EN10045-2:1992金属材料---夏比冲击试验

shaokai918_2005

EN10045-2:1992

金属材料---夏比冲击试验
第二部分:试验机的检测(摆式冲击试验机)


此欧洲标准经CEN于1992-02-25批准，CEN/CENELEC内部规则规定了具体条件，给予此欧洲标准未加改动的国标的地位，CEN成员必须遵守此规则，CEN成员要遵守CEN/CENELEC内部规则。此规则规定了欧洲标准在不做任何修改的情况下要具有国标地位的条件。
只要向中央秘书处或任何CEN成员提出申请，即可得到关于此国标的最新列表和参考资料。
此欧洲标准有三种官方版本（英语、法语、德语），由CEN成员负责翻译为其本国语言的任何版本，并通报中央秘书处，与官方版本有同等地位。
CEN成员是奥地利、比利时、丹麦、法国、德国、希腊、爱尔兰、冰岛、意大利、卢森堡、荷兰、挪威、葡萄牙、西班牙、瑞典、瑞士及英联邦。












CEN
标准化欧洲委员会
中央秘书处：布鲁塞尔B-1050,rue de Stassart36



序言
此欧洲标准由机械性能测试ECISS/TC 1A编制，其秘书处受A FNOR的约束。
在1990年1月25、26日的会议中，TC同意出版prEN（黄皮书）。
出席此会议的成员国有：比利时、法国、德国、意大利、卢森堡、荷兰、葡萄牙、西班牙、英联邦及BCR。
在1991-6-20的会议中，TC同意把此文件正式批准并递交给COCOR（白皮书）。
ECISS/COCOR于1991-11-27/28同意将此拟订欧洲标准递正式递交给CEN.
根据CEN/CENELEC内部规则，如下国家的国标组织必须执行此欧洲标准：奥地利、比利时、丹麦、法国、德国、希腊、爱尔兰、冰岛、意大利、卢森堡、荷兰、挪威、葡萄牙、西班牙、瑞典、瑞士及英联邦。

目录
序言
简介
1.        范围
2.        标准化参考书
3.        定义
3.1 工业摆式冲击试验机
3.2        标准摆式冲击试验机
3.3        基准台
3.4        支撑台
3.5        摆锤
3.6        摆锤中心
3.7        冲击中心
3.8        额定初始势能AN
3.9        有效势能AP
3.10        指示吸收功AS
3.11        有效吸收功AV
3.12        标准试块
3.13        标准值
3.14        试块的几何尺寸
3.15        框架的基底
4.        符号和称号
5.        摆式冲击试验机的直接检测
5.1设备结构
5.2冲击摆
5.3冲击摆的位置
5.4试块的支撑台和基准台
5.5基准台和冲击摆的间隔距离
5.6中心冲击试验的位置
5.7能量指示器
5.8有效势能AP
5.9指示吸收功AS误差
5.10摩擦消耗
5.11冲击速率
6.        摆式冲击试验机的间接检测
6.1原理
6.2夏比V型标准试块
6.3步骤
6.4摆式冲击试验的可重复性和误差
6.5检测结果的估算
7.        检测报告
8.        间接检测的间隔
8.1直接检测
8.2间接检测

附录A(提供资料)直接方法即为使用一个jig，改变摆式冲击试验机的几何参数
附录B(提供资料) 夏比V型标准试块性能及制备












简介
欧洲标准EN10045-2:1992是有关金属材料---夏比冲击试验，分为以下两部分：
第一部分：试验方法
   第二部分：试验机的检测(摆式冲击试验机)

