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金屬?zèng)_擊ASTM E23 推薦的剪切百分比測(cè)量方法
閱讀：7635 發(fā)布時(shí)間：2008-11-5
在Charpy沖擊試驗(yàn)中，必須進(jìn)行三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)量：總吸收功、橫向膨脹和剪切百分比面積。
目前，吸收功的測(cè)量和橫向膨脹的測(cè)量都是定量的，并且有的規(guī)定。但是剪切百分比面積的測(cè)量方法都是定性的，不準(zhǔn)確的。
剪切百分比是脆性斷裂特性分析的三個(gè)Charpy參數(shù)中zui基本的、zui有意義的。 數(shù)字圖像分析對(duì)于剪切百分比面積測(cè)定是的、準(zhǔn)確地、并便于使用的方法。ASTM E23標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)提出建議使用該方法進(jìn)行定量測(cè)量。
在ASTM E23標(biāo)準(zhǔn)中，按照精度的遞增順序，測(cè)量剪切百分比面積的五種方法依次是：1.測(cè)量斷裂面的平坦斷裂區(qū)域的長(zhǎng)度和寬度，然后使用標(biāo)準(zhǔn)中的表格確定剪切百分比；2.將試樣的斷口形狀與標(biāo)準(zhǔn)中的斷口形狀圖表進(jìn)行對(duì)比；3.放大斷裂表面，然后將其與預(yù)先校準(zhǔn)的圖表對(duì)比，或者使用求積計(jì)或測(cè)面器測(cè)量剪切百分比；4. 以一定的放大倍率拍攝斷裂表面的照片，使用測(cè)面器或求積計(jì)測(cè)量剪切百分比面積；5. 采集斷裂表面的數(shù)字圖像，使用圖像分析軟件測(cè)量剪切百分比。
方法5和方法4比方法3更加，雖然方法4和方法5的度相差無(wú)幾，但是未來(lái)幾年，數(shù)字圖像在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用將會(huì)受到歡迎，尤其在需要測(cè)量剪切百分比的應(yīng)用方面。
數(shù)字圖像系統(tǒng)就是能夠使用圖像分析技術(shù)簡(jiǎn)單、、精密地測(cè)量剪切百分比斷裂面積。該系統(tǒng)通常由照相機(jī)、鏡頭、照明系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集軟件和圖像分析軟件組成。使用該方法測(cè)量剪切百分比需要采集斷裂表面的圖像、勾勒脆性面積和斷裂表面的外緣。軟件將自動(dòng)集成這些面積確定剪切百分比面積。
的技術(shù)發(fā)展開(kāi)始使用遠(yuǎn)心鏡頭使得系統(tǒng)的測(cè)量更加，因?yàn)檫h(yuǎn)心鏡頭低失真、無(wú)視角誤差，開(kāi)發(fā)的兩維標(biāo)定技術(shù)減少了光學(xué)殘留誤差，使用該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)重測(cè)像素格，從而產(chǎn)生一個(gè)近乎無(wú)失真的圖像。圖像技術(shù)具有以下特點(diǎn)：
數(shù)字圖像系統(tǒng)測(cè)量通過(guò)多個(gè)階段的研究證實(shí)了數(shù)字圖像系統(tǒng)的性和準(zhǔn)確性。*階段研究是校準(zhǔn)研究。該階段，一個(gè)專業(yè)工作人員和一個(gè)非專業(yè)工作人員使用數(shù)字圖像系統(tǒng)確定該方法的性和準(zhǔn)確性。使用的十字線（長(zhǎng)度精度±2μm，寬度57μm），使用軟件勾勒出0.51×0.51cm的正方形區(qū)域，產(chǎn)生的面積匯總在表1中，平均值0.26 cm2說(shuō)明精度非常高，測(cè)量值到面積的± 0.06 %，表明數(shù)字圖像系統(tǒng)非常，即使在工程或其他技術(shù)領(lǐng)域沒(méi)有專門培訓(xùn)的人員也能夠測(cè)量出很好的結(jié)果。要在剪切面積測(cè)量中演示數(shù)字圖像系統(tǒng)的精度（不使用精密加工的工具，例如十字線），使用數(shù)字圖像系統(tǒng)在激光噴墨打印出來(lái)的1：1比例的Charpy試樣條的CAD圖上進(jìn)行測(cè)量20%，40%，60%和80%剪切面積（圖7）。懂得Charpy 沖擊試驗(yàn)的技術(shù)人員和非技術(shù)人員使用數(shù)字圖像系統(tǒng)測(cè)定模擬剪切百分比面積。內(nèi)部方形或圓形中心是脆性區(qū)域，韌性區(qū)域是剩余的外部區(qū)域面積。方形和環(huán)形都用來(lái)模擬Charpy試樣條上的不同輪廓。表2種的數(shù)據(jù)顯示的是每一個(gè)參加測(cè)試的人員進(jìn)行三次不同的剪切百分比測(cè)量后測(cè)出結(jié)果的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。由于CAD圖的不確定性和打印機(jī)的偏差，該方法不能驗(yàn)證數(shù)字圖像系統(tǒng)的精度。圖2所示，數(shù)字圖像系統(tǒng)證明其自身是的，zui大標(biāo)準(zhǔn)偏差是剪切面積的0.3%。這些結(jié)果也表明每個(gè)實(shí)驗(yàn)室之間數(shù)字圖像系統(tǒng)精度是一致的。
實(shí)驗(yàn)演示了數(shù)字圖像軟件的三個(gè)重要特點(diǎn)：*、軟件使用簡(jiǎn)便，無(wú)論專業(yè)技術(shù)人員或非專業(yè)技術(shù)人員都可以使用該軟件獲得相差無(wú)幾的測(cè)量結(jié)果；第二、數(shù)字圖像系統(tǒng)為那些能夠明顯識(shí)別的模擬斷裂面提供了的結(jié)果；zui后，系統(tǒng)提供了的測(cè)量結(jié)果。
使用儀器化（示波）數(shù)據(jù)獲得的剪切百分比面積現(xiàn)代儀器化沖擊試驗(yàn)系統(tǒng)可以提供非常的Charpy載荷-偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，從而用于確定脆性開(kāi)裂起始載荷和裂紋捕獲載荷，這些關(guān)鍵載荷可以用于計(jì)算剪切百分比面積，從而解決了不能在斷裂表面看清脆性區(qū)域，尤其對(duì)于一些焊接金屬的難題。通過(guò)MPM和NIST實(shí)驗(yàn)得出zui后結(jié)論是：剪切百分比面積可以地測(cè)量，并應(yīng)作為有用的Charpy參數(shù)考慮，對(duì)于一般的Charpy試樣，可以預(yù)期測(cè)量精度在剪切面積的1%到5%之間。