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抗擺錘沖擊能檢測(cè)

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發(fā)布時(shí)間：2025-06-10 21:24:54 更新時(shí)間：2025-06-10 00:25:44

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測(cè)中心

抗擺錘沖擊能檢測(cè)

抗擺錘沖擊能檢測(cè)是材料力學(xué)性能測(cè)試中的一項(xiàng)重要指標(biāo)，主要用于評(píng)估材料（特別是塑料、復(fù)合材料、金屬、橡膠等）在高速?zèng)_擊載荷下的韌性和抗斷裂能力。它模擬材料在實(shí)際使用中可能遭受的突然撞擊或跌落等工況，通過測(cè)量試樣在特定條件下斷裂所吸收的能量（即沖擊能），來表征材料的抗沖擊性能。該指標(biāo)對(duì)材料在汽車零部件、建筑構(gòu)件、包裝材料、運(yùn)動(dòng)器材、安全防護(hù)產(chǎn)品等領(lǐng)域的設(shè)計(jì)選型和質(zhì)量控制具有重要指導(dǎo)意義。

檢測(cè)項(xiàng)目

抗擺錘沖擊能檢測(cè)的核心項(xiàng)目是測(cè)定材料的沖擊吸收能量（通常以焦耳 J 或千焦耳 kJ 為單位）。根據(jù)測(cè)試原理和試樣類型，主要分為兩大類：

簡(jiǎn)支梁沖擊強(qiáng)度：試樣兩端水平支撐，擺錘沖擊試樣中部。
懸臂梁沖擊強(qiáng)度：試樣一端固定，呈懸臂狀態(tài)，擺錘沖擊自由端。

此外，有時(shí)還會(huì)記錄或分析：

試樣是否完全斷裂或部分?jǐn)嗔选?/li>
斷口的形貌特征（韌性斷裂或脆性斷裂）。
最大沖擊力（部分儀器支持）。
沖擊過程中的能量-時(shí)間或力-位移曲線（用于更深入分析）。

檢測(cè)儀器

進(jìn)行此項(xiàng)檢測(cè)的核心設(shè)備是擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)。其主要組成部分包括：

機(jī)架：提供穩(wěn)固的支撐結(jié)構(gòu)。
擺錘：帶有特定形狀錘頭的可旋轉(zhuǎn)重錘，其質(zhì)量、臂長(zhǎng)和初始揚(yáng)角決定了沖擊能量。
釋放與鎖緊裝置：將擺錘提升并固定在預(yù)定高度（初始勢(shì)能位置），并能可靠釋放。
試樣支座：用于安放和固定試樣（簡(jiǎn)支梁或懸臂梁夾具）。
能量指示系統(tǒng)：通常是指針式或電子式角度/能量測(cè)量裝置，用于精確讀取擺錘沖擊試樣后回升的最大角度，從而計(jì)算能量損失（即試樣吸收的沖擊能）。現(xiàn)代高級(jí)設(shè)備配備傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)記錄沖擊過程中的力和位移信號(hào)。
安全防護(hù)裝置：如防護(hù)罩，防止試樣碎片飛濺傷人。

試驗(yàn)機(jī)依據(jù)其最大沖擊能量（如1J, 2J, 4J, 7.5J, 15J, 25J, 50J等）和適用的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類。選擇時(shí)需確保設(shè)備最大能量能覆蓋待測(cè)材料的沖擊能范圍。

