Практична робота №1 випробування на ударну в'язкість

Мета роботи. Вивчення пристрою і роботи копра. Визначення величин ударної в'язкості різних сталей. Придбання навиків проведення випробувань.

Завдання. Вивчити роботу маятникового копра. Виконати, відповідно до варіанта, розрахунки ударної в'язкості вуглецевих конструкційної і інструментальної сталей.

Хід роботи

1. Вивчити теоретичну частину інструкції.

2. Відповідно до варіанта (див. табл.1) виконати розрахунки ударної в'язкості.

3. Вибрати найближчу до розрахункової по характеристиці, марку сталі. Довідкові дані приведені в додатку Б.

4. Скласти звіт про роботу, в якому привести:

   • Формулювання терміну «Ударна в'язкість»;

   • Ескіз зразка для випробувань відповідно до варіанта;

   • Ескіз і опис конструкції копра;

   • Розрахункову схему (допустимо поєднати з ескізом конструкції).

   • Методику проведення випробування і необхідні розрахунки.

   • Вибрану Вами марку сталі.

   • Висновок.

Теоретична частина

Матеріали, вживані для виготовлення деталей, що працюють в умовах ударних навантажень, піддаються випробуванням на ударну в'язкість.

Ударна в'язкість є механічною характеристикою в'язкості матеріалу. Вона дорівнює роботі, що витрачається для руйнування стандартного зразка, віднесеній до площі поперечного перетину зразка в місці надрізу:

а_н = кГм/см²

де а_н — ударна в'язкість;

А_н — робота, витрачена на руйнування зразка, в кГм;

F — площа поперечного перетину зразка в місці надрізу в см².

В'язкість матеріалу залежить від швидкості, з якою завдається удару, від температури, форми і розмірів зразка. Ударна в'язкість різко знижується при високих ударних швидкостях, при температурах значно нижче за нуль, а також при профілі деталі, сприятливому концентрації напруги. Дуже крихкі матеріали (чавун, силуміни, загартована інструментальна сталь) не випробовуються на ударну в'язкість.

Рис.1. Зразок для випробування на ударну в'язкість.

Для випробування на ударну в'язкість застосовують стандартний зразок, що має відповідно до ГОСТ 9454—90 розміри, зазначені на рис. 1. Надріз робиться на зразку для створення в ньому нерівномірних напруг, що в значній мірі сприяє тендітному руйнуванню. Форма, розміри і спосіб обробки місця надрізу дуже впливають на результати випробування. Чим глибше й гостріше надріз або чим грубіше він зроблений, тем менше значення ударної в'язкості отримується у зразка при випробуванні. Надріз зразка повинен бути строго перпендикулярний до його граней. Радіус закруглення приймають рівним 1±0,1 мм.

Результати випробування залежать також від того, як зразок вирізувався: уподовж або впоперек волокна металу.

Випробування зразків на ударну в'язкість виробляють на копрах маятникового типа (рис. 2).

Рис. 2. Маятниковый копер

Маятникові копри випускаються із запасом енергії від 5 до 250 кГм. У маятникових копров на 5, 10, 15, 25 або 30 кГм підйом маятника в початкове положення зазвичай виробляється уручну, а в копров на 75 – 250 кГм — електродвигуном.

Маятниковий копер на 5 – 30 кГм складається з чавунної станини 1; двох чавунних стійок 2, укріплених жорстко на станині; маятника 4 із зубчастим диском, змонтованого в стійках на кулькових підшипниках; двох опор 7, укріплених у нижній частині стійок і використуємих для установки випробуваного зразка 6; стопорного механізму, (що складається з рукоятки і стопорної собачки) для втримання маятника в піднятому стані; шкали 3 і стрілки 5, пов'язаної з маятником, яка призначена для виміру кута підняття а і кута відхилення маятника β (див. рис.3).

Рис. 3. Розрахункова схема.

Випускаються також маятникові копри зі перемінним запасом енергії типу МК-30 і копри з п'єзоелектричним кварцовим датчиком, що дозволяють визначити не тільки роботу, витрачену на руйнування зразка, але і силу удару ( за допомогою п'єзоелектричного датчика) і величину деформації зразка ( за допомогою фотоелектричного датчика).

На початку випробування маятник піднімають на кут α у вихідне положення верху (рис. 3). Якщо висоту піднімання його центру тяжіння позначити через Н, а вага маятника через G, то запас потенційної енергії маятника складе

Е = GH

З допоміжного трикутника оат можна висоту Н виразити через довжину маятника l. Тоді

Н = l + am; Н = l - l cos (180⁰ – а)= l [1 — cos (180⁰ – а)];

Отже:

Е = Gl[1 — cos (180⁰ – а)].

Потім маятник опускають, і він, падаючи, руйнує поміщений на його дорозі зразок і за інерцією відхиляється на кут γ в протилежну сторону, піднімаючись на висоту h.

Залишок енергії після зламу зразка складе:

Е₁ = Gh.

З трикутника осп висоту h можна виразити через довжину маятника

h = l(1- cos β);

E₁ = Gl ( l - cos β).

Робота А_н, витрачена на злам зразка, дорівнює різниці енергії маятника в його положеннях до і після удару:

А_н = Е - Е₁ = Gl[1 — cos (180⁰ – а)] — Gl (1 — cos β);

А_н = Gl [cos β— cos (180⁰ – а)] кГм

де l — розрахункова довжина маятника (відстань від осі обертання маятника до центру тяжіння) в м;

а — кут початкового підйому в град;

β — кут відхилення після випробування в град.

Знаючи величину А_н і підрахувавши перетин зразка, визначають ударну в'язкість а_н (з точністю 0,1 кГм/см²):

а_н = кГм/см²

де а — ширина зразка без обліку надрізу в см.

b — ширина зразка з врахуванням надрізу в см.

У виробничих умовах, знаючи кут β (кут а приймають постійним), величини А_н і а_н визначають по таблицях.

Таблиця 1. Вихідні дані.

Варіант	b, мм	G, кг	L, см	а, град.	β , град.	Варіант	b, мм	G, кг	L, см	а, град.	β , град.
1	3,75	30	100	135	30	16	8,0	30	80	125	35
2	4,0	25	95	140	25	17	3,25	5	80	125	5
3	7,25	15	90	135	15	18	3,8	5	100	120	8
4	5,0	10	85	130	10	19	6,75	10	95	115	12
5	3,5	5	80	125	5	20	9,25	15	90	110	16
6	4,0	5	100	120	8	21	8,75	25	85	130	22
7	6,5	10	95	115	12	22	4,25	30	100	145	30
8	9,5	15	90	110	16	23	3,8	25	95	140	25
9	9,0	25	85	130	22	24	6,8	15	90	135	15
10	7,5	30	80	125	35	25	5,3	10	85	130	10
11	5,5	25	95	140	25	26	3,5	5	100	125	5
12	7,0	15	90	135	15	27	4,0	5	110	120	8
13	5,25	10	85	130	10	28	6,25	10	95	115	12
14	3,25	5	80	125	5	209	9,3	15	90	110	16
15	3,75	5	100	120	8	30	8,8	25	85	130	22