基于铸钢件V型冲击吸收能量检验规则的国内外标准比较分析

肖章玉 刘显有 董 涛 马正强 徐文金 林 平

(二重(德阳)重型装备有限公司，四川618013)

大型铸钢件在能源、冶金、锻压、矿山等行业的设备中有广泛使用，V型冲击吸收能量是表征铸钢件材料韧性的重要指标之一，一般都有要求并在图纸或材料规范中明确规定了V型冲击吸收能量的试验方法、检验规则及对应的标准。冲击试样尺寸是否按标准加工、试验前摆锤刀刃半径尺寸是否按标准选择等，是试验前现场检查确认的重点内容，也是试验是否符合标准规定的关键方面。故本文除重点分析比较了冲击吸收能量的验收及复试验收规则外，也分析比较了冲击试样尺寸、摆锤刀刃半径尺寸等要素。

大型铸钢件冲击吸收能量常用的国际、国外试验方法标准主要有国际标准ISO 148-1：2016《金属材料 夏比摆锤式冲击试验：第1部分 试验方法》和欧洲标准EN 10045-1：1990《金属材料 夏比摆锤式冲击试验：第1部分 试验方法(V和U型缺口)》、美国标准ASTM A370：2017《钢制品 力学性能试验的标准试验方法和定义》、日本标准JIS Z2242：2018《金属材料 冲击试验方法》等，它们规定的V型冲击试样尺寸和摆锤刀刃半径尺寸等关键要素各不相同。中国标准GBT 229—2007《金属材料 夏比摆锤冲击试验方法》是参照国际标准ISO 148-1：2016制定的。

国际标准ISO 4990：2015《铸钢件 交货的一般技术要求》、欧洲标准EN 1559-2：2014《铸造 交货技术条件：第2部分 钢铸件的附加要求》、美国标准ASTM A370：2017、日本标准JIS G0307：2014《铸钢件的制造试验及检查通则》、中国标准、行业和典型企业标准等对V型冲击吸收能量试验结果检验规则的规定都不同。其中中国国内标准有参照上述国际标准、欧洲标准、美国标准等制定的，也有与上述国际标准和国外标准规定不完全相同的标准，目前国内标准检验规则没有统一。

1 国内外标准的V型冲击试样比较

大型铸钢件生产检验中常用EN 10045-1、ASTM A370和JIS Z2242等国外标准和GBT 229中国标准，其V型冲击试验均采用的有10 mm×10 mm×55 mm，缺口深度2 mm的标准试样，和7.5 mm×10 mm×55 mm、5 mm×10 mm×55 mm、2.5 mm×10 mm×55 mm等宽度减小的试样(俗称“小试样”)。相同条件下，标准试样的试验值相对稳定，小试样的试验值波动大。实际生产检验中一般都是用标准试样做试验，故下面只对上述各标准的V型冲击试验用标准试样的尺寸进行比较，试样示意图见图1，具体比较内容见表1。

表1 国内外标准的V型冲击试验用标准试样尺寸比较Table 1 Comparison of standard specimen sizes for V-shaped impact test in domestic and foreign standards

表2 V型冲击吸收能量试验用摆锤刀刃半径比较Table 2 Comparison of pendulum blade radius for V-shaped impact absorption energy test

表3 国际、国内外冲击吸收能量主要试验方法标准及验收规则标准Table 3 Standards of main test methods and acceptance rules for impact absorption energy at home and abroad

l—长度 h—高度 w—宽度1—缺口角度 2—缺口对称面-试样纵轴角度3—缺口根部半径 4—缺口对称面-端部距离5—试样纵向面间夹角 6—缺口深度 7—缺口底部高度图1 V型冲击吸收能量试样示意图Figure 1 Schematic diagram of V-shaped impact absorption energy sample

从表1可以看出，ISO 148-1、EN 10045-1、ASTM A370、JIS Z2242和GBT 229标准对标准试样公称尺寸的规定是一样的，但对于缺口部位尺寸的表述不同，其中ASTM A370是规定缺口深度，其余标准是规定缺口底部厚度。

