2.2. Механические свойства, определяемые при динамическом нагружении Испытание на ударную вязкость

Для оценки склонности материалов к хрупкому разрушению широко применяются испытания на ударный изгиб образцов с надрезом, в результате которых определяют ударную вязкость.

Вязкость- это способность металлов оказывать сопротивление ударным нагрузкам.

Ударная вязкость оценивается работой, затраченной на ударный излом образца и отнесенной к площади его поперечного сечения в месте надреза. Ударную вязкость твердых материалов определяют при помощи маятниковых копров жесткой конструкции. Образец помещают на две опоры, как показано на рис. 2.2.2. Тяжелый маятник 2, имеющий боек в виде клина с углом при вершине 30 ° и радиусом закругления (2±0,5) мм, поднимают на оси так, чтобы испытуемый образец находился в нижней части траектории маятника. Центр тяжести маятника совпадает с серединой бойка.

При освобождении фиксатора маятник падает, ломает образец и поднимается до некоторого положения. По разности первоначального и конечного запасов потенциальной энергии маятника находят энергию удара, затраченную на разрушение образца.

Ударная вязкость α определяется как отношение работы К к площади поперечного сечения образца

α= K/F

и измеряется в МДж/м². Работа, затраченная на ударный излом, определяется по формуле:

K = G (h₁ - h₂),

где G- вес маятника; h₁- высота подъема маятника до испытаний; h₂- высота подъема маятника после испытаний, F – площадь поперечного сечения образца в месте надреза.

Рис. 2.2.2. Схема испытаний на ударную вязкость:

а — схема маятникового копра; б — расположение образца на копре;

1 — корпус; 2 маятник; 3 — образец

Образцы до надреза имеют размеры 8*10 мм² и длину 55 мм.

Испытание на усталость

Большинство разрушений деталей и конструкций при эксплуатации происходит в результате циклического нагружения. Металл, подверженный такому нагружению, может разрушаться при более низких напряжениях, чем при однократном плавном нагружении.

Процесс постепенного накопления повреждений в материале при действии циклических нагрузок, приводящий к образованию трещин и разрушений, называют усталостью. Свойство материалов противостоять усталости называют выносливостью.

На рис.2.3.1 приведена типичная схема испытаний на усталость с соответствующими циклами напряжений. Согласно схеме, циклическое напряжение осуществляется подвешенным на подшипнике неподвижным грузом при вращении консольно закрепленного образца. В результате у образца верхняя поверхность (в) работает на растяжении (σmax), а нижняя (н) на сжатии (σmin). За один оборот образца каждая поверхность проходит полный цикл напряжения, от максимального до минимального.

Рассмотренный цикл называется симметричным, так как у него |σmax| = |σmin|

Рис. 2.3.1. Испытание на усталость: а) – схема нагруженного образца

( 1 – вращающийся шпиндель; 2 – образец; 3 – нагружающий подшипник);

б) циклическое изменение напряжения σ в образце.