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抗摆锤冲击能检测

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发布时间：2025-07-25 08:49:03 更新时间：2025-07-25 00:21:42

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作者：中科光析科学技术研究所检测中心

抗摆锤冲击能检测

抗摆锤冲击能检测是材料力学性能测试中的一项重要指标，主要用于评估材料（特别是塑料、复合材料、金属、橡胶等）在高速冲击载荷下的韧性和抗断裂能力。它模拟材料在实际使用中可能遭受的突然撞击或跌落等工况，通过测量试样在特定条件下断裂所吸收的能量（即冲击能），来表征材料的抗冲击性能。该指标对材料在汽车零部件、建筑构件、包装材料、运动器材、安全防护产品等领域的设计选型和质量控制具有重要指导意义。

检测项目

抗摆锤冲击能检测的核心项目是测定材料的冲击吸收能量（通常以焦耳 J 或千焦耳 kJ 为单位）。根据测试原理和试样类型，主要分为两大类：

简支梁冲击强度：试样两端水平支撑，摆锤冲击试样中部。
悬臂梁冲击强度：试样一端固定，呈悬臂状态，摆锤冲击自由端。

此外，有时还会记录或分析：

试样是否完全断裂或部分断裂。
断口的形貌特征（韧性断裂或脆性断裂）。
最大冲击力（部分仪器支持）。
冲击过程中的能量-时间或力-位移曲线（用于更深入分析）。

检测仪器

进行此项检测的核心设备是摆锤式冲击试验机。其主要组成部分包括：

机架：提供稳固的支撑结构。
摆锤：带有特定形状锤头的可旋转重锤，其质量、臂长和初始扬角决定了冲击能量。
释放与锁紧装置：将摆锤提升并固定在预定高度（初始势能位置），并能可靠释放。
试样支座：用于安放和固定试样（简支梁或悬臂梁夹具）。
能量指示系统：通常是指针式或电子式角度/能量测量装置，用于精确读取摆锤冲击试样后回升的最大角度，从而计算能量损失（即试样吸收的冲击能）。现代高级设备配备传感器和数据采集系统，可实时记录冲击过程中的力和位移信号。
安全防护装置：如防护罩，防止试样碎片飞溅伤人。

试验机依据其最大冲击能量（如1J, 2J, 4J, 7.5J, 15J, 25J, 50J等）和适用的标准进行分类。选择时需确保设备最大能量能覆盖待测材料的冲击能范围。

检测方法

标准的抗摆锤冲击能检测流程如下：

试样制备：严格按照相关标准规定，制备规定尺寸、形状（通常为带缺口或无缺口的长条形）和数量的试样。缺口的存在利于引发脆性断裂，更易区分材料韧性差异。
状态调节：将试样在标准环境（如23±2°C, 50±10% RH）下调节规定时间（通常≥16小时），以消除湿度和温度历史的影响。有时需进行低温或高温测试。
测量试样尺寸：精确测量试样的宽度、厚度（及缺口剩余厚度），用于计算冲击强度。
选择摆锤：根据预估的冲击能量选择量程合适的摆锤，确保试样吸收的能量在摆锤标称能量的10%-80%范围内。
校准与归零：检查试验机水平，空打摆锤，确认摩擦损失和指针/读数归零正确。
安装试样：将试样准确放置于试样支座上，确保其处于摆锤冲击中心位置（对于简支梁，缺口背向冲击方向；对于悬臂梁，缺口朝向冲击方向）。
进行冲击：释放摆锤，使其自由落下冲击试样。
读取能量：记录能量指示装置显示的冲击吸收能量值（A_k）。
观察与记录：观察试样断裂类型（完全断裂/部分断裂/不破断），必要时记录断口形貌。
结果计算：
- 冲击吸收能量 (A_k)：直接从试验机读取或根据摆锤升角计算得到。
- 冲击强度 (a_k)：将冲击吸收能量 (A_k) 除以试样在缺口处（或无缺口试样在冲击处）的横截面积（单位：kJ/m² 或 J/m）。这是最常见的标准化结果表达。
统计分析：测试规定数量的试样（通常≥5个），计算平均值、标准偏差等统计量。

检测标准

抗摆锤冲击能检测遵循严格的国家标准、国际标准或行业标准，确保测试结果的可比性和权威性。常用标准包括：

国际标准 (ISO):
- ISO 179-1: Plastics - Determination of Charpy impact properties - Part 1: Non-instrumented impact test (塑料 - 夏比冲击性能的测定 - 第1部分：非仪器化冲击试验)。规定简支梁冲击。
- ISO 180: Plastics - Determination of Izod impact strength (塑料 - 悬臂梁冲击强度的测定)。
- ISO 148-1: Metallic materials - Charpy pendulum impact test - Part 1: Test method (金属材料 - 夏比摆锤冲击试验 - 第1部分：试验方法)。适用于金属。
美国材料与试验协会标准 (ASTM):
- ASTM D6110: Standard Test Method for Determining the Charpy Impact Resistance of Notched Specimens of Plastics (塑料缺口试样夏比冲击抗力的标准试验方法)。
- ASTM D256: Standard Test Methods for Determining the Izod Pendulum Impact Resistance of Plastics (塑料悬臂梁摆锤冲击抗力测定的标准试验方法)。
- ASTM E23: Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials (金属材料缺口棒冲击试验的标准试验方法)。
中国国家标准 (GB):
- GB/T 1043.1: 塑料简支梁冲击性能的测定第1部分：非仪器化冲击试验。
- GB/T 1843: 塑料悬臂梁冲击强度的测定。
- GB/T 229: 金属材料夏比摆锤冲击试验方法。