低溫脆性沖擊試驗機(jī)（如常見的夏比Charpy沖擊試驗機(jī)）對材料制備的要求非常嚴(yán)格和具體。試樣制備的質(zhì)量直接決定了試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性、重復(fù)性和可比性。

以下是材料制備的核心要求，主要基于ASTME23、ISO148、GB/T229等國內(nèi)外通用標(biāo)準(zhǔn)：

一、核心原則

制備過程的總原則是：不能因加工（如過熱、嚴(yán)重變形、加工硬化等）而改變材料本身的微觀組織和力學(xué)性能，尤其是缺口根部區(qū)域的性能。

二、具體要求詳解

1.取樣位置與方向(SamplingLocationandOrientation)

重要性：材料的性能（尤其是韌性）具有各向異性，例如軋制或鍛造材料縱向、橫向和高向的性能差異很大。

要求：

必須在技術(shù)協(xié)議或標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定取樣的位置（如距表面的距離、鋼板的1/4處等）和方向（如LT、TL等）。

必須在試驗報告中清晰記錄取樣位置和方向。

示例：LT表示試樣長度方向（沖擊方向）平行于軋制方向（L），缺口方向垂直于軋制方向（T）。

2.試樣尺寸與公差(DimensionsandTolerances)

重要性：沖擊功是，尺寸的微小偏差會顯著影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。標(biāo)準(zhǔn)試樣才能進(jìn)行數(shù)據(jù)比對。

要求：

嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)：必須嚴(yán)格按照所執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)（如ASTME23或GB/T229）來加工試樣尺寸。見的標(biāo)準(zhǔn)夏比V型缺口沖擊試樣尺寸為55mmx10mmx10mm。

高精度公差：對長度、寬度、高度、缺口下的剩余厚度（通常為8mm）都有嚴(yán)格的公差要求（通常為±0.02mm到±0.1mm）。尺寸超差是導(dǎo)致試驗無效的常見原因。

常見類型：除標(biāo)準(zhǔn)尺寸外，還有小尺寸試樣（如7.5mmx10mmx10mm,5mmx10mmx10mm），但使用小尺寸試樣得出的數(shù)據(jù)不能直接與標(biāo)準(zhǔn)試樣數(shù)據(jù)對比，通常需要換算或特別說明。

3.缺口加工(NotchMachining)

這是制備過程中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。缺口的作用是產(chǎn)生應(yīng)力集中，引導(dǎo)裂紋在該處萌生。缺口的質(zhì)量直接決定了應(yīng)力集中的程度。

缺口類型：的是V型缺口（CharpyVnotch,CVN）和U型缺口（Keyholenotch已較少使用）。

加工要求：

形狀與角度：V型缺口角度必須為45°±2°，根部半徑必須為0.25mm±0.025mm。這個半徑非常小，對加工刀具要求。

加工方法：必須使用專用的缺口刨床或缺口銑床來加工，嚴(yán)禁使用普通砂輪或銼刀手工制作，因為無法保證根部半徑和角度的精度，且極易造成加工硬化或微裂紋。

表面質(zhì)量：缺口根部應(yīng)光滑，無與缺口軸線平行的明顯劃痕。加工時應(yīng)使用充足的冷卻液，避免因過熱改變材料性能。

位置：缺口應(yīng)位于試樣寬面的中心線上，偏差不能超過規(guī)定值（如0.1mm）。

4.表面粗糙度與加工損傷(SurfaceRoughnessandMachiningDamage)

重要性：表面的刀痕、劃傷、微裂紋都會成為額外的應(yīng)力集中點，提前引發(fā)斷裂，導(dǎo)致測得的沖擊功偏低。

要求：

試樣表面，特別是缺口根部及其附近區(qū)域，應(yīng)達(dá)到一定的光潔度（通常粗糙度Ra值不大于3.2μm，對缺口根部要求更高）。

加工的最后階段應(yīng)采用精磨或精刨，去除前道工序留下的變形層和損傷層。

試樣表面不應(yīng)有氧化皮、脫碳層。對于熱處理后的材料，必要時需通過機(jī)加工去除表面脫碳層，并確保測試區(qū)域能代表材料本體性能。

5.熱處理與狀態(tài)(HeatTreatmentandCondition)

重要性：沖擊韌性對材料的微觀組織極其敏感。

要求：

試樣應(yīng)在最終熱處理狀態(tài)下進(jìn)行加工和測試。除非另有規(guī)定，所有熱處理都應(yīng)在試樣機(jī)加工完成之前進(jìn)行。

如果機(jī)加工后必須進(jìn)行熱處理（如去應(yīng)力退火），必須嚴(yán)格控制工藝，確保不會改變材料的顯微組織，并且要記錄在報告中。

試樣應(yīng)代表交付材料的實際狀態(tài)。

6.數(shù)量與標(biāo)識(QuantityandIdentification)

數(shù)量：由于沖擊試驗數(shù)據(jù)存在一定的分散性，通常同一組試驗至少需要3個有效試樣，以計算平均值。

標(biāo)識：每個試樣都應(yīng)有清晰、的標(biāo)識（如打鋼印或刻號），但不能在缺口附近或支撐梁接觸區(qū)域標(biāo)識，以免影響試驗結(jié)果。

三、制備流程總結(jié)

一個規(guī)范的制備流程如下：

1.明確標(biāo)準(zhǔn)：確定遵循哪個標(biāo)準(zhǔn)（ASTM,ISO,GB等）。

2.取樣：按規(guī)定位置和方向從材料上截取坯料。

3.熱處理：對坯料進(jìn)行所需的熱處理（如需）。

4.粗加工：將坯料銑或磨到比最終尺寸稍大（如留0.5mm加工余量）。

5.精加工：

精磨或精銑到最終尺寸，保證四面互相垂直，表面光潔。

使用專用缺口加工設(shè)備加工缺口，確保角度和根部半徑符合要求。

6.檢查：

使用投影儀或工具顯微鏡嚴(yán)格檢查試樣尺寸，特別是缺口角度和根部半徑。

肉眼或低倍顯微鏡檢查表面是否有加工缺陷。

7.清潔：清洗試樣，去除油污和金屬屑。

8.試驗：立即進(jìn)行試驗，或妥善保存以防銹蝕和損傷。

特別注意：低溫試驗的附加要求

對于低溫脆性試驗，試樣制備本身與常溫試驗無異。

關(guān)鍵在于試樣在低溫介質(zhì)（如酒精+液氮）中充分保溫，確保整個試樣體積達(dá)到并穩(wěn)定在目標(biāo)溫度。

從低溫槽取出到完成沖擊的轉(zhuǎn)移時間要非常短（通常規(guī)定<5秒），以防試樣溫度回升。

總之，精度和避免材料性能改變是試樣制備的核心。任何疏忽都可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真，使昂貴的測試失去意義。因此，強烈建議由經(jīng)驗豐富的操作人員在專用設(shè)備上完成。