲击试验中冲不断的材料对使用简支梁冲击试验中冲不断的材料对使用简支梁冲击试验中冲不断的材料对使用简支梁冲击试验中冲不断的材料，使用悬臂，使

11、用悬臂梁冲击试验就显得特别重要。梁冲击试验就显得特别重要。实验描述实验描述:试样一端固定在悬臂梁冲击实验机试样架上试样一端固定在悬臂梁冲击实验机试样架上.另一端另一端为自由端为自由端.由已知能量的摆锤对试样自由端进行一由已知能量的摆锤对试样自由端进行一次冲击，测量试样破坏时所吸收的能量。次冲击，测量试样破坏时所吸收的能量。3.2.13.2.1悬臂梁冲击试验涉及的概念悬臂梁冲击试验涉及的概念无缺口试样悬臂梁冲击强度无缺口试样悬臂梁冲击强度 无缺口试样在悬臂梁冲击无缺口试样在悬臂梁冲击破坏过程中所吸收的能量与试样原始横截面积之比破坏过程中所吸收的能量与试样原始横截面积之比KJ/mKJ/m2 2 缺

12、口试样悬臂梁冲击强度缺口试样悬臂梁冲击强度 指缺口试验在悬臂梁冲击破指缺口试验在悬臂梁冲击破坏过程中所吸收的能量与试样缺口处原始横截面积之比坏过程中所吸收的能量与试样缺口处原始横截面积之比用用KJ/mKJ/m2 2表示。表示。试验时摆捶的冲击方向为试样有缺口试验时摆捶的冲击方向为试样有缺口的一面。的一面。反置缺口试样悬臂梁冲击强度反置缺口试样悬臂梁冲击强度 反置缺口试样在悬臂梁反置缺口试样在悬臂梁冲击破坏过程中所吸收的能量与试样缺口处原始横截面冲击破坏过程中所吸收的能量与试样缺口处原始横截面积之比，用积之比，用KJ/mKJ/m2 2表示表示.试验时摆锤的冲击方向为缺口的试验时摆锤的冲击方向为缺

13、口的背面背面 。平行冲击平行冲击 对层压增强材料对层压增强材料,在悬臂梁冲击试验中摆锤的在悬臂梁冲击试验中摆锤的冲击方向平行于板材的层压断。冲击方向平行于板材的层压断。3.2.2 悬臂梁冲击试验方法要点1.1.试样试样 n制备制备：同简支梁冲击试验的试样简支梁冲击试验的试样n尺寸：尺寸：试样为矩形截面的长条形试样为矩形截面的长条形,分无缺口试样和缺分无缺口试样和缺口试样口试样,包括包括4 4种尺寸类型和种尺寸类型和2 2种缺口类型种缺口类型.由于由于ISO 180-1993ISO 180-1993中已提出今后修订时将取消中已提出今后修订时将取消2 2、3 3、4 4型试样，只保留型试样，只保留

14、1 1型型试样试样,因此因此我国也将只使用我国也将只使用1 1型型试样试样。A A型缺口作为首型缺口作为首选缺口选缺口 对于各向异性材料应分别按平行和垂直板材的某一特征方向分别切取试样。特征方向可由目视观查或由生产方法推断。2.2.冲击试验机冲击试验机 应能测量试样破坏时所吸收的冲击能。应该注意对该值应能测量试样破坏时所吸收的冲击能。应该注意对该值进行摩擦和风阻损失的校正。并在摆锤容量进行摩擦和风阻损失的校正。并在摆锤容量1010一一8080的的范围内不得超过允许误差。范围内不得超过允许误差。3.3.摆锤摆锤 试验机必须有一套可替换的摆锤，以保证试样断试验机必须有一套可替换的摆锤，以保证试样断

15、裂时吸收的能量在摆锤能量裂时吸收的能量在摆锤能量1010一一8080的的范围内；范围内；若有几个摆锤都能满足要求若有几个摆锤都能满足要求应选用能量最大者应选用能量最大者；不同摆锤所测结果不能相互比较。不同摆锤所测结果不能相互比较。4.4.冲击试验过程冲击试验过程 测定缺口试样时，缺口应在摆锤冲击刃的测定缺口试样时，缺口应在摆锤冲击刃的一侧一侧,然后释放摆锤；记录试样吸收的冲击能然后释放摆锤；记录试样吸收的冲击能并对摩擦损失时进行修正。并对摩擦损失时进行修正。当试验为反置缺口试样时，为了避免材料当试验为反置缺口试样时，为了避免材料表面层的影响，板材原表面应面向冲锤。对表面层的影响，板材原表面应面

16、向冲锤。对于各向异性的材料，通常是冲击平行于板面于各向异性的材料，通常是冲击平行于板面的试样侧面。的试样侧面。悬臂梁冲击实验破坏类型悬臂梁冲击实验破坏类型n完全破坏完全破坏:指试样断裂成两段或多段。指试样断裂成两段或多段。n绞链破坏绞链破坏:指断裂的试样由没有刚性的很薄表皮连在一起的一指断裂的试样由没有刚性的很薄表皮连在一起的一种不完全破坏。种不完全破坏。n部分破坏部分破坏 :指除绞链破坏以外的不完全破坏。指除绞链破坏以外的不完全破坏。n不破坏不破坏:指试样未破坏，只是产生弯曲变形并有应力发白现指试样未破坏，只是产生弯曲变形并有应力发白现象产生。象产生。3.2.3 悬臂梁冲击实验结果表示悬臂梁

