向愈小，即在低温下使用时危险性愈小。金属的冷脆现象对一些在寒冷地带服役的机械设备（工程机械、运输机械、桥梁、铁路及输油管道等）带来很大危害及影响。因此，用系列冲击方法，研究材料在20℃，0℃，-20℃，-40℃，-60℃，-80℃，-100℃或更低温度下的冲击值变化情况，绘出冲击值―温度曲线，以确定冷脆转变温度Tk。
三 实验方法 Experiment methods
（一） 设备
本试验所使用仪器设备包括：冲击试验机，液氮，酒精，干冰，低温温度计及游标卡尺（精确度不低于0.02mm）等。
图3－1夏氏U型标准冲击试样 图3－2 冲击试样原理图
本试验所采用原苏联30KGM冲击试验机，其构造原理如图3—2所示。它是由机座和两个立柱组成的。在两立柱上借滚珠轴承悬一摆锤，摆锤上装一钢刃，作为冲刀，试样放在两个经过淬火的钢支座上，支座间跨距为40mm。
摆锤处于初始状态A的预仰角为α，其高度为H，释放摆锤做自由落体运动后，摆锤扬起到C状态仰角为β，其高度为h。则在A处摆锤具有的能量EA为
EA=MgH=MgL（1—cosα） 式中：M：摆锤的重量25.118Kg
g： 冲击试验机安装地点自由落体加速度9.81m/秒2 L：摆锤旋转轴到摆心的距离0.661m 摆锤冲断试样后，扬起到C处的能量Ec为 Ec=Mgh=MgL（1—cosβ）
如果认为空气阻力等各种能量损失远小于试样的冲击消耗能，将其略去则试样的冲击消耗能（即吸收功）Ak为
Ak=MgL（cosβ—cosα）
α、β的大小可直接在试验机表盘上读出。 （二） 试样
根据国家标准（GB229—84和GB2106—80）规定，冲击实验所使用的夏比U型缺口和夏比V型缺口标准试样，本实验采用前者如图3—1所示。
四 实验步骤 Experiment the step （一） 单试样冲击试验
1、检查试样有无缺陷，用游标卡尺测量缺口处的断面尺寸，记录下测量数据。 2、试验前，先进行一次空机试验，以校准试验机无不正常的磨擦和阻力，空击指，针其误差小于1J或1NM。
3、试样应紧贴支座，并使试样处于支座中心位置，缺口背向百锤的韧口。 4、摆锤扬起H高度，记录下指针读数（α）待摆锤自由落体后，在记录下指针读数（β），代入公式计算结果。 5、观察试样的断口特征。 （二） 系列冲击试验方法
酒精加干冰（固体二氧化碳），可达到—70℃以上的不同温度。酒精加液氮可达到—100℃以上的不同温度，纯液氮可达—196℃。
（1）试样经酒精冲洗后，放入冷却装置中冷却，保温时间不少于15分钟。 （2）试样从冷却介质中取出，讯速放在试验机支座上冲断。这个过程应在2~5秒内完成。每一种温度下的冲击试样应不少于2个试样。 （3）每个试样的断口形态及性质应记录和描述。 （4）绘制冲击值—温度曲线。
（5）冷脆转变温度Tk的确定可用下列两种方法。 A、能量法
就是以冲击能量降低到某一个具体数值时的温度定为Tk。
对于夏比V型缺口试样，取冲击能量为0.4Akmax所对应的温度为Tk，或
取1/2（Akmax+Akmin）所对应的温度为Tk。Akmax是指室温下100%韧性断口所对应的冲击功；而Akmin则指刚刚出现100%结晶状断口时所对应的冲击功。 B、断口形貌法
就是指断口形貌中纤维区所占面积下降到50%时所对应的温度为Tk，这种方法主要适用V型缺口试样。试样在不同温度下冲击断后，计算出断口形貌中纤维区和结晶区所占面积。计算时，先在显微镜下量出断口中X及Y尺寸大小（精确到0.5mm）然后将其带入下列公式计算纤维区（包括剪切唇）所占面积百分比。
纤维区面积（%）=（A.B—X.Y）/A.B 100%
五、实验数据的记录与计算 The experiment report
材料及热试样缺口处断面尺寸 处理状态 高 Cm 宽 Cm 断面积 Cm2 冲击功冲击值ak 断口特征 Ak Ak/FoJ（Nm） （J/cm2） 实验数据处理
试样重m=25.118kg（g=9.8m/s2），摆锤臂长l=0.661m
（1） 计算Ak
Ak?mgH?mgh?mgL(cos??cos?)其中：mgL?25.118?9.81?0.661?162.71J
故：AK?MgL(cos??cos?)?162.71J?(cos??cos?)
通过上面公式，可以计算得出下表：
温度 t/℃ 20 110 -0.342 27 0.216 200.63 -30 90 0 84 0.070 17.00 -197 60 0.500 56.5 0.552 8.45 ?/° cos? ?/° cosβ AK（J） （2） 计算ak 根据公式 aK?AK/S（其中：S=10×10=100mm2）,可以算出ak
值，如下表： 温度（℃） 计算数据 aK 通过计算分析，我们可以发现，温度降低，材料韧性降低，脆性增加。通过学习材料力学性能，知道了随温度降低，材料由韧性断裂转变为脆性断裂的现象称为低温脆性，发生脆性转变的温度Tk称为韧脆转变温度。
9262 1162 863 15 -30 -197 六 思考题 Think the subject of examination
1、为什么同钟材料，不同类型，不同尺寸的试样，冲击韧性值不能互换和比较。
答：主要是因为材料的冲击韧性值不仅与材料的内部因素如晶体结构、第二相质点、化学成分及显微组织有关，而且与试样的外部因素如加载速率、温度和试样尺寸及形状有关。其中试样尺寸及形状影响如下：若不改变试样缺口的尺寸而增加宽度或厚度，使TK升高；当各部分按比例增加时，TK明显升高，主要原因可能是尺寸使应力状态变硬，从而使韧脆转变温度TK上升。
2、 冲击试验方法再反应材料力学性能方面有哪些不足之处？为什么又能得到广泛的应用？
答：冲击试验方法所得到的冲击吸收功AK并不能真实反映材料的韧脆程度，原因是缺口吸收功不仅仅用于变形和断裂，还用于各种摩擦及其它损耗等；同时当摆锤轴线与缺口中心线不一致时，其损耗将比较大，不可将其忽略。
但是由于AK值对材料内部组织变化极为敏感，而且冲击试验方法简便可行，因此，仍被广泛使用。
实验体会
Experience
通过本学期的力学性能实验课的学习，我了解到了材料力学性能的基本检测方法和一些实验设备的应用以及其操作。单向静拉伸实验、缺口试样静拉伸实验以及系列温度冲击实验都是材料科学中的基础实验，是进一步学习材料学的基础。本学期我们学习了力学性能这门课，做力学性能实验帮助我们巩固了力学性能的知识，并且进一步的拓展知识。力学性能实验中测量的材料性能指标在社会生产中有很重要的工程意义，知道了这些知识后，可以为我们以后的学习生活积累很多的经验。
力学性能实验由于受到设备数量的限制，只能许多人一起做实验，并且不能让我们亲自去操作实验设备，这是美中不足的一部分。希望以后有机会，我能够亲自操作设备来进行实验。
除了报告中写到的三个实验外，我们还参观了热分析仪及磁分析设备，我想现在对这些设备有一个感性的认识后，以后科研工作时，真正遇到需要这些设备来分析时，会对我们有很大的帮助。
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