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金属冲击ASTM E23 推荐的剪切百分比测量方法
点击次数：892 发布时间：2008/11/5 9:37:22
在Charpy冲击试验中，必须进行三个关键参数的测量：总吸收功、横向膨胀和剪切百分比面积。
目前，吸收功的测量和横向膨胀的测量都是定量的，并且有精确的规定。但是剪切百分比面积的测量方法都是定性的，不准确的。
剪切百分比是脆性断裂特性分析的三个Charpy参数中*基本的、*有意义的。 数字图像分析对于剪切百分比面积测定是精确的、准确地、并便于使用的方法。ASTM E23标准已经提出建议使用该方法进行定量测量。
在ASTM E23标准中，按照精度的递增顺序，测量剪切百分比面积的五种方法依次是：1.测量断裂面的平坦断裂区域的长度和宽度，然后使用标准中的表格确定剪切百分比；2.将试样的断口形状与标准中的断口形状图表进行对比；3.放大断裂表面，然后将其与预先校准的图表对比，或者使用求积计或测面器测量剪切百分比；4. 以一定的放大倍率拍摄断裂表面的照片，使用测面器或求积计测量剪切百分比面积；5. 采集断裂表面的数字图像，使用图像分析软件测量剪切百分比。
方法5和方法4比方法3更加精确，虽然方法4和方法5的精确度相差无几，但是未来几年，数字图像在工业领域应用将会受到欢迎，尤其在需要精确测量剪切百分比的应用方面。
数字图像系统就是能够使用图像分析技术简单、精确、精密地测量剪切百分比断裂面积。该系统通常由照相机、镜头、照明系统、数据采集软件和图像分析软件组成。使用该方法测量剪切百分比需要采集断裂表面的图像、勾勒脆性面积和断裂表面的外缘。软件将自动集成这些面积确定剪切百分比面积。
*新的技术发展开始使用远心镜头使得系统的测量更加精确，因为远心镜头低失真、无视角误差，*新开发的两维标定技术减少了光学残留误差，使用该技术可以实现重测像素格，从而产生一个近乎无失真的图像。图像技术具有以下特点：
数字图像系统测量精确通过多个阶段的研究证实了数字图像系统的精确性和准确性。阶段研究是校准研究。该阶段，一个专业工作人员和一个非专业工作人员使用数字图像系统确定该方法的精确性和准确性。使用精确的十字线（长度精度±2μm，宽度57μm），使用软件勾勒出0.51×0.51cm的正方形区域，产生的面积汇总在表1中，平均值0.26 cm2说明精度非常高，测量值精确到面积的± 0.06 %，表明数字图像系统非常精确，即使在工程或其他技术领域没有专门培训的人员也能够测量出很好的结果。要在剪切面积测量中演示数字图像系统的精度（不使用精密加工的工具，例如十字线），使用数字图像系统在激光喷墨打印出来的1：1比例的Charpy试样条的CAD图上进行测量20%，40%，60%和80%剪切面积（图7）。懂得Charpy 冲击试验的技术人员和非技术人员使用数字图像系统测定模拟剪切百分比面积。内部方形或圆形中心是脆性区域，韧性区域是剩余的外部区域面积。方形和环形都用来模拟Charpy试样条上的不同轮廓。表2种的数据显示的是每一个参加测试的人员进行三次不同的剪切百分比测量后测出结果的平均值和标准偏差。由于CAD图的不确定性和打印机的偏差，该方法不能验证数字图像系统的精度。图2所示，数字图像系统证明其自身是精确的，标准偏差是剪切面积的0.3%。这些结果也表明每个实验室之间数字图像系统精度是一致的。
实验演示了数字图像软件的三个重要特点：、软件使用简便，无论专业技术人员或非专业技术人员都可以使用该软件获得相差无几的测量结果；第二、数字图像系统为那些能够明显识别的模拟断裂面提供了精确的结果；*后，系统提供了精确的测量结果。
使用仪器化（示波）数据获得的剪切百分比面积现代仪器化冲击试验系统可以提供非常精确的Charpy载荷-偏转数据，从而用于确定脆性开裂起始载荷和裂纹捕获载荷，这些关键载荷可以用于计算剪切百分比面积，从而解决了不能在断裂表面看清脆性区域，尤其对于一些焊接金属的难题。通过MPM和NIST实验得出*后结论是：剪切百分比面积可以精确地测量，并应作为有用的Charpy参数考虑，对于一般的Charpy试样，可以预期测量精度在剪切面积的1%到5%之间。
原创作者：长春市智能仪器设备有限公司
