Основні положення

ВИПРОБУВАННЯ МЕТАЛІВ НА УДАРНЕ ЗАГИНАННЯ

МЕТА: Ознайомитися з призначенням і методикою випробувань металів на ударне заганяння та характеристиками в'язкості, обумовленими цими випробуваннями.

Виконати випробування зразків сталі, визначити роботу удару та ударну в'язкість.

Прилади, матеріали, інструмент: для проведення лабораторної роботи необхідно мати: маятниковий копер, зразки для випробувань на удар, штангенциркуль, шаблони. -

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ

У процесі експлуатації багато деталей машин і конструкцій зазнають динамічних {ударних) навантажень. Динамічні випробування металів здійснюють для визначення умов виникнення крихкого стану та оцінки поводження матеріалів в умовах підвищеної швидкості деформування. Ці випробування широко застосовуються також для виявлення схильності металів до крихкого руйнування, що зростає при наявності тріщин, надрізів (концентраторів напруг), при зниженні температури і т.д.

Важливо знати, що найбільш розповсюдженим видом динамічних випробувань є випробування на ударне загинання за ДСТ 9454-78 «Метод випробування на ударне загинання при зниженій кімнатній і підвищеній температурах». Метод заснований на руйнуванні спеціального зразка з концентратором посередині одним ударом маятникового копра (рис. 1).

При проведенні роботи використовується копер МК-30 з максимальною енергією удару 294,0 ДЖ (кгс.м). Маятник копра 1 з ножем, що вільно качається навколо осі, закріпленої в станині 6, може бути піднятий і зафіксований спеціальною засувкою у вихідному положенні на висоті h₁, при цьому його потенційна енергія:

К₁=Р h₁ (1)

де Р - зведена вага маятника.

Відпущений поворотом засувки, маятник падає з цієї висоти, розбиваючи зразок 2, встановлений на опори, і піднімається по інерції на висоту h ₂. В цю мить його потенційна енергія дорівнює:

К₂ = Р h ₂ (2)

Для відліку показань К₁ та К₂ служить шкала З, проградуірована в кгс^:м.

Робота удару К являє собою різницю потенційних енергій маятника в його вихідному і кінцевому положеннях, ДЖ (кгс-м):

К = К₁ - К₂ (3)

Ударною в'язкістю називається відношення роботи удару до початкової площі поперечного переріза зразка 8о у місці концентратора, Дж/см²:

КС = К/S₀ (4)

Варто знати, що так само, як і механічні властивості, обумовлені при випробуваннях на розтягання, робота удару й ударна в'язкість є структурно-чуттєвими характеристиками. До зниження цих характеристик (збільшення крихкості) сталь приводять підвищений зміст шкідливих домішок - сірки і фосфору, забруднення неметалічними вкраплинами, збільшення розмірів зерна і т.д. За інших рівних умов ударна в'язкість сталі знижується при підвищенні її міцності, при збільшенні змісту вуглецю. Добре розкислена спокійна сталь менш схильна до крихкого руйнування, чим кипляча.

Зниження ударної в ' зкості під впливом зазначених факторів і температури випробування супроводжується зміною характеру зламу зразків: у ньому зменшується частка волокнистої (в'язкої) і зростає частка крихкої (кристалічної) складової.

Відповідно до ДСТ 9454-78 для випробувань на ударне загинання варто застосовувати спеціальні зразки різних типів (рис. 2), які відрізняються розмірами поперечного переріза і формою концентратора.