1.        范围
此欧洲标准适用于夏比冲击实验（EN10045-1所述）的摆式冲击试验机的检测，如下述两种方法：
——直接方法：试验机各部件的物理和几何特性可静态、独立的检测
——间接方法：如6.2详细说明，夏比V型标准试块、摆式冲击试验机的国际检测方法。
直接检测方法首先适用于试验机已安装或已维修，其次如果使用间接方法检测得出错误结果，查找原因时也适用。
此标准同样也适用于标准摆式冲击试验机的检测，其几何特性如附录B所述。
此标准也适用于各种不同配置及工作能力的摆式冲击试验机。
摆式冲击试验机根据此标准检测，可以满足不同缺口类型的冲击试验的有效评定。
用直接方法检测的试验机和SI系统单位有关。
附录A所述为jig检测几何特性的直接方法的信息。
附录B所述为夏比V型标准试块性能及制备的指导说明。
2.        标准化参考书
此标准编入了新旧参考资料以及其他出版物中的有关条款，这些参考资料在此文件的适当部分引用，出版物的名称随后列出。对于旧参考书只是在进行修正或改动时才适合于此标准，对新参考书，参考适用的最新版本。
3.        定义
基于此标准的目的，下列定义是适用的。
3.1工业摆式冲击试验机
该摆式冲击试验机适用于金属材料的工业或实验室试验；此试验机不能用于测定标准值。(见3.13)
3.2标准摆式冲击试验机
此试验机适用于测定标准值。此试验机的检测比工业摆式冲击试验机的严格。（见B.3.1）
3.3基准台
试验机中用来保持和控制被冲击破坏的试块的一个垂直平面部分。基准台与支撑台垂直。（见图1）
3.4支撑台
试验机的一个组成部分，可以保证在冲击摆破坏试块之前试块水平放置。基准台与支撑台垂直。（见图1）
3.5摆锤
冲击试块时与试块接触的部分。
3.6摆锤的中心点
当摆锤被释放时，接触到试块时，该点位于摆的冲击端。
3.7冲击中心
冲击过程中，当摆锤的重力集中在该点时重力和冲击力相等，当摆锤水平冲击时经过该点，此时旋转轴合力为0。（见图2）
3.8额定初始势能AN
此势能由摆锤的设计师确定
3.9有效势能AP
此值可直接测定
3.10指示吸收功AS
此值由指示器显示
3.11有效吸收功AV
摆式冲击试验破坏试块得出的总功，它等于摆的初始位置和冲击破坏试块后摆的最终位置之间的势能差。
3.12标准试块
冲击试块用于检测摆锤的柔量，通过冲击标准试块得出的标准值进行吸收功的比较
3.13标准值
吸收功的值由标准试块的冲击试验来确定。
3.14试块的几何尺寸
试块应放置在试验台上：
——高：缺口表面至反面的距离
——宽：平行于缺口的垂直度
——长：缺口至直角的最长距离
3.15框架的基底
试验机结构中低于水平支撑台的部分
4.        符号和称号
对欧洲标准而言，表1中的符号和定义可采用。
表1

符号        单位        定义
                比率能
                原始能
                指示能
                吸收能
                与摆相对距离L2的力
                摆的重力
                摆的重心与旋转轴的间距
                冲击中心与旋转轴的间距
                F作用点与旋转轴的间距
                指示器摩擦力所作的功
                空气摩擦所作的功
                纠正上升角度所损失的能
                摆的摆动周期
                摆100下所用的时间
                T的最大值
                T的最小值
                下落角度
                上升角度
                从试块表面吸收的功
                从BCR试块检测的性能
见表2/3

