4. Механічні властивості, обумовлені при динамічних іспитах

Динамічні іспити на ударний вигин (ДСТ 9454–78) виявляють схильність металу до тендітного руйнування. Метод заснований на руйнуванні зразка (рис. 5, б, в) з концентратором посередині одним ударом маятникового копра (рис. 5, а). По шкалі маятникового копра визначають повну роботу К, витрачену при ударі (робота удару) (рис. 4, а): K = ph₁ (cosβ – cosα).

Під ударною в'язкістю КС, МДж/м², розуміють роботу удару, віднесену до початкової площі поперечного перерізу зразка в місці концентратора S, м²: KC = K/S₀. Ударну в'язкість позначають буквами KCU, KCV або КСТ (ДСТ 9454–78). Перші дві букви КС позначають символ ударної в'язкості, третя буква U, V або Т – вид концентратора (U – радіус концентратора 1±0,07 мм, V – радіус 0,25±0,025 мм і Т – тріщина).

При виборі і приймальному контролі металів і сплавів звичайно застосовують зразок, приведений на рис. 5, в (концентратор U), і іспит проводять на копрі з максимальною енергією удару 300 Дж. При іспиті металів для відповідальних конструкцій варто застосовувати зразки з концентраторами V і Т. Ударна в'язкість є інтегральною характеристикою, що містить роботу зародження тріщини (а₃) і роботу поширення грузлої тріщини (ар): КС = а₃ + а_р.

Схильність до тендітного руйнування в першу чергу визначається роботою поширення тріщини. Чим більше а_р, тим менше можливість раптового тендітного руйнування. В даний час існує ряд методів роздільного визначення а₃ і а_р.

Найбільш надійний метод визначення а₃ і а_р запропонував Б.О. Дроздовський. Метод зводиться до іспиту на удар зразків з тріщиною КСТ, що створюють на спеціальному вібраторі. Уся робота, затрачувана на руйнування зразка, у цьому випадку витрачається тільки на розвиток заздалегідь створеної тріщини (а₃ = 0). Значення КСТ визначається як відношення роботи, витраченої на руйнування зразка, до його живого перетину.

Поріг холодноламкості. Як уже відзначалося раніше, залізо, сталь, метали і сплави в основному з о.ц.к. решітками можуть руйнуватися крихко або грузько в залежності від температурного порога холодноламкості. Знаючи поріг холодноламкості і робочу температуру експлуатації матеріалу, можна оцінити його температурний запас в'язкості, під яким розуміють інтервал температур між порогом холодноламкості і робочою температурою. Чим більше температурний запас в'язкості, тим менше небезпека тендітного руйнування.

Рис. 4. Схема маятникова копра та іспиту на удар (а) і зразок для іспиту (б): 1 – маятник; 2 – зразок; 3 – шкала; 4 – стрілка шкали; 5 – гальмо

Поріг холодноламкості визначають при іспиті ударним вигином надрізаних зразків для різних температур. Потім будують криву (рис. 5, а) залежності ударної в'язкості від температури іспиту.

Рис. 5. t_в – верхній поріг холодноламкості (90 % волокна); t_н – нижній поріг холодноламкості (10 % волокна); t_пх – поріг холодноламкості (50 % волокна)

Для багатьох сталей на кривої залежності KCU–t важко визначити поріг холодноламкості.

Оскільки тендітний і грузлий характер руйнування при ударному вигині для сталі можна чітко розрізнити по виду зламу, поріг холодноламкості нерідко визначають по відсотку волокна (В, %) матової, волокнистої складової в зламі. Кількість волокна (В) у зламі визначається як відношення площі волокнистого (грузлого) зламу до первісного розрахункового перетину зразка. Далі будується крива відсоток волокна – температура іспиту. За поріг холодноламкості приймається температура, при якій мається 50% волокна t₅₀, що приблизно відповідає KCTJ2. Нерідко для визначення холодноламкості користуються мікро фрактографією. На електронних фрактограмах грузлий злам має «чашковий», а тендітний злам – «ручистий». Для відповідальних деталей за критичну температуру крихкості нерідко приймають температуру, при якій у зламі мається 90% волокна (t₉₀), а ударна в'язкість зберігає високе значення.

Іноді пропонують верхній t поріг холодноламкості (90% волокна) і нижній t (10% волокна). Поріг холодноламкості (див. рис. 45) не є постійної матеріалу, а сильно залежить від його структури, умови іспиту, наявності концентраторів напруг, розміру деталей і т.д. Чим вище міцність, тим вище поріг холодноламкості. Для практичних цілей можна вважати, що збільшення σ_0.2 на 15 Н/мм² підвищує поріг холодноламкості на 4 °С.

У випадку визначення надійності машин холодноламкість не включається в систему факторів, що визначають надійність конструкції; дається лише загальна рекомендація не застосовувати матеріал при температурах нижче порога холодноламкості. Потрібно враховувати, що зі зниженням температури знижується і величина K_1c.