17、冲击实验结果表示(i)(i)无缺口试样悬臂梁冲击强度计算：无缺口试样悬臂梁冲击强度计算：(ii(ii）缺口试样悬臂梁冲击强度计算）缺口试样悬臂梁冲击强度计算3.2.3 悬臂梁冲击实验结果表示悬臂梁冲击实验结果表示n冲击试验结果应以一组试样结果的算术平均值表冲击试验结果应以一组试样结果的算术平均值表示，并取两位有效数字。示，并取两位有效数字。n被测试样若出现前述被测试样若出现前述4 4种破坏类型中的一种以上破坏，种破坏类型中的一种以上破坏，应注明各种破坏类型的试样数目应注明各种破坏类型的试样数目.此时应把其中属于此时应把其中属于完全完全破坏破坏和和绞链破坏绞链破坏的测定值用以计算其算术平均值；在

18、出的测定值用以计算其算术平均值；在出现部分破坏时，如果要求报告此种部分破坏的测定值，现部分破坏时，如果要求报告此种部分破坏的测定值，应用字母应用字母P P表示；对完全不破坏的试样不报告其数值，表示；对完全不破坏的试样不报告其数值，并用并用NBNB表示。表示。3.2.4 实验结果的影响因素实验结果的影响因素 (i)(i)温度温度 无论是悬臂梁冲击还是简支梁冲击，其无论是悬臂梁冲击还是简支梁冲击，其冲击冲击强度值均随温度的降低而降低。强度值均随温度的降低而降低。这是因为随着这是因为随着温度的下降，材料从韧性状态转变为脆性状态，温度的下降，材料从韧性状态转变为脆性状态，这种转变是在一个较窄的温度范围

19、内产生，试这种转变是在一个较窄的温度范围内产生，试样在脆性温度以下呈现脆性断裂，其冲击强度样在脆性温度以下呈现脆性断裂，其冲击强度值较低；而在高于脆性温度下发生的韧性断裂，值较低；而在高于脆性温度下发生的韧性断裂，其冲击强度较高。其冲击强度较高。3.2.4 实验结果的影响因素实验结果的影响因素(ii(ii）缺口加工方式）缺口加工方式 标准试验方法中推荐使用机械加工的缺口试样。标准试验方法中推荐使用机械加工的缺口试样。除非受试材料有要求可使用模塑缺口除非受试材料有要求可使用模塑缺口3.2.4 实验结果的影响因素实验结果的影响因素(iii)(iii)湿度湿度 某些吸湿性较大的材料例如尼龙在干燥状某

20、些吸湿性较大的材料例如尼龙在干燥状态下和吸湿后状态下测试，其冲击强度值有明显的不同，态下和吸湿后状态下测试，其冲击强度值有明显的不同，在相同温度下吸湿越多，冲击强度值也越高在相同温度下吸湿越多，冲击强度值也越高.因此，在试因此，在试样加工和测试过程都需严格控制环境湿度。样加工和测试过程都需严格控制环境湿度。(iv)(iv)试样缺口底部曲率半径试样缺口底部曲率半径 缺口底部曲率半径越小，则应力集中系数也越大，缺口底部曲率半径越小，则应力集中系数也越大，因而冲击强度值越低。因此，不同缺口底部曲率半径的因而冲击强度值越低。因此，不同缺口底部曲率半径的试样所测的冲击强度值不可比。试样所测的冲击强度值不

21、可比。3.2.4 实验结果的影响因素实验结果的影响因素(v)(v)试样夹持力试样夹持力在悬臂梁冲击试验中，某些塑料材料对夹持力较在悬臂梁冲击试验中，某些塑料材料对夹持力较敏感，夹持力过大者冲击强度一般偏低；夹持力敏感，夹持力过大者冲击强度一般偏低；夹持力过小则冲击强度过小则冲击强度般偏高。夹待力对冲击强度数般偏高。夹待力对冲击强度数值的分散性也有影响。因此，试验过程中应严格值的分散性也有影响。因此，试验过程中应严格掌握使同一组试样保持相同的夹持力。掌握使同一组试样保持相同的夹持力。3.3 落球、落锤冲击试验落球、落锤冲击试验 简支梁或悬臂梁冲击试验是通过对固定形状尺简支梁或悬臂梁冲击试验是通过