檢測(cè)方法

標(biāo)準(zhǔn)的抗擺錘沖擊能檢測(cè)流程如下：

試樣制備：嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，制備規(guī)定尺寸、形狀（通常為帶缺口或無缺口的長(zhǎng)條形）和數(shù)量的試樣。缺口的存在利于引發(fā)脆性斷裂，更易區(qū)分材料韌性差異。
狀態(tài)調(diào)節(jié)：將試樣在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境（如23±2°C, 50±10% RH）下調(diào)節(jié)規(guī)定時(shí)間（通?！?6小時(shí)），以消除濕度和溫度歷史的影響。有時(shí)需進(jìn)行低溫或高溫測(cè)試。
測(cè)量試樣尺寸：精確測(cè)量試樣的寬度、厚度（及缺口剩余厚度），用于計(jì)算沖擊強(qiáng)度。
選擇擺錘：根據(jù)預(yù)估的沖擊能量選擇量程合適的擺錘，確保試樣吸收的能量在擺錘標(biāo)稱能量的10%-80%范圍內(nèi)。
校準(zhǔn)與歸零：檢查試驗(yàn)機(jī)水平，空打擺錘，確認(rèn)摩擦損失和指針/讀數(shù)歸零正確。
安裝試樣：將試樣準(zhǔn)確放置于試樣支座上，確保其處于擺錘沖擊中心位置（對(duì)于簡(jiǎn)支梁，缺口背向沖擊方向；對(duì)于懸臂梁，缺口朝向沖擊方向）。
進(jìn)行沖擊：釋放擺錘，使其自由落下沖擊試樣。
讀取能量：記錄能量指示裝置顯示的沖擊吸收能量值（A_k）。
觀察與記錄：觀察試樣斷裂類型（完全斷裂/部分?jǐn)嗔?不破斷），必要時(shí)記錄斷口形貌。
結(jié)果計(jì)算：
- 沖擊吸收能量 (A_k)：直接從試驗(yàn)機(jī)讀取或根據(jù)擺錘升角計(jì)算得到。
- 沖擊強(qiáng)度 (a_k)：將沖擊吸收能量 (A_k) 除以試樣在缺口處（或無缺口試樣在沖擊處）的橫截面積（單位：kJ/m2 或 J/m）。這是最常見的標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果表達(dá)。
統(tǒng)計(jì)分析：測(cè)試規(guī)定數(shù)量的試樣（通常≥5個(gè)），計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差等統(tǒng)計(jì)量。

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

抗擺錘沖擊能檢測(cè)遵循嚴(yán)格的國家標(biāo)準(zhǔn)、國際標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確保測(cè)試結(jié)果的可比性和權(quán)威性。常用標(biāo)準(zhǔn)包括：

國際標(biāo)準(zhǔn) (ISO):
- ISO 179-1: Plastics - Determination of Charpy impact properties - Part 1: Non-instrumented impact test (塑料 - 夏比沖擊性能的測(cè)定 - 第1部分：非儀器化沖擊試驗(yàn))。規(guī)定簡(jiǎn)支梁沖擊。
- ISO 180: Plastics - Determination of Izod impact strength (塑料 - 懸臂梁沖擊強(qiáng)度的測(cè)定)。
- ISO 148-1: Metallic materials - Charpy pendulum impact test - Part 1: Test method (金屬材料 - 夏比擺錘沖擊試驗(yàn) - 第1部分：試驗(yàn)方法)。適用于金屬。
美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn) (ASTM):
- ASTM D6110: Standard Test Method for Determining the Charpy Impact Resistance of Notched Specimens of Plastics (塑料缺口試樣夏比沖擊抗力的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法)。
- ASTM D256: Standard Test Methods for Determining the Izod Pendulum Impact Resistance of Plastics (塑料懸臂梁擺錘沖擊抗力測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法)。
- ASTM E23: Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials (金屬材料缺口棒沖擊試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法)。
中國國家標(biāo)準(zhǔn) (GB):
- GB/T 1043.1: 塑料簡(jiǎn)支梁沖擊性能的測(cè)定第1部分：非儀器化沖擊試驗(yàn)。
- GB/T 1843: 塑料懸臂梁沖擊強(qiáng)度的測(cè)定。
- GB/T 229: 金屬材料夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法。

這些標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了試樣的尺寸與制備要求（包括缺口形狀和加工方法）、試驗(yàn)條件（溫度、濕度）、試驗(yàn)機(jī)校準(zhǔn)要求、測(cè)試步驟、結(jié)果計(jì)算方法和報(bào)告內(nèi)容。嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)是確保檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠的基礎(chǔ)。

進(jìn)行抗擺錘沖擊能檢測(cè)時(shí)，環(huán)境溫度控制、試樣精確制備、設(shè)備定期校準(zhǔn)以及操作人員嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)程序是獲得有效數(shù)據(jù)的關(guān)鍵因素。該測(cè)試有助于材料研發(fā)、質(zhì)量控制和事故失效分析。