ASTM E23金屬材料缺口桿衝擊試驗

美國材料與試驗協會（ASTM）制定的《ASTM E23金屬材料缺口棒衝擊試驗標準試驗方法》標準描述了夏比（簡支梁）試驗和伊佐德（懸臂梁）試驗以及金屬材料缺口棒衝擊試驗的試驗方法。

標準包含以下內容：試樣、試驗程序、試驗報告、試驗機、夏比衝擊試驗機的驗證、可選試樣配置、試樣方向的確定以及剪切斷口形貌的確定。此外，該標準還提供了缺口試棒衝擊試驗的重要性以及衝擊中心測量方法的資訊。這些試驗方法並未解決在低於-196°C的溫度下進行衝擊試驗的相關問題。

就本標準而言，適用以下術語和定義：

• 跌落高度是自由懸掛位置和閂鎖​​位置之間的衝擊垂直距離的中心。
• 吸收能量是單次擺錘擺動使樣品斷裂所消耗的功，由補償指示裝置測量。
• 直接驗證是確保所有可能影響測量的吸收能量的部件都在規定的尺寸公差範圍內的過程。
• 自由懸掛位置是鐘擺停止擺動後的​​位置，此時位能和動能均為零。
• 自由擺動是指示裝置記錄的擺錘從棘輪位置開始的連續（無試樣）擺動。
• 間接驗證是確保測試一組驗證樣品的平均吸收能量與認證吸收能量在指定公差範圍內相對應的過程。
• 閂鎖位置是擺錘在釋放機構中被釋放以進行測試之前的位置。
• 橫向膨脹是指衝擊試驗導致試樣厚度增加的最大值（以毫米為單位）。橫向膨脹是衡量延展性的指標。
• 節距容量是指給定擺錘設定下的最大可用能量。對於單節距機器，這對應於機器容量。
• 剪切斷裂外觀是試樣在剪切（穩定）模式下失效的斷裂表面的數量（以百分比表示）。

衝擊試驗的基本特徵是：合適的試樣（可識別出幾種不同類型的試樣）、一系列砧座和試樣支架（試樣放置在這些砧座和試樣支架上以接收移動質量的衝擊）、放置在其路徑上的具有足夠能量以使試樣斷裂的移動質量，以及用於測量斷裂樣所吸收的能量的指示裝置。

這些衝擊試驗方法特別適用於金屬在受到單次力作用時的行為，該力會誘發與缺口相關的多軸應力，同時伴隨高加載速率，以及在某些情況下的高溫或低溫。對於某些材料和溫度，缺口試樣的衝擊試驗結果與使用經驗相結合，已被發現可以準確預測脆性斷裂的可能性。

應依適用規範的規定從材料中取樣。標準圖中所示的樣品是最常用的，通常令人滿意。它們特別適用於黑色金屬（鑄鐵除外）。

夏比衝擊試樣的名稱包括「V」型缺口和「U」型缺口。小孔缺口試樣與「U」型缺口類似，但缺口寬度不超過1,6毫米。圖中所示為通常適用於粉末冶金材料的試樣。粉末冶金衝擊試驗試樣應依ASTM B925標準製造。這些材料的衝擊試驗結果受試樣方向影響。因此，除非另有規定，試樣在試驗機中的放置位置應使擺錘撞擊的表面與壓縮方向平行。粉末冶金材料的衝擊試驗結果報告為無缺口時的吸收能量。

缺口棒衝擊試驗是用來測量材料在斷裂前遭受突然撞擊時能夠吸收多少能量的方法。它常用於測定金屬的韌性，尤其是在衝擊或衝擊負荷條件下。該試驗在評估材料在碰撞或爆炸等高應力條件下的性能時尤其重要。本試驗使用擺錘或擺錘敲擊缺口金屬棒（試樣）。缺口是在金屬棒上預先切出的凹槽，用來形成最容易發生斷裂的薄弱點。此試驗測量材料在斷裂過程中吸收的能量。試驗的主要目的是：

• 評估材料的脆性或延展性。
• 確定材料在動態或突然負載條件下（例如碰撞、跌落、爆炸）的性能。
• 找到金屬（尤其是鋼）從延展性到脆性的轉變溫度。

這些測試中通常會使用以下兩種方法：

• 夏比衝擊試驗：將試樣水平支撐，用鐵鎚敲擊缺口的另一側。
• 懸臂梁衝擊試驗：垂直壓縮試樣，錘子敲擊缺口的同一側。

這些測試在以下方面被認為很重要：

• 它確保關鍵結構（橋樑、船舶、管道）的材料安全。
• 有助於防止在撞擊或低溫條件下發生災難性故障。
• 協助材料選擇和品質控制。

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