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ISO 148-1-2010
金属材料 夏比摆锤冲击试验 第1部分：试验方法
1 范围
本标准规定了测定金属材料在夏比冲击试验中吸收能量的方法（V型和U型缺口试样）。
本标准不包括仪器化冲击试验方法，这部分内容在ISO 14556中规定。
2术语和定义
下列术语和定义适用于本标准。
2.1 能量
2.1.1初始势能（势能）
Kp
冲击试验中，摆锤势能释放前的势能与冲击试验时其势能的差值，为试验机直接测定的值。
2.1.2 吸收能量
K
对摩擦校正后，摆锤冲击试验仪破坏试样所需要的能量。
注：用字母V和U表示缺口几何形状，即KV或KU。用下标数字2或8表示摆锤刀刃半径，例如KV2。
2.2试样
根据试样在试验机支座上的试验位置，使用下列的术语（见图1）：
2.2.1高度
h
开缺口面与其相对面之间的距离。
2.2.2宽度
w
与缺口轴线平行且垂直于高度方向的尺寸。
2.2.3 长度
l
与缺口方向垂直的最大尺寸。
3 符号和缩略语
本标准使用的符号见表1和表2及图2。

表1 符号、名称及单位

4 原理
将规定几何形状的缺口试样置于试验机两支座之间，缺口背向打击面放置，使用第5、6和7章的条件，用摆锤一次打断试样，测定试样的吸收能量。
由于大多数材料冲击值随温度变化，因此试验应在规定温度下进行。当不在室温下试验时，试样必须在规定条件下加热或冷却，以保持规定的温度。
5试样
5.1 一般要求
标准尺寸冲击试样长度为55 mm，横截面为10 mm×10 mm方形截面。在试样长度中间有V型或U型缺口，分别见5.2.1和5.2.2规定。
如试料不够制备标准尺寸试样，可使用宽度7.5 mm、5 mm或2.5 mm的小尺寸试样（见图2和表2）。
注：对于低能量的冲击试验，因为摆锤要吸收额外能量，因此垫片的使用非常重要。对于高能量的冲击试验并不十分重要。应在支座上放置适当厚度的垫片，以使试样打击中心的高度为5 mm（相当于宽度10 mm标准试样打击中心的高度）。
试样表而粗糙度Ra应优于5 μm，端部除外。
对于需热处理的试验材料，应在最后精加工前进行热处理，除非已知两者顺序改变不导致性能的差别。
5.2缺口几何形状
对缺口的制备应仔细，以保证缺口根部处没有影响吸收能的加工痕迹。
缺口对称面应垂直于试样纵向轴线（见图2）。
5.2.1 V型缺口
V型缺口应有45o夹角，其深度为2 mm，底部曲率半径为0.25 mm [见图2a）和表2]。
5.2.2 U型缺口
U型缺口深度应为2 mm或5 mm（除非另有规定），底部曲率半径为1 mm [见图2b）和表2]。
5.3试样尺寸及偏差
规定的试样及缺口尺寸与偏差在图2和表2中示出。
5.4试样的制备
试样制备过程应使由于过热或冷加工硬化等过程而改变材料冲击性能的影响减至最小。
5.5试样的标记
试样标记不应标在与支座、砧座或摆锤刀刃接触的面上，并避免塑性变形和表面不连续性对冲击吸收能量的影响（见7.7）。
6试验设备
6.1 一般要求
所有测量仪器均应溯源至国家或国际标准。这些仪器应在合适的周期内进行校准。
6.2安装及检验
试验机应按ISO 148-2进行安装及检验。
6.3摆锤刀刃
摆锤刀刃半径应为2 mm和8 mm两种。建议用符号的下标数字表示，如KV2或KV8。摆锤刀刃半径的选择应参考相关产品标准。
注：对于低能量的冲击试验，一些材料用2 mm和8 mm摆锤刀刃试验测定的结果有明显不同，2 mm摆锤刀刃的结果可能高于8 mm摆锤刀刃的结果。
7试验程序
7.1 一般要求