5.        摆式冲击试验机的直接检测
此检测与下列因素有关：
-设备结构
-摆
-摆的位置
-试块和基准台
-冲击中心位置
-指示能
-原始能
-起始能误差
-摩擦损失
-冲击速度
5.1设备结构
设备一经安装，摆式冲击试验机的基底通常不能检验。一般，设备被安装时，文件中应该给出不少于40种基础，同时摆也应在文件中给出。
检验摆的冲击试验应包括以下方面：
a.        检验螺钉的松紧度，该值由制造商提供。
b.        摆式冲击试验机不是对任何外部变动都适应。
5.2冲击摆
摆的宽度在10~18mm间
摆的尺寸用jigs鉴定，尖端角度应是30°±1°，摆的边缘弯曲半径应为20+0.5
摆接触线与水平轴之间的角度为90°±2°
从原始位置释放摆时,能够自动操作，不需任何外力作用，如果设备有制动系统可防止意外出现。
5.3冲击摆的位置
设备应该有一个基础平面，这样才可测量尺寸，设备安装时基础面水平在2/1000范围内，旋转轴线应与基础面平行在2/1000范围内，这些由制造商检测。
如果设备无基础面，旋转轴应该水平在4/1000范围内，可直接测量得到，除非设备正在运行，以上需重新进行。
自由状态下摆悬挂时，接触点离试块边缘大约±0.5mm.
摆摆动时应在旋转轴的垂直面内，范围3/1000
摆的边缘应与整个试块相接触
摆在固定位置时，摆的中心与试块平面应在±0.5mm.内，当有一个约为摆重力4%的横向里存在时，摆动不能超过0.25mm。当有150±10N德里存在摆的垂直方向上时，半径变化不能超过0.08mm.
5.4试块的支撑台和基准台
支撑台与试块应在同一平面内，间距不能超0.1mm.支撑台的轴线应与摆的旋转轴线平行，范围在3/1000。基准台应在同一平面内，两平面间距不能超过0.1mm.基准台与支撑台之间的角度为90°±0.1°。基准台间距为400+0.2mm，弯曲半径10+0.5mm，细端角度为11°±1°
5.5基准台和冲击摆的间隔距离
摆摆动时应有足够的间隔使断裂试块很快脱落且不损害空气锤，摆的任何部分不应通过两个基准台。因此其厚度要大于18mm.C型和V型的锤经常使用。
对C型锤而言，断裂试块不会弹回锤，如果试块末端超过13mm.对V型锤而言，应采用一定的手段以防止断裂试块弹回锤。
这种锤应用于许多设备上，在适合以下条件后应该安装安全终止石。
a.        试样约1.5mm厚
b.        最小硬度45HRC
c.        园角半径至少1.5mm
d.        安全终止石和锤的间距不能超过1.5mm.
5.6中心冲击试验的位置
从撞击中心到旋转轴的距离L1等于测试设备同周期摆动的距离，因此，摆动时间和L1之间关系如下：
因为摆动约有2 s的周期，为了使t足够的精确，把摆动100次的时间记为T，在摆动期间，角度偏转不能与起始位置超过5°，摆动100次的最大时间TM和最小时间Tm不能超过0.2s
5.7能量指示器
随着角度的上升或能量的吸收，设备启动
5.7.        1模拟比例
比例间隔标记的宽度应该统一，只是宽度应该近似等于一个间隔的宽度。指示宽度允许有一定的视差
指示器的r指示器的厚度与两个最接近刻度标记中心距的比例为1;4或1：5或1：10，两个接近隔度最小2.5mm为了估计1/10的时间
分隔比例应该与起始能量的1/100相等，当能量达到起始能的0.25%时才能被测量。
5.7.2数字刻度
刻度的确定应为数字显示器的增加值，指数不能随着增加而波动。当示数随着增加而波动时刻度因子应是波动范围的一半。刻度因子至少应等于1/400的起始能。
5.8有效势能AP
有效势能应随着进程而被确定，只能在正常值（AN）的±0.1%范围内变化。
5.8.        1通常，原始设计是摆的重心总是靠近冲击锤的边缘，延伸此边缘的直线将通过旋转轴线。为了决定摆的重力F1和重心到轴线的距离，很容易确定力F,它的距离是L2,它与摆的重力是相对相等的。（注：L2有可能等于L）
5.8.2 举起摆，这样重心将在旋转轴线的水平面上，在15/1000内，且知道了冲击锤的一端到轴线水平面的距离L2，测量出外力F和距离L2（最少0.2%）记得摆的M:
再测量旋转角度，指摆从原始位置之下落位置，这个角度要求相当精确，只允许±0.065°误差，这个角度有可能大于90°。
5.9指示吸收功AS误差
能量误差应该由下列步骤确定：
对设备而言，A焦耳检测指示器间隔应该为起始能AN的10-20-30-50%或60-80%。举起锤在上升方向把指示器分开直至指示器在间隔刻度范围内。测绘出上升角度测绘出上升角度β，在±0.065°的误差范围内。能量吸收公式如下：
AS和AV是在测量值的基础上计算的，应该不超过AV的1%或AP的±0.5%，在任何情况下，允许最大值。
冲击试验需要测量F、L2、AV、α、β（在最大指数±0.3%波动）
指示能的值大于起始能的80%是不正确的，只能大概记录。

