2.2 Определение порога хладноломкости
Испытания на ударный изгиб проводят, чтобы спрогнозировать поведение материала (и конструкции, изготовленной из него) в условиях эксплуатации, для установления склонности материала к хрупкому разрушению. Порог хладноломкости определяют при проведении так называемых сериальных испытаний, т.е. испытаний на ударный изгиб большого числа образцов при последовательно понижающейся температуре. На построенной по результатам испытаний зависимости ударной вязкости от температуры (рисунок 5) порогом хладноломкости Тпх считают температуру наиболее резкого падения ударной вязкости (изменение знака производной кривой КС – Т). Обычно эта температура лежит между Тв и Тн – верхним и нижним порогом хладноломкости –температуры соответственно начала падения КС и близкого к нулевому значению КС.
Порог хладноломкости определяют и по доле волокнистой составляющей в изломе ударного образца (процент волокна в изломе В) и доле хрупкого, кристаллического строения излома. Верхний порог хладноломкости примерно соответствует температуре, при которой в изломе 90% волокна, нижний – 10%. Критической температурой хрупкости (порогом хладноломкости) считают температуру, при которой в изломе образца 50% вязкой составляющей, поэтому ее часто обозначают Т50. Следует отметить, что величины Тпх и Т50 не всегда совпадают, поскольку четкое разграничение излома на вязкую, волокнистую и кристаллическую блестящую части обнаруживается только при испытаниях углеродистых и низколегированных сталей. При испытаниях высокопрочных сталей зоны вязкой и хрупкой составляющей локализованы порой в пределах зерна, поэтому определяются не визуально, а при электронно-микроскопическом исследовании, когда можно уверенно выявить вязкое (чашечный излом) или хрупкое разрушение (ручьистый излом).
Рисунок 5 – Температурные зависимости ударной вязкости (а) и доли вязкой составляющей в изломе (б)
4 Порядок выполнения работы
4.1. Определение ударной вязкости.
4.1.1. Ознакомиться с методикой проведения испытаний на ударный изгиб и расчета ударной вязкости КС.
4.1.2. На готовых образцах для ударных испытаний измерить В и Н, (рисунок 4) и определить Sо.
4.1.2. Произвести испытание на ударный изгиб, записать максимальную и остаточную энергию маятника, результаты измерений, испытаний и расчетов записать в таблицу 1.
4.1.4. Определить вид излома образца после разрушения, зарисовать и описать его.
4.2. Определение порога хладноломкости.
4.2.1. На готовых комплектах образцов, изготовленных из одного материала и разрушенных при различных фиксированных температурах, определить процент хрупкой составляющей в изломе каждого образца и результаты занести в таблицу 2.
4.2.2. Построить зависимость % Хр – Т, оС, определить и обозначить на графике Тв, Тн и Т50 – верхний и нижний пороги хладноломкости и температуру перехода в хрупкое состояние.
5 Требования к отчету
Отчет должен содержать:
наименование и цель работы;
краткое теоретическое описание;
результаты испытаний с таблицами и графиком.
6 Контрольные вопросы
6.1 Укажите отличительные признаки вязкого и хрупкого разрушения.
6.2 Чем отличается вид трещины и излома при хрупком разрушении от излома при вязком разрушении?
6.3 Укажите, почему хрупкое разрушение может произойти при напряжениях, значительно меньших расчетных.
6.4 Что такое хладноломкость металлов?
6.5 Какие факторы влияют на устойчивость металлов против хрупкого разрушения при низких температурах?
6.6 Как практически определяется порог хладноломкости реальных материалов?
Таблица № 1 – Результаты испытания на ударный изгиб
Показатель |
Материал образца |
||
|
|
|
|
Тип образца (по ГОСТ 9454-78) Ширина образца В, см Высота рабочего сечения Н, см Сечение Sо, см2 Максимальная энергия удара маятника Кп, Дж (кгсм) Остаточная энергия Кост, Дж (кгсм) Работа удара Ку, Дж (кгсм) Ударная вязкость КС, Дж/см2 (кгсм/см2) |
|
|
|
Вид излома (эскиз) |
|
|
|
Таблица № 2 – Значения доли хрупкой составляющей в изломе образцов, испытанных при разных температурах
№ п/п |
Температура испытания, оС |
Эскиз излома образца |
Площадь поперечного сечения S=НВ, мм2 |
Площадь хрупкой составляющей в излома Sх=h в2, мм2 |
Доля хрупкой составляющей в изломе Х, % |
1 2 3 4 5 6 |
|
|
|
|
|