试样应紧贴试验机砧座，锤刃沿缺口对称面打击试样缺口的背面，试样缺口对称面偏离两砧座间的中点应不大于0.5 mm（见图1）。
7.2试验温度
7.2.1 对于试验温度有规定的，应在规定温度±2℃范围内进行。如果没有规定，室温冲击试验应在23℃±5℃范围进行。
7.2.2 当使用液体介质冷却试样时，试样应放置于一容器中的网栅上，网栅至少高于容器底部25 mm，液体浸过试样的高度至少25 mm，试样距容器侧壁至少10 mm。应连续均匀搅拌介质以使温度均匀。测定介质温度的仪器推荐置于一组试样中间处。介质温度应在规定温度±1℃以内，保持至少5 min。
注：当液体介质接近其沸点时，从液体介质中移出试样至打击的时间间隔中，介质蒸发冷却会明显降低试样温度（见ASTM STP 1072[5]）。
7.2.3 使用气态介质进行加热或者冷却的状态调节时，试样应放在一个腔室中，距离腔室壁50 mm以上。试样间距离至少10 mm。介质应保持流通，以任何方便的形式使其达到规定的温度。测定介质温度的仪器推荐置于一组试样中间处。介质温度应在规定温度±1℃以内，保持至少30 min。
7.3试样的转移
当试验不在室温进行时，试样从高温或低温装置中移出至打断的时间应不大于5 s。
转移装置的设计和使用应能使试样温度保持在允许的温度范围内。
转移装置与试样接触部分应与试样一起加热或冷却。
应采取措施确保试样对中装置不引起低能量高强度试样断裂后回弹到摆锤上而引起不正确的能量偏高指示。已表明，试样端部和对中装置的间隙或定位部件的间隙应大于13 mm，否则，在断裂过程中，试样端部可能回弹至摆锤上。
注：类似于附录A示出的V型缺口自动对中夹钳一般用于将试样从控温介质中移至适当的试验位置。此类夹钳消除了由于断样和固定的对中装置之间相互影响带来的潜在问题。
8.4试验机能力范围
试样吸收能量K不应超过实际初始势能Kp的80%，如果试样吸收能超过此值，在试验报告中应报告为近似值并注明超过试验机能力的80%。
注：理想的冲击试验应在恒定的冲击速度下进行。在摆锤式冲击试验中，冲击速度随断裂进程降低，对于冲击吸收能量接近摆锤打击能力的试样，打击期间摆锤速度已下降至不再能准确获得冲击能量。
7.5不完全断裂
如果试样试验后没有完全断裂，可以报出冲击吸收能量，或与完全断裂试样结果平均后报出。
7.6试样卡锤
如果试样卡在试验机上，试验结果无效，应彻底检查试验机，否则试验机的损伤会影响测量的准确性。
7.7断口检查
如断裂后检查显示出试样标识是在明显的变形部位，试验结果可能不代表材料的性能，应在试验报告中注明。
8试验报告
8.1 主要内容
试验报告应包括以下内容：
a) 引用本标准，即ISO 148-1：2009；
b) 试样相关资料（例如钢种、浇铸号等）；
c) 缺口类型；
d) 与标准尺寸不同的试样尺寸；
e) 试样状态调节温度；
f) 吸收能量KV2、KV8、KU2、KU8；
g) 可能影响试验的异常情况。
8.2 选择性内容
除9.1规定内容之外，可选择性的附加以下信息：
a) 试样的取向（见ISO 3785）；
b) 试验机的标称能量，J；
c) 侧膨胀(见附录B)；
d) 断口形貌与剪切断面率(见附录C)；
e) 吸收能量一温度曲线（见附录D中D．1）；
f) 转变温度，判定标准（见附录D中D．2）；
g) 试验中没有完全断裂试样的数目；
h) 测量不确定度（见附录E）。

符号
1 铁砧 2 标准尺寸试样 3 试样支架 4 罩
H 试样高度 l 试样长度 w试样宽度 a 打击中心 b 摆锤摆动方向
图1 试样与摆锤冲击试验机支座及砧座相对位置示意图