2 国内外标准V型冲击试验摆锤刀刃半径比较

V型冲击试验用摆锤刀刃半径不同对试验设备的选择、准备是有明显影响的。实验室需按标准(或协议)选择相应刀刃尺寸的摆锤。国内外标准的V型冲击吸收能量试验用摆锤刀刃半径有的是2 mm、8 mm两种，有的只有2 mm或8 mm中的一种，具体比较内容见表2。

从表2可以看出，EN 10045-1和ASTM A370只有1种规格。其余标准可以选择两种中的一种。对于摆锤刀刃半径可选择的标准，没有明确时，试验默认为2 mm。一般情况下，摆锤刀刃半径对试验结果没有影响，只是对于低能量的冲击试验，一些材料用2 mm和8 mm摆锤刀刃测试试验的结果明显不同，2 mm摆锤刀刃的结果可能高于8 mm摆锤刀刃的结果(见ISO 148-1和GBT 229标准)。

3 国内外标准V型冲击试验结果的验收规则

ISO国际标准和美国标准、欧洲标准、日本标准和中国标准对铸钢件V型缺口冲击吸收能量结果的验收规则的安排是不同的。美国标准ASTM A370将V型缺口冲击吸收能量试验方法与结果的验收规则放在一起(同时适用铸钢件和锻钢件)，ISO国际标准、欧洲标准和日本标准都将试验方法、结果的验收规则分别放在试验方法标准和铸钢件的通用验收标准中，而中国标准将试验方法、结果的验收规则分别放在GBT 229和各材料标准或产品标准中，具体比较内容见表3。

表4 国际、国外主要标准冲击吸收能量结果的验收规则比较Table 4 Comparison of acceptance rules for the of impact absorption energy result of major international and foreign standards

3.1 试验结果判定为合格的验收规则

ISO 4990和ASTM A370、EN 1559-2、JIS G0307和中国标准对铸钢件V型缺口冲击吸收能量结果的验收规则的规定既有相同点，又用不同点。相同点是：3个冲击试样为1组，以组为单位进行验收，同时考虑3个试样冲击吸收能量的平均值、3个试样中冲击吸收能量的最小单值、3个试样中冲击吸收能量低于规定值的试样个数；不同点是：3个试样中冲击吸收能量的最小单值的具体规定及冲击吸收能量低于规定值的试样个数的具体规定各有不同。JIS G0307则根据材料标准来源的不同分为：第一种只规定3个试样冲击吸收能量的最小平均值；第二种规定3个试样冲击吸收能量的最小平均值和3个试样的冲击吸收能量最小单值，这与ISO 4990、ASTM A370、EN 1559-2和中国标准大不一样。国内外一些行业或典型企业标准(如API Spec 8C：2012)的规定与JIS G0307中针对JIS材料的第二种情况，只规定最小平均值和最小单值的要求一样。中国标准则各不相同，有的参照ASTM A370的规定(如GBT 6967—2009、GBT 11352—2009、GBT 14408—2014、JBT 7024—2014、JBT 10087—2016)，有的参照ISO 4990的规定，此规定与EN 1559-2一致(如GBT 37681—2019、GBT 37400.6—2019、JBT 11018—2010、JBT 8709—2014、JBT 7031—2018、GBT 16253—2019、TCAF 010202.1 —2017)。关于国际、国外和国内主要标准对冲击吸收能量结果的验收规则的具体比较内容见表4。

从表4可以看出，ISO 4990和EN 1559-2的验收规定是一样的，ASTM A370与前两者基本一样，只是后者规定的试样冲击吸收能量的单值下限从规定值的70%改成了规定值的23，JIS G0307规定最为复杂：分别对JIS材料与ISO材料进行规定，还可以看出，中国的标准关于冲击吸收能量结果的验收规则与ASTM A370或ISO 4990及EN 1559-2一致。