Рисунок 2 - Види зразків для випробувань на ударне загинання з різноманітними концентраторами напруги

Найменш жорстким с U - образний концентратор з радіусом у місці надрізу 1^±0,°⁷ мм, більш жорстким V - образний з радіусом 0,25 ^{±0,025 мм і найбільш жорстким - концентратор виду Т, що представляє собою утомну тріщину, що створюється на спеціальних вібраторах. Зразок з V - образним надрізом є основним при виборі і контролі сплавів для конструкцій підвищеної надійності, таких як літальні апарати, сосуди високого тиску і т.п., а зразок з попередньо нанесеною тріщиною - для особливо відповідальних конструкцій.}

В залежності від виду концентратора роботу удару необхідно позначити двома буквами - КU, КV, КТ, а ударну в'язкість трьома КСU, КСV, КСТ. У позначенні роботи удару перша буква К, а в позначенні ударної в'язкості - дві перші букви КС означають символи зазначених характеристик, а букви U, V чи Т - вид концентратора, Якщо випробування проводиться при температурі, відмінній від кімнатної, угорі після букв необхідно ставити цифровий індекс, що вказує цю температуру.

Наприклад: КУ⁴⁰ - робота удару, визначена на зразку з концентратором виду V при температурі мінус 40°С.

КСU - ударна в'язкість, визначена на зразку з концентратором виду U при кімнатній температурі.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ ВИПРОБУВАНЬ

Перед проведенням випробувань студенти повинні ознайомитися з пристроєм маятникового копра МК-30, технікою випробувань, і присвоїти зразкам умовні номери.

Необхідно:

1. перед початком випробувань необхідно перевірити положення покажчика роботи при вільному падінні маятника;

2. температурою випробувань варто вважати температуру зразка в момент удару;

3. вимірити штангенциркулем початкову висоту Н₁ робочої частини зразків, їхню початкову ширину В и обчислити площу поперечного перерізу зразків у місці концентратора:

S₀ = H₁ B; (5)

4. перевірити, чи знаходиться на нулі робоча стрілка шкали при початковому (вертикальному) положенні маятника;

5. підняти маятник у початкове положення і закріпити його засувкою, при цьому стрілка на шкалі відхилиться від нуля і вкаже потенційну енергію маятника К₁ у цьому положенні;

6. установити зразок на опори концентратором убік станини копра так, щоб концентратор був розташований симетрично що до опор і ножа маятника (рис. 3), для чого доцільно скористатися спеціальним шаблоном;

Рисунок 3 - Схема установки зразка перед початком випробувань

7. звільнити маятник, опустивши засувку, і зробити удар по зразку. Зафіксувати потенційну енергію маятника К₂ у кінцевому положенні, зазначеному контрольною стрілкою;

8. обчислити роботу удару по формулі:

KU = K₁ – K₂ (6)

(або КV = К₁ - К₂ при V - образному концентраторі);

9. обчислити значення ударної в'язкості, Дж/см²:

КС=KU/S₀ (чи КС = КV/ S₀); (7)

10. після зупинки маятника гальмом копра підняти зразок і визначити характер його зламу (в'зкий, крихкий, змішаний);

11.усі дані внести в таблицю наступної форми:

Таблиця 1 - Результати випробувань на ударне загинання зразків сталі

(У графі «Стан металу» вказується, наприклад: «гарячекатаний», «після відпалу» і т.д.)

ПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. Як підрозділяються механічні випробування в залежності від діючого навантаження?

2. Для чого використовуються динамічні випробування металів?

3. У чому полягає випробування на ударне загинання, як називається і як улаштована випробувальна машина, за допомогою якої воно проводиться?

4. Який порядок випробування на ударне загинання?

5. Що являють собою зразки для випробувань на ударне загинання?

6. Зразки з якими концентраторами використовують при випробуваннях на ударне згинання?

7. Які характеристики визначають при випробуваннях на ударне загинання? По яких формулах вони розраховуються і у яких одиницях виміряються?

8. Який з видів концентраторів обумовлює найбільшу жорсткість випробувань?

9. Які з відомих вам факторів впливають на роботу удару й ударну в'язкість сталі? Які з них сприяють підвищенню цих характеристик?

10. Що більше: КСU чи КСУ того ж самого матеріалу? Чому?

11. Що більше КV-²⁰ чи КV того ж самого матеріалу (при випробуваннях зразків з однаковими розмірами? Чому?

12. У якому випадку ударна в'язкість буде вище: при вирізці зразків уздовж чи поперек напрямку деформації при прокатці?