Механічні властивості матеріалів - конспект, сторінка 16
Однак широке застосування знайшли випробування при знижених температурах, розроблені М.М. Давиденкова, так звані "серіальні випробування".
При проведенні таких випробувань робиться серія дослідів на ударний вигин при поступово знижується температурі до переходу металу в крихкий стан, причому температура різкого зменшення ударної в'язкості служить мірою якості металу. Чим нижче ця температура - "критична температура крихкості" - тим вище опір металу крихкому руйнуванню.
Охолоджуючими сумішами можуть бути: суха вуглекислота, що дає температуру -70 0 С, рідкий повітря дає -183 0 С, рідкий азот дозволяє отримати температуру -195 0 С, рідкий водень, що дає -252 0 С.
Застосування "серіальних випробувань" доцільно тільки для типово холодноламких матеріалів з ОЦК-гратами (Fe-α, Zn і сплави на їх основі), які дають різкий перехід в крихке стан. Багато леговані стали, особливо містять Ni, при зниженні температури дають поступовий спад в'язкості і тому для них визначення навіть "критичного інтервалу крихкості" стає скрутним. Деякі сплави, наприклад Al + 4% Mg, залишаються грузлими і руйнуються шляхом зрізу навіть при жорстких умовах (при одночасній дії удару, надрізу і низької температури), тому для таких матеріалів застосування ударних випробувань як серіальних, так і при 20 0 C недоцільно.
Недоцільно застосовувати ударні випробування і для чавунів, литих алюмінієвих і магнієвих сплавів, т. К. Опір відриву цих матеріалів досягається вже при статичних навантаженнях.
Таким чином, випробування на ударний вигин є одним з найбільш чутливих методів контролю, що чутливо реагують на невеликі зміни стану металу.
Ударні випробування є цінним, а іноді необхідним доповненням до статичних випробувань гладких зразків, головним чином для низько- і середньовуглецевих сталей.
Для визначення ударної в'язкості застосовують зразки спеціальної форми. Основний тип зразка показаний на рис. 3.2.
Випробування зразків на ударний вигин проводяться на маятникових копрах типу МК (МК-5, МК-15, МК-30 і ін.), Що виготовляються за ГОСТ 10708-63. Руйнування здійснюється маятником, вільно коливається на горизонтальній осі, укріпленої в шарикопідшипниках на стійках копра.
Зразок встановлюють на нижніх опорах копра симетрично щодо опор і так, щоб надріз був звернений в сторону, протилежну напрямку удару (рис. 3.3).
Випробування на ударну в'язкість або ударний вигин (КС) проводяться для оцінки надійності і працездатності матеріалів в умовах динамічного навантаження і їх схильності до крихкого руйнування, які, в свою чергу, залежать від швидкості зміни навантаження і "м'якості" напруженого стану. Оскільки в'язкість (в тому числі ударна) є інтегральною характеристикою, що залежить одночасно від міцності і пластичності, то вона більш різко реагує на зміни структурного стану матеріалів, ніж інші властивості, що особливо яскраво проявляється при знижених температурах.
Рисунок 3.2 - Форма і розміри зразка для випробувань на ударну в'язкість
Малюнок 3.3 - Схема розташування зразка на опорах копра
При динамічних випробуваннях не дотримується принцип подоби, тому вони жорстко уніфіковані як за параметрами зразків, так і за умовами проведення експериментів (ГОСТ 9454-78). Їх проводять на маятникових копрах (рис. 3.4) з використанням стандартних зразків з різною формою надрізів - U, V, T, копер складається з важкого маятника, вільно хитається на його осі, і спеціального шаблону, який забезпечує установку надрізу строго в середині прольоту ножа маятника між опорами. При цьому удар маятника виробляється з боку, протилежного надрізу.
Згідно ГОСТ 9454-78 в якості основного використовується зразок з U-подібним надрізом, але в окремих випадках застосовуються також зразки і з іншою формою надрізів. V-подібний виконується з кутом при вершині 45 0 і радіусом заокруглення 0,25 мм, а роль T-образного надрізу грає створена на спеціальному приладі усталостная тріщина. Відповідно до цього при записі ударної в'язкості (КС) в її позначення вводиться третя буква, яка вказує вид надрізу - KCU, KCV, KCT.
Параметром KCV оцінюється придатність матеріалів для посудин тиску, трубопроводів та інших конструкцій підвищеної надійності. Параметр KCT характеризує роботу розвитку тріщини при ударному вигині і оцінює здатність матеріалу гальмувати почалося руйнування. Він враховується при виборі металів і сплавів для конструкцій особливо відповідального призначення (літальні апарати, ротори турбін і т. П.)
Малюнок 3.4 - Схема ударного вигину на маятниковому копрі
3.2 Методика визначення ударної в'язкості
Руйнування зразка здійснюється за рахунок потенційної енергії падаючого маятника при відключенні його з положення рівноваги на кут α або висоту Н (рис. 3.4). Загальний запас енергії витрачається на вигин і руйнування зразка, а також подальший зліт маятника на висоту h. відповідну куту відхилення β. Величина роботи, витрачена на злам зразка К. визначається з різниці енергії маятника в положенні його до і після удару:
де Р - вага маятника,
Н - початкова висота підйому маятника,
h - висота зльоту маятника після удару.
Вага маятника вимірюється в ньютонах або кілограмах, висота в метрах.
Якщо довжина маятника L. то
де P і L для даного копра - величини постійні.
Кути α і β визначаються за шкалою приладу, однак на практиці для кожного кута β величина роботи визначається за спеціальними таблицями або шкала копра може бути проградуірована в одиницях роботи, якщо кут підйому маятника α фіксований. Зазвичай він дорівнює 150 0.
Знаючи повну роботу зламу і руйнування К. можна розрахувати основну характеристику динамічних випробувань - ударну в'язкість ан. Ударна в'язкість - це робота, витрачена на ударний злам зразка, віднесена до площі його поперечного перерізу в місці надрізу:
де F - площа перетину в місці надрізу, см 2.
Таблиця 3.1 - Результати випробувань зразків на ударну в'язкість
Стандартна розмірність ударної в'язкості МДж / м 2 або МДж / см 2. Ударні випробування, як і статичні, проводяться при негативних і підвищених температурах. Діаграма деформації зазвичай не записується тому це пов'язано з великими експериментальними труднощами, оскільки час випробування обчислюється частками секунди.
1. В яких випадках проводяться випробування на ударну в'язкість?
2. Які існують методи визначення роботи удару?
3. Що таке ударна в'язкість, і в яких одиницях вона вимірюється?
4. У чому полягає принцип роботи маятникового копра?
5. Для яких цілей використовуються параметри KCV і KCT?
6. Які матеріали піддаються випробуванням на ударну в'язкість?
7. У чому подібність і відмінність статичних і динамічних випробувань?
2. Бернштейн М.Л. Займовскій В.А. Механічні властивості металів. - М. Металургія, 1979. - 496 с.
3. Жуковец Н.І. Механічні властивості металів. - М. Вища школа, 1986. - 312 с.
Контрольні завдання для СРС [1, 2, 12]
1.Особенности пластичної деформації і руйнування при динамічному навантаженні.
2. Температурний запас в'язкості.
3. Повна робота при динамічних випробуваннях.
4. Схема напруги, що виникає в зразку при динамічних випробуваннях.
5.Оборудованіе для випробувань на ударну в'язкість.