[发明专利]一种夏比V型缺口标准冲击试样的加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及力学性能测试领域，具体应用于摆锤式冲击试验机计量领域。

背景技术

冲击试验机是力学性能测试最频繁使用的通用设备，为保持试验机测量示值的准确性，试验机必须进行校验以确定设备的准确性符合相关要求。目前发达国家和国际标准化组织ISO都要求每年用冲击功标准偏差小于5％的V型缺口冲击标样来校验冲击试验机。实践证明冲击标样对于验证冲击机的精度是有效的，采用标样可以发现冲击机存在的各种问题：例如试验机支座间距偏大；试验机支座位置与摆锤打击中心偏离等；因此定期采用开V型缺口冲击标样校验冲击机是必要的。

美国早在上世纪60年代就提出用冲击标准样品校验冲击试验机，并由美国陆军研制出夏比V型缺口冲击标准样品进行试用，目前美国的冲击标准样品分低、高和超高等三个能量级，其标准偏差在2％～4％之间；法国20世纪90年代也批量制作出冲击功变异系数小于5％的V型缺口冲击标样，并制定标准要求用标样校验冲击试验机。在新修订的GB/T18658-2002《摆锤式冲击试验机检验用夏比缺口标准试样》和GB/T3808-2002《摆锤式冲击试验机的检验》中都明确规定需采用标准冲击试样来校准试验机。目前国内宝钢采用热轧低碳钢板制作了开V型缺口的内控冲击标样，该标样的实物水平变异系数小于3％，在实际应用中发挥了一定作用。但宝钢标样V型缺口部位的加工质量与国标GB/T18658-2002的规定尚存在一定差距，主要不足在于V型缺口的角度、外形和根部光洁度等指标不理想。

应该注意到：由于V型缺口试样在动态断裂时缺口根部的应力状态非常复杂，试样断裂时裂纹扩展路径的不确定性与试样自身组织的不均匀造成冲击功的波动范围较大，因此研制符合要求的V型缺口冲击标样存在较大技术难度。为满足技术要求，不仅要选择自身组织较为稳定的标样材料，与此同时尽量降低样本外形间的差异也是非常重要的，这其中V型缺口的加工质量极为关键。如果采用普通冲击试样的加工工艺(铣刀或拉刀)加工V型缺口难以确保加工质量满足GB/T18658-2002的要求，主要不足在于缺口的深度、角度、外形和根部光洁度等指标不理想，因此需要在标样的加工工艺上采取一些特殊措施。这在很大程度上增加了标样的加工成本，降低了加工效率。

为了避免V型缺口标样能量波动过大的缺点，简化制作工艺，近年来，国内钢铁研究总院也开发出了弧型(拱型)缺口冲击标准样品。但应注意到，弧型标样的冲击过程与普通冲击试样的日常检验方式并未保持严格一致，实际应用也表明该标样对某些设备缺陷缺乏足够的敏感性(如试样支座间距偏大、试样对中不良等)。另外在美国标准技术研究院(简称NIST)提供的指导性文件《Installing，Maintaining，and Verifying YourCharpy Impact Machine》明确指出：由于利用标样在检定过程中存在“补偿性误差”，即标样对设备的某些缺陷，如试样对中不良、锤头对中不良、摆臂弯曲等缺乏足够的敏感性，如果单纯依靠标准冲击能量值K_R对设备进行检定，其结果会偏于宽松。为了全面评价设备的工作状态，需要进行冲断试样的断后检查，在该文件中详细介绍了标样的断后检查项目。项目涉及砧座磨损(worn anvils)、试样对中不良(Off-CenterSpecimen)、锤头对中不良(Off-Center Striker)等诸多方面。可是由于弧型标样自身的特点，其在室温或低温条件下未能分离成独立的两部分，就无法对其进行“断后检查”，这也是阻碍弧形标样大规模推广使用的重要因素。

现有技术在实际应用中存在以下缺点：

1.目前国内采用的弧型标样严格意义上并不符合GB/T18658-2002的技术要求，该样品不仅在外形上不满足GB/T18658-2002的规定，更重要的是其在冲击过程中无法实现真正的断裂，从标样对中直至标样冲过钳口，标样与试验机两者之间的真实状态与日常工况存在明显差异。由于该标样主观上忽略了材料断裂对其自身和设备所造成的影响，造成了标样对某些设备缺陷，如试样支座间距偏大、试样对中不良、锤头对中不良等缺乏足够的敏感性，如果单纯依靠其对设备进行检定，其结果明显偏于宽松。更重要的是弧形标样无法分离成独立的两部分，就无法进行冲断试样的断后检查。

2.现有标样的能量级别覆盖不全，目前无论是国内或国外标样的最大能量级别在220J左右，冲击能量在300J左右的标样未见正式报道。随着国内外大能量摆锤冲击试验机(额定能量＞300J)的普遍应用，现有标样已经无法满足该类试验机间接检定的需要，急需开发出300J左右的标样来填补技术空白。