GB/T 229—2020《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》介绍

孙 宏， 宗秋丽， 崔明亮

（渤海装备华油钢管有限公司， 河北 青县 062658）

金属材料在使用过程中除要求有足够的强度和塑性外， 还要求有足够的韧性[1]。 断裂韧性好的管线钢管在服役条件下不至于突然发生脆性断裂， 从而使得管道安全得到保证[2]。 冲击试验是用于评价材料韧性的重要试验项目。 冲击试验标准主要包括GB/T 229、 ASTM A370、 ASTM E23及ISO148-1 等。 ASTM A370-20 适用于钢产品（包括钢、 不锈钢及相关合金） 力学性能试验所采用的程序和定义， 其中包括冲击试验项目[3]。2020 年9 月29 日， 国家市场监督管理总局及国家标准化管理委员会共同发布了GB/T 229—2020 《金属材料 夏比摆锤冲击试验方法》， 新版本标准修改采用ISO148-1： 2016， 这也是GB/T 229 的第四次修订[4-5]。 相比GB/T 229—2007，GB/T 229—2020 修订了适用范围、 术语和定义、符号和说明、 摩擦损耗的测定、 试验温度及试验报告等技术内容[6]。 本研究对新修订的GB/T 229—2020 的主要条款做了简要介绍。

1 标准适用范围

试样方面， 与GB/T 229—2007 相比， GB/T 229—2020 在范围中增加了无缺口试样。 ASTM E23-18 适用于夏比冲击试验和艾氏冲击试验（悬臂梁）， 具体包括夏比V 形缺口/U 形缺口冲击试验、 艾氏V 形缺口冲击试验、 金属粉末结构材料用无缺口夏比冲击试验、 P/M 结构材料用艾氏冲击试验及采用X、 Y、 Z 形补充试样的艾氏冲击试验等[7]。

试验温度方面， GB/T 229—2020 规定的试验温度仍然涵盖了室温、 低温以及高温冲击试验。 ASTM E23-18 适用于温度高于-196 ℃的夏比冲击试验。

试 验 机 校 准 方 面， GB/T 229—2020 与ISO148-1： 2016 均未涵盖冲击试验机的校准，冲击试验机的校准参考标准中的规范性引用文件。 ASTM E23-18 则涵盖了试验机完整的校准方面的内容。

2 术语和定义、符号和说明

GB/T 229—2020 修改和增加了部分术语和定义， 参见表1， 修订内容基本与ISO148-1： 2016保持一致， 除了无缺口试样。 GB/T 229—2020 关于符号和说明的变化参见表2。 与ISO148-1：2016 相比， 符号和说明部分增加了KT、 KW2及KW8， K1、 K2和KN的单位包括“J” 和“°”。

表1 GB/T 229 标准术语和定义

表2 GB/T 229 标准新增及修改的符号和说明

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3 试样方面

试样方面， 与GB/T 229—2007 相比， GB/T 229—2020 的变化较小， 仍然与ASTM E23 有较大差别， 如下所述。

（1） 增加无缺口试样。

对于无缺口试样， 要求与V 形缺口试样相同（缺口要求除外）。 ASTM E23 规定了两种无缺口试样， 即金属粉末结构材料用无缺口夏比冲击试验试样及P/M 结构材料用艾氏冲击试验试样。

（2） 试 样 厚 度 （GB/T 229—2007 规 定 的“宽度”） -2.5 mm 小尺寸试样的机加工公差由±0.04 mm 修改为±0.05 mm。

（3） 试样相邻纵向面间夹角 （GB/T 229—2007 规定的试样纵向面间夹角） 的机加工公差由 “±2°” 修改为 “±1°”。 该公差的减小有助于提高检测结果的准确度。 修订后的公差与ASTM E23-18 规定的公差±0.17°仍然有较大差距。 如果试样相邻纵向面间夹角的偏差较大， 那么就会导致试样与砧座的接触空隙较大， 冲击试验时试样不稳定， 并额外消耗掉一部分冲击能量， 从而使冲击吸收功降低[8]。

（4） 新标准中对表2 中注c “对自动定位试样的试验机， 建议偏差采用±0.165 mm 代替±0.42 mm” 可修改为 “对端部对中自动定位试样的试验机， 建议偏差采用±0.165 mm 代替±0.42 mm”， 这意味着修改后， 对于缺口中心对中自动定位试样的试验机， ±0.42 mm 是适用的。对于采用端面定位的试样， 文献[9]建议此时试样长度公差为±0.10 mm， 缺口中心线至端面距离应为（27.5±0.05） mm。

（5） 小尺寸试样相比GB/T 229—2007 及ISO148-1： 2016， 在6.1.2 中增加 “通过协议也可使用其他厚度的试样”， 以扩大本标准的适用范围。 另外， 相比ISO148-1： 2009， ISO148-1：2016 增加了U 形缺口小试样的尺寸和公差要求。ISO148-1： 2016 未包括U 形缺口试样韧带宽度为8 mm 试样的尺寸和公差要求。 研究表明， 不同尺寸试样的冲击吸收能量一般不可换算， 且试样截面积没有对应关系。 ASME 和EN 标准体系对于小尺寸试样调整试验温度是合理的[10]。

