2.3.6.4. Ударна в'язкість

Визначення ударної в'язкості [14]. В умовах експлуатації часто виникають ударні навантаження. Щоб оцінити опір мате­ріалу динамічним силам, проводять випробовування на удар. Одним із видів таких випробувань є ударний згин, за допомо­гою якого виявляють схильність матеріалів, зокрема конструк­ційних сталей, до крихкого руйнування внаслідок зниження температури, наявності надрізів, шкідливих домішок, зміни структурного стану, збільшення швидкості деформації та ін­ших факторів. Під час ударного згину визначають таку механіч­ну характеристику металу, як ударна в'язкість.

Ударною в'язкістю КС (МДж/м²) називають відношення роботи К, яка витрачається на руйнування стандартного зраз­ка, до початкової площі його поперечного перерізу S₀ в місці руйнування:

Суть методу визначення ударної в'язкості зводиться до руй­нування одним ударом надрізаного зразка 2 (рис. 2.3.12) приз­матичної форми, що вільно лежить на двох опорах 1.

Посередині довжини зразка на одній його грані зроблено U-подібний надріз з радіусом заокруглення і? = 1 мм. Глибина надрі­зу становить 2 мм. Поряд з названим зразком використовують

також зразки з подібним надрізом, а також з F-подібним над­різом, що закінчується втомною тріщиною. Надріз є концен­тратором напружень. Зазначимо, що (7-подібний надріз вибира­ють для матеріалів конструкцій підвищеної надійності, a F-пoдібний з тріщиною — для матеріалів особливо відповідальних конструкцій. Руйнівний удар наносять у напрямку стрілки А маятника 3 ножем по протилежній від надрізу грані зразка.

Для руйнування зразка 2 (рис. 2.3.13) використовують мая­тник 1. Якщо запас потенціальної енергії маятника в його по­ложенні перед ударом mgH, а після удару — mgh, то робота К (МДж), витрачена на руйнування зразка, дорівнює різниці енер­гій маятника в положеннях до і після удару:

К = mg(H — h), (2.3.15)

де т — приведена маса маятника, кг; g — прискорення земного тяжіння, м/с²; Н і h — висота підняття центра мас маятника в положенні до і після удару відносно центра мас маятника в стані спокою, м.

Визначення границі витривалості [15]. Здебільш деталі ма­шин під час експлуатації навантажені циклічними (повторно змінними) силами. При цьому прикладене до деталі напружен­ня змінюється протягом кожного циклу від заданих найменшо­го о_тіп (рис. 2.3.14) до найбільшого u_mex значення. Якщо значен­ня о_тіп і о_юах рівні за величиною і протилежні за знаком, то цикл напружень симетричний і коефіцієнт асиметрії циклу

. В усіх інших випадках маємо справу з асиме-

тричним циклом.

Нагромадження пошкоджень у металі під дією циклічних напружень є причиною втомного руйнування. Процес втомно­го руйнування поділяють на дві стадії — стадію зародження і стадію росту тріщини.

Витривалістю називається здатність металу протистояти втомному руйнуванню. На втому випробовують серію гладких, переважно круглого перерізу, зразків або зразків круглого пе­рерізу з надрізом.

Значно рідше застосовують зразки прямокутного перерізу. Один кінець зразка 1 (рис. 2.3.15) закріплюють у гнізді 2 вала машини, другий — через підшипник 3 навантажують зосеред­женою силою F. Під час експерименту зразок обертається і сприймає знакозмінний симетричний згин. Кожен зразок ви­пробовують при заданому найбільшому напруженні циклу а_гаах і фіксують кількість циклів N до руйнування. Якщо зразок при достатньо великій заданій базовій кількості циклів не зруйну­вався, то його більше не випробовують.

За результатами випробувань будують графіки — криві вто­ми, або криві Веллера — в координатах о — lgiV (рис. 2.3.16). Крива втоми відображає залежність між максимальними на­пруженнями циклу й довготривалістю (кількістю циклів до руй­нування зразка). Основний тип кривої втоми — графік з чітко вираженою горизонтальною ділянкою. Графіки такого типу властиві чорним металам і титанові. Криві втоми з асимпто­тичним наближенням до осі абсцис характерні для кольорових металів.

Границею витривалості (границею втоми) o_R є таке макси­мальне за абсолютним значенням напруження циклу, за якого

Рис. 2.3.16. Крива втоми в координатах o-lgN:

о — максимальне напруження циклу; N — кількість циклів напружень;

o_lt о₂,..., о$ — значення максимальних напружень і N_ly Л'₂,..., N$ —- відповідна їм

кількість циклів, при яких були зруйновані зразки; o_R — границя витривалості;

N„ •— базова кількість циклів

матеріал не руйнується після як завгодно великої або заданої кількості циклів навантаження. Якщо коефіцієнт асиметрії цик­лу і?₀ = -1, то границю витривалості позначають як. Практич­но границю витривалості визначають на базі нормованої кіль­кості циклів навантаження. Для сталі база випробовування N = 10⁷ циклів, тоді як для сплавів кольорових металів — N = 10⁸ циклів.

Розділ 2.4 ДІАГРАМИ СТАНУ ПОДВІЙНИХ СПЛАВІВ