22、对固定形状尺寸的试样进行冲击，因此所反映的是寸的试样进行冲击，因此所反映的是材料本身的抗冲材料本身的抗冲性能。性能。对于某些塑料制品，如管材、片材及膜等，人对于某些塑料制品，如管材、片材及膜等，人们更加关注的是们更加关注的是制品本身的抗冲性能。落球、落锤冲制品本身的抗冲性能。落球、落锤冲击试验击试验正是为满足这一要求而制订的试验方法。正是为满足这一要求而制订的试验方法。方法原理方法原理 在规定的条件下，用一特定形状及一定质量在规定的条件下，用一特定形状及一定质量的重锤，在某一高度上自由落下而对试样进行的重锤，在某一高度上自由落下而对试样进行冲击，通过改变重锤的质量或落下的高度，对冲击，通过改变

23、重锤的质量或落下的高度，对一定量的试样进行试验，测出使制品刚刚冲击一定量的试样进行试验，测出使制品刚刚冲击破坏所需的能量。破坏所需的能量。3.3.1 3.3.1 落球、落锤落球、落锤冲击试验方法要点冲击试验方法要点 1.1.仪器仪器 主要由落锤、落管、支架及防止二次冲击主要由落锤、落管、支架及防止二次冲击的落锤捕捉装置构成落锤的冲头半径合的落锤捕捉装置构成落锤的冲头半径合5mm5mm、10mm10mm、30mm30mm。锤的质量有。锤的质量有2 2、3 3、4 4、5 5、1010、15kg15kg等不同规格，按不同的制品及等不同规格，按不同的制品及要求进行选择，落管选用无剩磁材料，组要求进行

24、选择，落管选用无剩磁材料，组装后管的纵向方向垂直于地面，并应保证装后管的纵向方向垂直于地面，并应保证落锤在管中能自由落下，锤体自由落下的落锤在管中能自由落下，锤体自由落下的过程中，其能量损失应小于过程中，其能量损失应小于5 53.3.1 3.3.1 落球、落锤落球、落锤冲击试验方法要点冲击试验方法要点2.2.试样试样 对于不同的制品，其试样尺寸要求不一对于不同的制品，其试样尺寸要求不一样，但都要求试样表面光滑，不得有微小的裂纹样，但都要求试样表面光滑，不得有微小的裂纹或划伤等缺陷。试样的数量按不同测定方法而异，或划伤等缺陷。试样的数量按不同测定方法而异，如果是要求取其破坏能，则至少需如果是要求

25、取其破坏能，则至少需2020个以上的试个以上的试样，但如果是在某一规定的能量级上测定是否合样，但如果是在某一规定的能量级上测定是否合格的通过法，则只需格的通过法，则只需1010个试样。个试样。一般地一般地.试样为直径试样为直径(60(602)mm2)mm的圆片或边长的圆片或边长(60(602 2)mm)mm的方片的方片.厚厚1 14mm.4mm.表面光洁表面光洁,无瑕疵无瑕疵.3.3.2 3.3.2 测试方法测试方法n通过法通过法 采用规定的高度及规定质量的重锤，采用规定的高度及规定质量的重锤，对对1010个试样进行冲击，观察试样破坏个试样进行冲击，观察试样破坏的情况，如果有的情况，如果有9

26、9个试样未破坏则合格，个试样未破坏则合格，低于低于9 9个则不合格。个则不合格。3.3.2 3.3.2 测试方法测试方法n梯度法梯度法 首先用首先用1010个试样进行预测试，以估计个试样进行预测试，以估计5050破坏破坏时的冲击能，在此基础上，选择一个接近于使试时的冲击能，在此基础上，选择一个接近于使试样冲击破坏的能量，对第一个试样进行冲击，观样冲击破坏的能量，对第一个试样进行冲击，观察试样是否破坏，如已破坏则降低一个能量增值察试样是否破坏，如已破坏则降低一个能量增值EE，对第二个试样进行冲击，如果第二个试样，对第二个试样进行冲击，如果第二个试样未破坏，则又增大一个未破坏，则又增大一个 如此反

27、复测试，并且至少对如此反复测试，并且至少对2020个试样进行个试样进行冲击测试。其中能量增值冲击测试。其中能量增值EE，可根据预测试的，可根据预测试的破坏能的破坏能的5%-15%5%-15%来确定来确定梯度法实验统计计算M M0 0实验中最小的落锤质量实验中最小的落锤质量KgKgMM落锤质量增量落锤质量增量,Kg,KgH H落锤下落高度落锤下落高度m m3.4 3.4 其它冲击实验其它冲击实验n高速拉伸冲击实验高速拉伸冲击实验拉伸实验机上用大于拉伸实验机上用大于500mm/min 500mm/min 的速度快速拉伸试样的速度快速拉伸试样,记记录拉伸过程的应力录拉伸过程的应力-应变曲线应变曲线,此曲线下的面积正比于此曲线下的面积正比于材料的冲击强度材料的冲击强度.n跌落实验跌落实验 在制品中封入一定质量的重物在制品中封入一定质量的重物,将此制品从规定高度坠落将此制品从规定高度坠落在混凝土地面上在混凝土地面上,检查破损情况检查破损情况.测出导致破损的坠落测出导致破损的坠落次数或导致破损的最低高度次数或导致破损的最低高度.此方法常用于包装袋、容器、箱体的直接测定。此方法常用于包装袋、容器、箱体的直接测定。