需要注意的是， 冲击试样缺口深度、 弧度和表面质量对试验结果有很大影响， 须严格控制[11]。

4 冲击试验

4.1 试验原理

GB/T 229—2020 补充和完善了冲击试验原理， 主要是对夏比摆锤冲击试验结果的使用进行解释。

4.2 试验设备

试验设备方面的要求， GB/T 229—2020 与GB/T 229—2007 基本一致。

4.3 试验程序

GB/T 229—2020 中8.1.1 增加了 “对于无缺口试样应使锤刃打击中心位于试样长度方向和厚度方向的中间位置”。 8.1.2 增加了 “检查砧座圆角和摆锤锤刃部位是否有损伤或外来金属粘连，如发现存在问题应对问题部件及时调整、 修磨或更换以保证试验结果的准确可靠” 与之对应，ASTM E23-18 中9.1.1.1 对摆锤和砧座进行目视检查， 以确认是否存在明显的损坏和磨损。

GB/T 229—2007 对于试验机的能量损耗仅规定“试验前应检查摆锤空打时的回零差或空载能耗”。 GB/T 229—2020 中8.2.1 规定 “每天开始进行冲击试验前应对摩擦造成的能量损耗进行检查。 可以按下述方法进行摩擦损耗的评估， 也可采用其他方法”。 与GB/T 229—2007 相比，GB/T 229—2020 通过引用GB/T 3808—2018 中内容的方式规定了空气阻力、 轴承摩擦和指针摩擦等造成的摩擦的能量损耗的上限值以及具体测定方法， 用于指导实验室对试验机进行日常检查。 这一新增内容与ISO148-1： 2016 保持一致。 GB/T 229—2020 中8.2.4 规定测定的总摩擦损耗p+p′应不超过能量标称值KN的0.5%。

GB/T 229—2020 对于试验温度的要求进行了修改， 主要是使用气体介质冷却或加热试样方面的内容。 另外， 只要满足GB/T 229—2020 中8.3 的要求， 允许采用其他方式进行加热或冷却。文献[12] 认为过冷法很难做到适当的温度补偿。因此建议采用带有自动送料装置的冲击机。

试验机能力范围的规定基本上采用了ASTM E23 的表述。 对于试样卡锤， GB/T 229—2020 相比GB/T 229—2007 仅有表述方面的差异， 并增加了说明， ASTM E23-18 也基本一致， 断后检查和试验结果则没有修改。 GB/T 229—2020、GB/T 229—2007 及ASTM E23-18 之间的主要差异见表3。 需要注意的是， ASTM A370 规定， 对于所测钢材的冲击吸收功大于试验机最大打击能量的80%时， 可采用小尺寸试样[13]。

表3 三个标准对于试验程序要求的主要差异

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4.4 试验报告

GB/T 229—2020 对试验报告的要求仍然分为必要的内容和可选的内容。 主要变化如下：

（1） 必要的内容： ① “缺口类型及缺口深度” 修改为 “缺口类型及韧带宽度 （缺口深度）”； ②增加了与标准试样不同时的试样尺寸的写法， 即[厚度×宽度×长度， 单位为毫米（mm）]；③增加了吸收能量KW2与KW8； ④增加了试样或一组试样的大多数试样是否破断（对于材料验收试验不要求）。

（2） 可选的内容： ①“试验机的标称能量”修改为 “试验机的初始势能标称值”； ②增加了侧膨胀值-温度曲线； ③增加了剪切断面率-温度曲线； ④增加了最近一次直接校准和间接校准日期 （年、 月）； ⑤增加吸收能量测量不确定度（参见附录E）。

4.5 附录

修改了GB/T 229—2007 附录A。 增加了无缺口试样用夹钳要求； 删除了原标准附录A中的尺寸表中的厚度为5 mm 及3 mm 对中夹钳尺寸， 将表中试样宽度改为试样类型 （包括V 形缺口和U 形缺口）， 并相应增加U 形缺口试样夹钳尺寸要求。 原标准附录A 表中的尺寸引自ASTM E23， 厚度为5 mm 及3 mm 对中夹钳尺寸适用于ASTM E23-18 附录A3 规定的辅助冲击试样形状， 而不适用于GB/T 229—2020。

删除了GB/T 229—2007 附录E， 即试样从高温或低温装置中移出在3～5 s 至打断的温度补偿值。 增加了附录E 吸收能量的测量不确定度，试验标准中给出测量不确定度的评定方法为国际上普遍采用的做法， 用于指导实验室开展吸收能量值K 的测量不确定度的评定。 李和平等提出了借助准标样测算冲击试验测量不确定度的方法[14]。 揭念柱等依椐JJF 1059—1999 《测量不确定度评定与表示》 和ISO148-1： 2006 中规定的不确定度评定方法进行了夏比摆锤冲击试验的不确定度评定[15]。

5 结 论

（1） GB/T 229—2020 修改采用了ISO148-1：2016， 相比ISO148-1： 2016 与GB/T 229—2007适用范围有所扩大。 修订后的GB/T 229—2020表述更加规范和清晰。 GB/T 229—2020 与ASTM E23—18 相比仍然存在较大的差异。

（2） 由于GB/T 229—2020 与GB/T 229—2007相比变化较大， 建议使用者对实验室在用的文件、 记录等进行梳理， 特别是采用作业指导书的实验室应逐条进行核对， 必要时根据新标准进行修订。