3.2 试验结果不合格时的复试结果判为合格的验收规则

ISO 4990和ASTM A370、EN 1559-2、JIS G0307对铸钢件V型缺口冲击试验结果出现不合格时的复试规则各不相同。ISO 4990和EN 1559-2规定是重新做一组(3个试样)，对新做的3个试样的冲击吸收能量与初试的3个试样的冲击吸收能量合在一起共6个试样单值进行判断，ASTM A370规定是重新做一组(3个试样)，只以新做3个试样的单值为依据判断复试结果。JIS G0307分为JIS材料的复试规则和ISO材料的复试规则两种，都是对新做的3个试样的冲击吸收能量与初试的3个试样的冲击吸收能量合在一起共6个单值进行判断。中国标准则各不相同，有的同ASTM A370的规定(如JBT 7024—2014、JBT 11018—2010)，有的同ISO 4990的规定(如GBT 16253—2019)，有的同EN 1559-2的规定(如JBT 10087—2016、TCAF 010202.1—2017)，有的与上述三个标准都不同(如GBT 11352—2009、GBT 14408—2014、GBT 37681—2019、GBT 37400.6—2019、JBT8709—2014、JBT 7031—2018)。上述国际、国外和国内主要标准对冲击吸收能量复试结果验收规则的比较内容见表5。

表5 国际、国外主要标准的冲击吸收能量复试结果的验收规则比较Table 5 Comparison of acceptance rules for re-examination results of impact absorption energy of major international and foreign standards

从表5可以看出，ISO 4990和EN 1559-2的验收规定对3个复试试样的冲击吸收能量单值要求不一样，前者要求都不低于规定值的70%，后者要求都不低于规定值。ASTM A370规定的判断复试结果的规则与之前的试验结果无关，只规定3个复试试样的冲击吸收能量单值都不低于规定值即可。JIS G0307规定最为复杂，特点是JIS材料的规定与前述标准的规定不同，分为：只规定3个试样冲击吸收能量的平均值的情况，和规定3个试样冲击吸收能量的平均值和最小单值两种的情况。还可以看出，中国的标准关于冲击吸收能量结果的验收规则，除参照国际、国外标准外，还有两种常用且与上述标准不同的规则(一些标准(含企业标准)还有其它复试规则，此处不再讨论)，第一种与ISO 4990和EN 1559-2一样复试3个冲击样，但中国标准只做复试和原试样共6个冲击样的冲击吸收能量的算术平均值(如GBT 6967—2009、GBT 14408—2014)，第二种就是所谓“双倍复试”，即重新做6个试样的冲击吸收能量试验，以此数据进行复试结果判断，复试结果合格与否与之前的试验结果无关(如GBT 37681—2019、GBT 37400.6—2019、JBT 8709—2014、JBT 7031—2018)，这种复试规则与国内外的一些锻件标准是一致的(如JIS G0306—2009、GBT 37559—2019、GBT 33212—2016、JBT 11019—2010)。

4 结语与建议

从前面的分析比较可以总结出各标准差异比较大的下列几个方面：

(1)用于冲击复试试验的试样个数，及复试合格的判定规则；

(2)试样冲击吸收能量判为合格的最小单值的规定；

(3)冲击试验摆锤刀刃半径的规定；

(4)对于试样冲击吸收能量验收规则，国际和国外在通用标准中规定，中国在材料或产品标准中规定。

大型铸钢件通常轮廓尺寸大、壁厚大，采用砂型重力铸造方法成型，导致材料组织不够致密、有微观偏析，易出现局部夹砂、缩孔等内部缺陷，所以用于V型冲击检验的试块质量一致性较锻件弱。而V型冲击试验对试样缺口敏感性强，即：不仅对试样缺口加工质量很敏感，也对铸钢件检验试块的微观缺陷很敏感，通常表现出V型冲击检验的数据波动大。因此建议今后在制定大型铸钢件标准的冲击吸收能量验收规则时，采用已在中国大量实行的双倍复试规则。