【情境导入】
请讨论：为什么内燃机的曲柄连杆机构(图2-24)在使用过程中受到较大冲击载荷作用却不断裂?
零件在其使用过程中，因受冲击载荷其性能指标不能单纯用强度、塑性、硬度来衡量，而必须考虑材料抵抗冲击载荷的能力，即韧性的大小。材料韧性的好坏是用冲击韧度来衡量的。材料的冲击韧性是如何测定的呢?
【讲一讲】
金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧度，用ak来表示。ak值的大小表示材料的韧性好坏。一般把ak值低的材料称为脆性材料，ak值高的材料称为韧性材料。
测定低碳钢和铸铁两种材料的冲击韧度，观察破坏情况，并进行比较。
图2-24 曲柄连杆机构
一、测量设备的原理
1.试验设备
①游标卡尺。
②冲击试验机(图2-25)。
图2-25 冲击试验机结构图
③试样的制备：若冲击试样的类型和尺寸不同，则得出的实验结果不能直接比较和换算。本次试验采用U形缺口冲击试样。其尺寸及偏差应根据GB/T 229—2007规定，如图2-26所示。加工缺口试样时，应严格控制其形状、尺寸精度以及表面粗糙度。试样缺口底部应光滑、无与缺口轴线平行的明显划痕。
2.试验原理
冲击试验利用的是能量守恒原理，即冲击试样消耗的能量是摆锤试验前后的势能差。试验时，把试样放在图2-27的B处，将摆锤举至高度为H的A处自由落下，冲断试样即可。
摆锤在A处所具有的势能为：
E=GH=GL(1-cos α)
图2-26 冲击试样
冲断试样后，摆锤在C处所具有的势能为：
E1=Gh=GL(1-cos β)
势能之差E-E1，即为冲断试样所消耗的冲击功Ak：
Ak=E-E1=GL(cos β-cos α)
式中 G——摆锤重力，单位为N；
L——摆长(摆轴到摆锤重心的距离)，单位为mm；
α——冲断试样前摆锤扬起的最大角度；
β——冲断试样后摆锤扬起的最大角度。
图2-27 冲击试验原理图
二、试验过程
1.试验步骤(www.xing528.com)
①测量试样的几何尺寸及缺口处的横截面尺寸。
②根据估计材料冲击韧性来选择试验机的摆锤和表盘。
③安装试样，如图2-28所示。
④进行试验。将摆锤举到高度为H处并锁住，然后释放摆锤，冲断试样后，待摆锤扬至最大高度，再回落时，立即刹车，使摆锤停住。
⑤记录表盘上所示的冲击功Aku值。取下试样，观察断口。试验完毕，将试验机复原。
图2-28 冲击试验示意图
友情提示
冲击试验要特别注意人身安全。
2.试验结果处理
①计算冲击韧性值ak，见式(2-11)：
式中 ak——冲击韧度，单位为J/cm2，ak值越大，材料的冲击韧性越好；
Ak——冲击吸收功，单位为J；
S0——试样缺口处的原始横截面积，单位为cm2。
冲击韧性值ak是反映材料抵抗冲击载荷的综合性能指标，它随着试样的绝对尺寸、缺口形状、试验温度等的变化而不同。
②比较分析两种材料的抵抗冲击时所吸收的功。观察破坏断口形貌特征。
【议一议】
活动：分组讨论金属材料冲击韧性ak的影响因素有哪些?
【做一做】
一、判断题(正确的打√，错误的打×)
1.冲击韧度高的材料，小能量多冲击抗力一定高。( )
2.冲击韧性能反映出原始材料的冶金质量和热加工产品的质量。( )
3.冲击抗力主要取决于材料的强度和塑性，即强度越高、塑性越差，其冲击抗力越大。( )
4.金属材料抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力称为冲击韧度。( )
5.冲击试验是利用能量守恒原理，即冲断试样所做的功等于摆锤冲击试样前后的势能差。( )
二、简答题
冲击试样为什么要开缺口?
【评一评】
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