[科普中國(guó)]-沖擊吸收功

許多機(jī)械零件在工作中，往往要受到?jīng)_擊載荷的作用：如鍛錘的錘桿、內(nèi)燃機(jī)車(chē)上的活塞銷(xiāo)等。沖擊載荷比靜載荷的破壞力要大得多。在選用制造這類(lèi)零件的材料時(shí)，用靜載荷作用下的力學(xué)性能指標(biāo)（強(qiáng)度、塑性、硬度）來(lái)衡量是不安全的。在沖擊載荷作用下，金屬材料抵抗破壞的能力可用材料的沖擊吸收功來(lái)表示，其數(shù)值越大，材料的抗沖擊能力越強(qiáng)。1

簡(jiǎn)介沖擊吸收功是用規(guī)定形狀和尺寸的缺口試樣，在沖擊試驗(yàn)力一次作用下折斷時(shí)耗費(fèi)于產(chǎn)生兩個(gè)新的自由表面和一部分體積塑性變形所需的能量。

工程實(shí)際中的許多設(shè)備，例如采掘、鍛壓等機(jī)械都承受加載速度很快的沖擊載荷，就是一般工作比較平穩(wěn)的機(jī)械，在起動(dòng)、剎車(chē)和超載等情況下，沖擊載荷也是很難避免的。因?yàn)闆_擊載荷的加載速度很大，材料的脆性破壞傾向顯著增加，特別是在沖擊載荷作用下材料又處于低溫、或具有引起應(yīng)力集中的各種因素時(shí)，脆性破壞的危險(xiǎn)性就更大。由此可見(jiàn)，評(píng)定上述情況下各種材料脆性破壞的傾向是十分必要的。

為了評(píng)定材料在沖擊載荷下脆性破壞的傾向，在工程實(shí)際中廣泛采用一次擺錘沖擊彎曲試驗(yàn)，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)試樣在一次沖擊載荷作用下折斷時(shí)試樣所吸收的沖擊功，作為衡量材料抵抗沖擊斷裂能力的性能指標(biāo)。2

測(cè)量方法沖擊吸收功是指將具有規(guī)定形狀和尺寸的金屬試樣，在一次沖擊力作用下折斷時(shí)所吸收的功。測(cè)量沖擊吸收功的普遍方式是擺錘彎曲沖擊試驗(yàn)，即將標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣置于沖擊試驗(yàn)機(jī)支座上，然后釋放具有一定位能的重錘，把試樣一次沖斷，沖斷試樣所消耗的功AK除以試樣缺口處的橫斷面積F0所得到的商稱(chēng)為沖擊值，用ak表示。

沖擊試驗(yàn)作用（1）設(shè)計(jì)選材或研制新材料，通常必須提出對(duì)材料沖擊韌性指標(biāo)的要求。由于不同材料對(duì)缺口敏感程度不同，用拉伸試驗(yàn)中測(cè)定的強(qiáng)度及塑性指標(biāo)往往不能評(píng)定材料對(duì)缺口是否敏感，因此沖擊試驗(yàn)是必不可少的力學(xué)性能試驗(yàn)。

（2）沖擊試驗(yàn)可以檢查和控制鋼材質(zhì)量。由于沖擊試樣對(duì)材料的化學(xué)成分、冶煉方式與工藝流程、軋制方式、成品組織、取樣方向都非常敏感，因此其可以用來(lái)作為控制這些因素的有效手段。當(dāng)鋼鐵產(chǎn)品中出現(xiàn)成分偏析、各種非金屬夾雜和內(nèi)部組織不良等冶金和軋制缺陷時(shí)，都能從沖擊試驗(yàn)中沖擊值明顯變化中反映出來(lái)，因此可以指導(dǎo)產(chǎn)品質(zhì)量的控制。

（3）評(píng)定鋼材在高、低溫條件下的韌性。用系列沖擊試驗(yàn)可以測(cè)定材料韌脆轉(zhuǎn)變溫度（FATT）。工程中有許多材料是在高溫下工作的，用高溫沖擊試驗(yàn)可以評(píng)定這些材料在服役溫度的韌性特性。沖擊試驗(yàn)可在很寬的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，一般最高可達(dá)1000℃，這個(gè)溫度可對(duì)各種高溫合金（如鎳基合金、鑄造合金）進(jìn)行試驗(yàn)；最低溫度可以在-192℃進(jìn)行試驗(yàn)。此溫度范圍適用于絕大部分金屬材料的服役溫度范圍。3

沖擊韌性沖擊韌性是指金屬材料在沖擊負(fù)荷作用下，抵抗破壞的能力。沖擊負(fù)荷的特點(diǎn)是加載速度快，作用時(shí)間短，金屬受到?jīng)_擊時(shí)應(yīng)力分布和變形很不均勻，工件往往易開(kāi)裂。3

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

王沛 - 副教授、副研究員 - 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所