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簡支樑衝擊測試

在 Charpy 衝擊試驗中,會使用Charpy 擺錘衝擊試驗機斷裂材料試樣。 測試時,將試樣置於擺錘衝擊試驗機的中心,用擺錘衝擊使其斷裂。

Charpy衝擊測試是一種破壞性試驗方法,用於表徵高應變率下的材料。 它適用於塑料和金屬。

Charpy衝擊試驗提供高應變率下衝擊強度的特徵值,以表面積相關值的形式。 試驗一般會在環境溫度或低溫環境下執行。

試樣 標準 測試程序 特徵值 溫度影響 產品 自動化 與 Izod 的差異 常見問題

Charpy測試用試樣

對於Charpy衝擊試驗,試樣是由待測材料加工而成。試樣尺寸在相應標準中被規定。試樣可以是無缺口的,也可以是 V 形缺口(Charpy v 型缺口試驗)或 u 形缺口(Charpy u 型缺口試驗)。

Charpy衝擊試驗標準

塑膠缺口Charpy簡支樑衝擊測試
ISO 179-1、ISO 179-2
標準 ISO 179-1(非儀器化衝擊強度測試)和 ISO 179-2(儀器化衝擊強度測試)向Charpy描述了衝擊測試,用於測定塑膠的衝擊強度和缺口衝擊強度。
到 塑膠缺口Charpy簡支樑衝擊測試
金屬的 Charpy 缺口衝擊測試
ISO 148-1
到 金屬的 Charpy 缺口衝擊測試
金屬的Charpy和Izod缺口衝擊試驗
ASTM E23
到 金屬的Charpy和Izod缺口衝擊試驗

Charpy 衝擊試驗的測試順序

Charpy 衝擊試驗是在三點彎曲的配置情況下執行。 Charpy試樣位於擺錘衝擊試驗機的支架中心,靠在兩個砧座上。 對於有缺口的試樣,缺口背對擺錘,正好位於擺錘撞擊試樣的點對面。

擺錘以規定的能量敲擊試樣,一次敲擊即可使其斷裂(破壞)。 當試樣斷裂時,擺錘會轉移部分動能,因此無法返回到其原始下落高度。 測得的高度差是吸收能量的值,即衝擊能量 W (單位為焦耳)。 在儀器化 Charpy 試驗中,透過記錄力-時間序列或力-行程序列來測定消耗的衝擊能量。

支座

支撐件在擺錘衝擊試驗機中提供了一個水平面,夏比試樣放置在該水平面上。

支座

砧座在擺錘衝擊試驗機中提供了一個垂直平面,Charpy試樣在試驗過程中靠在該平面上。

槌擊的邊緣

撞擊邊緣或撞擊器是擺錘撞擊Charpy試樣的部分。

槌擊器的中心

撞擊器的中心位於擺錘的撞擊邊緣,撞擊Charpy試樣恰好與缺口相對或在試樣(無缺口試樣)的中心。

Charpy試驗特徵值

衝擊能量

衝擊能量定義為使Charpy試樣斷裂所需的能量。 衝擊能量由試樣斷裂後擺錘的位能與擺錘落角的差值測定。

衝擊強度

衝擊強度(也稱為缺口衝擊強度)通過Charpy試驗確定,並提供有關材料對衝擊載荷的抵抗力或材料在不斷裂的情況下處理衝擊的能力的資訊。 缺口衝擊強度以 J/cm² 表示

力-行程曲線 / 力-時間曲線

只有在使用儀器化Charpy衝擊測試時才能測定力-時間曲線。 在儀表化測試中,力是在衝擊過程中測量的,根據應用,使用壓電式稱重傳感器或應變計。

除了在非儀器化測試中測定的參數外,儀器化Charpy測試還可用於測定參數:

  • 最大力
  • 最大力時的變形
  • 能量達到最大力
  • 斷裂撓度偏轉最大力能量達到最大的力斷裂時的變形
  • 斷裂點能量

在不同溫度條件下的Charpy衝擊測試

由於斷裂或失效行為取決於溫度,因此Charpy衝擊試驗通常會在持續的作業溫度範圍下執行。如此可證明材料在哪個溫度與衝擊程度下會脆化(由硬變脆)。

範例圖顯示,低碳鋼在 -40 °C 下的強度相對於 0 °C 下的強度降低了 25%。而塑料也會現出類似的行為,且通常更加明顯。經常在不同溫度下對塑膠進行衝擊測試。

