Лабораторна робота № 3

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).

В результаті випробувань визначають повну роботу, витрачену на руйнування зразка (роботу удару), чи ударну в'язкість.

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.