5.10 摩擦损耗
试块断裂时的能量吸收等于潜在能量与剩余能量的差。当只考虑能量损耗时，潜在能量和剩余能量可以通过钟摆的上升表示出来。而能量损耗实际上可以这样估算出来（参见6.1）：
——由于指针的拉力引起的摩擦损耗。
——由空气阻力和摩擦力引起的损耗。
这些能量损耗可以通过下面的方式来进行估算。
5.10.1由于指针的拉力引起的摩擦损耗
把指针移动到一个相当与上升角度为零的位置，使钟摆不带试块自然下落（下落角度为α），然后直接读出上升角度β1，或者能量E1。
然后，无须重新调整指针位置，使钟摆从原来的位置上再次下落，直接读出上升角度β2，或者能量E2。
指针引起的摩擦损耗就等于：
当用角度表示时：         p=M（cosβ1- cosβ2）；
或者用能量单位表示时：    p=E1-E2；
这种计算方法中，使用了β1、β2或（E1-E2）四个定义值。
5.10.2  由空气阻力和摩擦力引起的损耗
这是通过半振幅的方法计算的。
定义了β2或者能量E2后（参见5.10.1），把钟摆放置在原始位置上。然后，无须重调指针位置，释放钟摆，使其摆动10个半振幅。当钟摆开始第11个半振幅时，将指针从它到达的最大位置上移动大约5%，将此值定为β3。半振幅法得到的由空气阻力和摩擦力引起的损耗就是：
当用角度表示时：    p’=1/10 M（cosβ3- cosβ2）；
用能量单位表示时：  p’=1/10 （E3-E2）；
5.10.3  通过这种方法测得的总能量损失p+p’不能超过额定能量AN的5%。
注：可以假定钟摆经过的各个角度的能量损失是成比例的，从而计算出上升角度为β的能量损耗的修正值。比如：
pβ=pβ/β1+p’(α+β)/（α+β2）；
这个近似值非常接近实际修正值，即吸收能量的减少。
5.11  冲击速率
冲击速率等于：
   v=
   v  速率/米每秒
   g  自由落体的加速度（取g=9.81m/s2）
   a  下落角度（见图3）
   L  钟摆的中心与旋转轴之间的距离（米）
此速率可能在5.0-5.5m/s之间。然而，对于1983年之前生产的仪器而言，此值允许在4.5-7.0m/s之间，并且记录在实验报告中。
6 钟摆冲击试验仪器的间接证明
6.1  原理
定义Charpy v参考试块的断裂吸收能，该组Charpy v试块的断裂吸收能是已知的。（参见附件B）。
此欧洲标准是以总的试块断裂吸收能为依据的。
总的吸收能包括：
a)        使试块断裂的能量。
b)        当钟摆从初始位置下落，进行第一个半振幅运动时的内部能量损失。
能量损失是由于：
a)        空气阻力和摩擦阻力，以及指针的拉力导致的摩擦。这些能量损失可以借助指导方法来定义。（参见5.10）。
b)        对于基体冲击和框架的摆动和钟摆而言，他们没有合适的测量方法，也没有测量他们的仪器问世。
注：计算时，以下能量不予参考：
a)        当在铁砧上或者在钟摆中心处时，变形吸收的能量。
b)        当试块在支撑面上，特别是在铁砧上时，摩擦吸收的能量。
表2.几何参数值
参数        单位        值
钟摆（5.2）
——钟摆尖端的角度
——钟摆边缘的半径
框架/钟摆位置（5.3）
——钟摆旋转轴的水平度
—带有参考平面的仪器
—不带有参考平面的仪器
——钟摆旋转轴与试块轴线的平行度
——钟摆边缘与钟摆中心的距离
——钟摆边缘的位置相对与铁砧平面的对称性
——横轴运动极限
——光线运动极限
铁砧（5.4）：
——铁砧上光线的曲率
——铁砧微光的角度
——支撑面和铁砧之间的角度
——铁砧面之间的距离
——支撑面之间的距离
——铁砧之间的距离
冲击速率（5.11）：
——冲击速率               
6.2. Charpy v参考试块
用于钟摆冲击试验仪器间接检验的Charpy v参考试块是通用的，可追溯到BCR试块（参见附件B）。
参考试块可依据供应商的说明来使用。
6.3 步骤
在进行间接证明检验之前，必须：
——确定铁砧处于良好的状态，如5.4所述。
——确定试块恰好居中，钟摆处于良好状态。
——定义摩擦损耗，如5.10所述。
间接检验应该在至少两个能量级别上，以及Charpy v参考试块存在的情况下进行，此能量范围是所选试验仪器所允许的。这两个级别应该尽可能接近此范围的极限。附加的级别应该一致分布在应用范围内，同时作为一项通用参考试块的功能。
五个试块在各自的级别上断裂，，试验在20±2℃的温度下进行，每个试块放置位置的公差如表2所述。任何缺陷都应记录在检验报告中。
6.4 钟摆冲击实验的可重复性和误差
  假设E1、E2…..E5是五个试块的断裂吸收能，并将他们按升序排列。
6.4.1 可重复性
在特定检验状态下，试验仪器的可重复性是E5-E1、即：Emax-Emin.
6.4.2 误差
在特定检验状态下，试验仪器的误差是E（平均）-E。
E（平均）=（E1+E2+E3+E4+E5）/5；
E是Charpy v参考试块组的断裂吸收能。
6.5 检验结果的估算
只有当可重复性和误差值小于或等于表3中的值时，检验测试仪器才是合格的。否则，建议使用直接检验方法寻找原因。（参见分句5）。
7 检验报告
检验报告至少要包括以下信息：
—参考的标准
—试验仪器的标识（型号、商标、生产日期、系列号）
—仪器的位置
—检验方法（直接或间接）
—用于间接检验的参考试块断裂时，吸收能的值和关系。
—任何观察到的缺陷
—检验结果
—检验日期
—执行检验部门的名称和标记
8 间接检验的间隔
8.1 直接检验
检验应该进行：
——当钟摆冲击试验仪器进行安装、拆卸、或移动时。
——如果见间接检验产生不允许的结果时。
一个简化的直接检验应该在每个间接检验之前进行，涉及钟摆冲击试验设备的几何参数。（参见6.3）
8.2 间接检验
两次间接检验的间隔时期依赖于维护标准和仪器使用的次数。在正常状态下，建议进行间接检验的时间间隔为不超过12个月。
钟摆冲击试验仪器在任何情况下都应该检验，如安装过程中，或者任何重要的拆卸，移动，维修或调整操作时。
  