為了準確地測定衝擊強度的過程與溫度的關係,強化試樣必須在從溫控環境移除的 5 秒內接受撞擊。

用於Charpy衝擊測試的擺錘衝擊試驗機

自動簡支樑衝擊測試

Charpy衝擊測試也可自動化進行。自動化解決方案的優點是消除了操作員的影響,例如手部溫度或濕度以及偏離中心或傾斜的試樣插入,從而提高了測試結果的高再現性。自動將試樣與支座對齊並通過測試系統啟動測試也可確保可靠且可重複的結果。

自動化測試系統 roboTest I 支援用戶對金屬進行Charpy衝擊測試。該系統可用於在 -180 °C 至 +300 °C 的溫度範圍內自動測試多達 450 個帶缺口的金屬試樣。 堅固且絕緣的溫度調節裝置可確保均勻準確的試樣溫度。

自動化測試系統 roboTest H可針對塑料進行Charpy衝擊測試。在常溫或低溫試片上進行全自動衝擊測試。

Charpy 衝擊與 Izod 衝擊測試間的差異

在Charpy v型缺口測試中,將試樣水平放置在擺錘衝擊試驗機中並擊穿其中心。在Izod懸臂樑衝擊試驗中,試樣垂直夾持在擺錘衝擊試驗機中,接著以擺錘的錘頭撞擊試樣的頂部。

相較於Izod衝擊測試,Charpy衝擊測試方法具有更廣泛的應用,更適用於測試顯示層間剪切斷裂或表面效應的材料。此外,Charpy法在低溫測試時具有優勢。由於試樣支架距離缺口更遠,因此避免了快速將熱量傳遞到試樣的關鍵區域,從而簡化了外部冷卻裝置中的冷卻過程以及隨後送入測試儀器的過程。

塑膠缺口Izod衝擊測試
ASTM D256
在 ASTM 的範圍內,塑膠的缺口衝擊強度通常根據 ASTM D256 使用Izod測試進行測量。彎曲衝擊應力施加到夾在一側的缺口試片上。結果顯示,試片厚度與能量的吸收程度相關。
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塑膠缺口Izod衝擊強度
ISO 180
ISO 180 標準描述了用於確定衝擊強度和缺口衝擊強度的塑膠Izod衝擊測試。
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金屬的Charpy和Izod缺口衝擊試驗
ASTM E23
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使用擺錘衝擊試驗機和落錘衝擊試驗機進行其他衝擊測試

塑膠拉伸衝擊測試
ISO 8256、ASTM D1822
塑膠拉伸衝擊測試提供基於衝擊能量的材料特性,衝擊能量是在高應變率下在標準化試片的拉伸負載下測定的。當使用相同的擺錘和yoke尺寸配對時,測試結果具有良好的再現性。
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Dynstat彎曲和衝擊彎曲測試
DIN 53435
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塑膠穿透測試
ISO 6603-2、ISO 7765-2、ASTM D3763
在穿刺測試中,聚合物的衝擊強度是在增加的應變率和多軸應力狀態下測定的。
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Impact tests on plastic pipes or pipe sections
ISO 7628-2、ISO 3127、ISO 9854-1、ISO 9854-2
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金屬落錘衝擊測試
DIN EN 10274、API 5L
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常見問題

Charpy衝擊試驗測量材料的衝擊能量,然後用於測定衝擊強度。

Charpy衝擊測試用於測定缺口衝擊強度,表明材料對動態衝擊載荷的抵抗力。

Charpy衝擊測試,也稱為Charpy的v型缺口測試,是一種使用擺錘式衝擊試驗機測定材料衝擊強度的材料試驗方法。

Charpy衝擊試驗以表面積相關值的形式提供高應變率下衝擊強度的特徵值。該測試以焦耳為單位測量與斷裂表面相關的衝擊能量。

衝擊強度使用以下公式計算:缺口衝擊強度=衝擊能量 /(試樣厚度*試樣寬度)

在 Charpy 衝擊試驗中,擺鎚敲擊材料試樣並將其破壞。在此過程中,試樣吸收了部分衝擊能量。在 Charpy 測試中測定的衝擊能量W以焦耳為單位被測量。因此,吸收的能量受到材料的缺口衝擊強度的影響。

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