Лабораторная работа №5 на тему: "Испытание материалов на ударную вязкость"

№	Материал образца	Температура 0С	Ширина, В	Высота, Н	Глубина, h	Площадь поперечного сечения S, см2	Работа удара, кДж	Ударная вязкость КС, Дж/см2
1	Ст3	20	8	10	3	0,5	24,5	78
2	Ст45	20	8	9	2	0,6	29,4	62,5
3	40х	20	8	10	2	0,6	39,2	46,8
4	30хГСА	20	8	10	2	0,6	29,4	62,5
5	М2	20	8	10	3	0,5	9,8	90

Ответы на контрольные вопросы:

1) Работа удара - ударная вязкость, отнесенная к начальной площади поперечного сечения образца вместе концентратора при разрушении образца с концентратором посередине одним ударом маятникова копора.

2) Ударная вязкость — способность материала поглощать механическую энергию в процессе деформации и разрушения под действием ударной нагрузки.

3) Испытания на ударную вязкость или ударный изгиб (КС)  проводятся для оценки надежности и работоспособности материалов в условиях динамического нагружения и их склонности к хрупкому разрушению, которые, в свою очередь, зависят от скорости изменения нагрузки и “мягкости” напряженного состояния. Поскольку вязкость (в том числе ударная) является интегральной характеристикой, зависящей одновременно от прочности и пластичности, то она более резко реагирует на изменения структурного состояния материалов, чем другие свойства, что особенно ярко проявляется при пониженных температурах.

4) Параметром KCV оценивается пригодность материалов для сосудов давления, трубопроводов и других конструкций повышенной надежности. Параметр KCT характеризует работу развития трещины при ударном изгибе и оценивает способность материала тормозить начавшееся разрушение. Он учитывается при выборе металлов и сплавов для конструкций особо  ответственного назначения (летательные аппараты, роторы турбин и т. п.)

5) Форма  надреза стандартных образцов может быть в виде U, V, T Согласно ГОСТ 9454-78 в качестве основного используется образец с U-образным надрезом, но в отдельных случаях применяются также образцы и с другой формой надрезов.V-образный выполняется с углом при вершине 45⁰ и радиусом закругления 0,25 мм, а роль T-образного надреза играет созданная на специальном приборе усталостная трещина.

6)  Например, КСТ+100 150/3/7,5 - с концентратором в виде Т, t=+100 ⁰C, максимальная энергия 150, глубина - 3 мм, ширина 7,5мм.

7) В соответствии с этим при записи ударной вязкости (КС) в ее обозначение вводится третья буква, указывающая вид надреза – KCU, KCV, KCT.         

8) Если испытание проводится при комнатной температуре t=(20 10 0C), то температура в обозначении не проставляется.

Алгоритм опыта:

1. Замеряют ширину и толщину образца, изготовленных из одного материала, штангенциркулем с точностью до 0,1 мм. Устанавливают образец 8 на опоры 7 так, чтобы удар пришелся по его широкой стороне (рис.3, а). Поднимают маятник в верхнее исходное положение и закрепляют защелкой 6. Устанавливают стрелку 4 шкалы на ноль.

2. Освобождают маятник от защелки 6, который, падая вниз, разрушит образец 8. Рассчитывают величину работы, затраченной на разрушение образца.

3. Вычисляют удельную ударную вязкость по формуле (1). Опыт повторяют еще для двух - трех образцов.

4. Проводят обработку результатов опыта.

10) Копер состоит из чугунной станины в виде массивной плиты (2) с двумя вертикальными колоннами (3). В верхней части колонн на горизонтальной оси подвешен укрепленный в шарикоподшипниках маятник с грузом в виде стального плоского диска с вырезом (5), в котором закреплен стальной закаленный нож, служащий бойком при испытании. Внизу на уровне вертикально висящего маятника к колоннам станины прикреплены две стальные закаленные опоры (10), на которые помещают испытываемый образец (11). Под опорами между колоннами проходит тормозной ремень (12), который, прижимаясь к маятнику, качающемуся после удара, вызывает его торможение. Тормозной ремень приводится в действие при помощи педали (1). Перед испытанием маятник поднимают на исходную высоту и удерживают его в этом положении защелкой (6). В копре МК-ЗОА эта высота зависит от того, в каком положении установлена защелка подъемной рамы (7) в храповике. При испытании образца маятник освобождается от защелки (6), падая, ударяет образец, разрушает его и взлетает на некоторый угол, которым и определяется работа, затраченная на разрушение образца. В копре на оси маятника жестко закреплен поводок (9). При прямом и обратном движении маятника поводок увлекает за собой соответственно одну или другую стрелку шкалы (13) и оставляет их в положении, фиксирующем нож, служащий бойком при испытании (рис. 5). Внизу на уровне вертикально висящего маятника к колоннам станины прикреплены две стальные закаленные опоры (10), на которые помещают испытываемый образец (11). Под опорами между колоннами проходит тормозной ремень (12), который, прижимаясь к маятнику, качающемуся после удара, вызывает его торможение. Тормозной ремень приводится в действие педалью (1).

Вывод: Ударная вязкость — способность материала поглощать механическую энергию в процессе деформации и разрушения под действием ударной нагрузки.

Так как ударная вязкость зависит от содержания углерода в сплавах. То в железоуглеродистых сплавах при увеличении содержания С, увеличивается количество достаточно твердой и хрупкой фазы цементита (Fe₃C). Чем выше количество цементита тем хрупче материал и соответственно KCU.

М2 - медь содержащая 99,7% Сu.

Ст.3 - сталь обычного качества, с содержанием 0,3% С .

Ст.45 - сталь качественная с содержанием 0,45-0,5% С.

40х - сталь низколегированная с содержанием углерода 0,4% С и 1% Сr.