附件A（提供资料）
直接方法即为使用一个jig，改变钟摆冲击试验仪器的几何参数。
A.        1应用文件
此附件描述了直接方法，可被检验的参数是：
-铁砧对称面上钟摆的位置
-钟摆旋转轴的水平度
-钟摆臂与旋转轴的垂直度
-钟摆和钟摆臂的队列
-钟摆的平面与试块的垂直度
此种方法可应用于任何设备中，特别是在框架中没有参考平面的仪器中。
A.2 Jig
Jig的形状个尺寸如图A.1。Jig有2个边（A、B）相对于2个使用位置。（A、B）。
A.3 步骤
使用Jig之前，下面的两个参数应该检验：
-支撑面的水平度
-轴线平面和支撑面的垂直度
Jig应该用于A、B两个位置，如图A.2所示。由位置A到位置B相当于钟摆运行30mm.
图A.3和A.4说明使用Jig检验A.1中定义的参数的方法。

附录B(提供资料) 夏比V型标准试块性能及制备
B.1范围
此指导书规范了夏比冲击试样的性能及其制备
B.2标准试块的制备
每组的所有试块都应来自于同一铸件，且应经过相同的热处理。虽然所有的试块都有相同的标准，但需要采用特别的处理以确认试块的最好性能。
试块应为钢或其它的金属材料，采用一些处理得到下列条件：
B.3夏比冲击标准试样的特性
通过标准摆式冲击试验得出
B.3.1标准摆式冲击试验机
这种冲击试验机不能用来测量标准试样的特性，要符合B.2表中的要求，特别是符合以下参数：
基准台弯曲半径      ：10+0.10mm
支撑台和基准台的角度：90°±0.1°
基准台间距          ：400+0.1mm
锤边缘位置与基准台间距：0.25mm
摆式冲击试验机用BCR检测试块在此标准中有所描述。为了让标准摆式冲击试验机比较准确，在不同情况下的标准值如下表列出：
B.3.2各组标准试块的特性
在不同的温度下，通过冲击经过编号的试块得出每组试块的性能。
每25个试块位一组。
每组能量值的平均值为试块特性的能量值。
标准偏差值须计算得出且应满足表B.3定义的条件
各组标准试块性能的标准偏差值
能量级        标准偏差