a）V-型缺口 b）U型缺口
注：符号l、h、w和数字1~5的尺寸见表2。
图2 夏比冲击试样

表2 试样的尺寸与偏差

附录A
（资料性附录）
对中夹钳
图A.1所示的夹钳一般用于从介质中取出试样放置于试验机上。

图A.1 V型缺口夏比冲击试样对中夹钳

附 录B
（资料性附录）
侧膨胀值
B．1 一般要求
用根部开缺口的夏比试样测量材料抵抗三轴应力断裂的能力要考虑此位置产生的变形量。此处的变形是压缩变形。由于测量变形较困难，即使断裂以后也是如此，因此用断面相对侧的膨胀量代表压缩量。
B．2 测定方法
测量侧膨胀值的方法要考虑到试样断面上两侧最大膨胀值，一半试样可能包括两侧最大膨胀量，也可能出现在一侧，或者均在另一半试样断面上。测量技术要保证测出的侧膨胀值是两个断面两侧最大膨胀量之和。为此，在测量两半试样断面的膨胀量时要以试样原尺寸为准，见图B．1。可采用类似于图B．2示出的仪器、游标卡尺或图像分析仪测量两半试样的膨胀量。首先检查试样侧边是否出现毛刺，如果有毛刺要用毛刷或砂布去除。当磨毛刺时不应磨掉试样断面侧面的突出部分，然后放置两半断样使其原始侧面对齐，分别以原始侧面为基础测量两半断样(图B．1中的X和Y)，两侧的突出量，取两侧最大值。例如A，如果A1>A2，且A3=A4时，LE=A1+（A3或A4），如果A1>A2，A3>A4，则LE=A1+A3。
如果试样侧面上出现一个或多个突出部分由于与试验机砧座接触或测量安装时已被损坏，则不能测量并需在报告中注明。
侧膨胀值要测量各个试样。

两个半边标记为1和2。
图B.1—夏比冲击V型试样断后两截试样的侧膨胀值A1、A2、A3、A4和原始宽度w

图B.2 测量夏比冲击试样侧膨胀值用的装置

附 录C
（资料性附录）
断口形貌
C．1 概述
夏比冲击试样的断口表面常用剪切断面率评定。剪切断面率越高，材料韧性越好。大多数夏比冲击试样的断口形貌为剪切和解理断裂的混合状态。由于对断口评定带有很高的主观性，因此建议不作为技术规范使用。
注：剪切断口常称为纤维断口，解理断口或晶状断口往往针对剪切断口反向评定，即0%剪切断口就是100%解理断口。
C．2 测定方法
通常使用以下方法测定剪切断面率：
a) 测量断口解理断裂部分（即“闪亮”部分）的长度和宽度，如图C．1，按表C．1计算剪切断面率；
b) 使用图C．2所示的标准断口形貌图与试样断口的形貌进行比较；
c) 将断口放大，并与预先制好的对比图进行比较，或用求积仪测量剪切断面率（用100%减去解理断面率）；
d) 断口拍成放大照片用求积仪测量剪切断面率（100%减去解理断面率）；
e) 用图像分析技术测量剪切断面率。

1—剪切面积；
2—缺口；
3—解理面积。
注1：测量A和B的平均尺寸应精确至0.5 mm。
注2：用表C．1确定剪切断面率。
图C.1 —剪切断面率百分比的尺寸

a）断口形貌和剪切断面率对照

b）估计断口形貌用指南
图C.2 断口外观

附 录 D
（资料性附录）
冲击吸收能量一温度曲线和转变温度
D．1 冲击吸收能量与温度曲线
冲击吸收能量一温度曲线（KV/T曲线）表明，对于给定形状的试样，冲击吸收能量是试验温度的函数，如图D．1所示。通常曲线是通过拟合单独的试验点得到的。曲线的形状和试验结果的分散程度依赖于材料、试样形状和冲击速度。出现转变区的曲线，具有上平台(1)、转变区(2)和下平台(3)。

T—温度；
KV—吸收能量；
1—上平台区；
2—转变区；
3—下平台区。
图D．1 冲击吸收能量—温度曲线示意图
D．2 转变温度
转变温度Tt，表征冲击吸收能量一温度曲线陡峭上升的位置。因为陡峭上升区通常覆盖较宽的温度范围，因此不能明确定义为一个温度。可用如下几种判据规定转变温度：
a) 冲击吸收能量达到某一特定值时，例如KV8 =27 J，
b) 冲击吸收能量达到上平台某一百分数，例如50%，
c) 剪切断面率达到某一百分数，例如50%，
d) 侧膨胀值达到某一个量，例如0.9 mm。
用以确定转变温度的方法应在相关产品标准中规定，或通过协议确定。