главная страница    словари    ГОСТЫ И ТУ    свойства металлов    производители металлов    о проекте

медь  бронза  латунь  алюминий  титан  никель  кобальт  цинк  магний  олово  свинец  медно-никелевые сплавы  вольфрам   молибден   ниобий   тантал

Ударная вязкость металлов

Одним из важных внешних факторов, влияющих на сопротивление металла пластическому течению и разрушению, является скорость деформации (см. ниже).

Увеличение скорости деформации, как правило, изменяет свойства металла в том же направлении, что и снижение температуры. В различных условиях эксплуатации изделий скорость деформации может меняться в широчайшем диапазоне — от 10^-6 до 10⁶ с^-1. Соответственно могут быть очень резкими изменения механических свойств, что определяет необходимость проведения динамических испытаний.

Статические испытания, описанные выше, проводят при скоростях деформации 10^-4…10^-2 с^-1. Изменение скорости деформа­ции в этом интервале в большинстве случаев не влияет на механические свойства. Однако переход к ударным испытаниям со скоростями деформации порядка 10² с^-1 может вызывать качественные изменения механических свойств металлов.

Еще в начале XX в. Шарпи показал, что материалы с близкими по величине характеристиками прочности и пластичности, опре­деленными при статических испытаниях на растяжение, могут резко различаться по своим свойствам при ударном изгибе. В связи этим Шарпи предложил испытание на ударный изгиб надрезанных образцов. В дальнейшем этот метод испытаний с теми или иными видоизменениями получил широкое распространение и в настоящее время стандартизован во многих странах.

При испытании на удар оценивают работоспособность металла в сложных условиях нагружения и выявляют его склонность к хрупкому разрушению. В общем случае склонность к хрупкому разрушению зависит не только от скорости деформации, но и от схемы напряженного состояния и температуры тела. Метод основан на разрушении стандартного образца с концентратором (надрезом) посередине ударом на маятниковом копре. ГОСТ 9454 предусматривает испытания образцов трех типов: 1 - сечением 10x10 мм, длиной 55 мм и с U-образным надрезом шириной и глубиной 2 мм и радиусом 1 мм; 2 - образцы того же сечения и длины и V-образным надрезом той же геометрии, что и первый образец; 3 — образцы длиной 55 мм, высотой 11 мм и шириной 10 мм с Т-образным концентратором (надрез, имитирующий усталостную трещину).

Образцы с V-образным надрезом являются основными и их и используют при контроле металлопродукции для ответственных конструкций (транспортных средств, летательных аппаратом др.), а образцы с U-образным надрезом применяют при приемочном контроле металлопродукции; образцы с Т-образным надрезом предназначены для испытания материалов, работающих в особо ответственных конструкциях.

При испытании металлов на удар определяют ударную вязкость, которую обозначают КС. Ударная вязкостьКС - это отношение работы К разрушения стандартного образца к площади его поперечного сечения F в месте надреза:

КС = K/F, Дж/м²

В зависимости от вида концентратора в образце (U, V, Т) в обозначении ударной вязкости вводят третий индекс, согласно виду концентратора: KCU, KCV, КСТ.

Испытание на ударную вязкоость проводят на копрах маятникового типа (см. Рис. 1). Стандартный образец 1устанавливают на опорах стоек копра так, чтобы удар маятника 2 приходился против надреза. Маятник массой G при помощи специальной рукоятки поднимают на высоту Н в верхнее исходное положение I. При падении маятник ударяет по образцу, разрушает его и поднимается в положение II высоту h. Для остановки маятника имеется тормоз.

Рис. 1  Схема ударного испытания образцов на маятниковом копре

 Если запас потенциальной энергии маятника обозначить через GH, то работа, затраченная на деформацию и разрушение образца, равна разности энергии маятника в его положениях I и II (до и после удара), т. е.

К = GH -Gh = G(H - h)

Выразив высоту маятника в положении до и после удара через пишу маятника l и углы α и β, получим выражение для определе­нии работы, затраченной на деформацию и разрушение образца:

К= Gl (cos β - cos α),

где α — угол начального подъема маятника; β — угол подъема маят­ника после разрушения образца, фиксируемый на шкале 3 (см. Рис. 1).

Масса груза и длина маятника известны. Угол α является величиной постоянной. Зная угол β по результатам испытаний, опре­деляют работу К и ударную вязкость КС.

Кроме испытаний на ударный изгиб, используют динамические испытания металлопродукции на растяжение, сжатие и круче­ние. Эти испытания не получили большого распространения, так как проводить их сложнее, чем испытания на изгиб. Кроме того, они не дают принципиально новой информации по сравнению с испытаниями на изгиб, поэтому такие испытания целесообразно применять только в тех конкретных случаях, когда они хорошо имитируют заранее известные условия работы материала. Некото­рые из этих методов, например испытание на динамическое сжатие (осадку), приобрели характер технологических проб.