3.3 Испытание на ударный изгиб

Д инамические испытания на ударный изгиб выявляют склонность металла к хрупкому разрушению. Метод основан на разрушении образца с концентратором посредине одним ударом маятникового копра (рис.3.4.а). Ударная вязкость а_н, кгс м/см², (КС) определяется работой А_н, необходимой для излома образца, отнесенной к площади образца.

Рис.3.4. Схема маятникового копра (а) и образца при испытании (б).

1 – образец; 2 – маятник; 3 – шкала; 4 – стрелка шкалы; 5 – тормоз.

Образец устанавливают на двух опорах, затем наносят удар по его середине (рис.3.4.б) со стороны, противоположной надрезу. Работа, затраченная на разрушение образца (рис.3.4.б)

А_н ═ Рh₁ (соs β — соs α )

где Р — масса маятника, кг; h₁ — расстояние от оси маятника до его центра

тяжести, м; β — угол подъема маятника после разрушения образца; α – угол подъема маятника перед ударом.

Формула дает возможность подсчитать А_н по измеренным углам α и β (Р и h₁—постоянные для данного копра)

В пластичном состоянии у металлов а_н>5…7 кгс-м/см², а в хрупком состоянии а_н < 1…2 кгс • м/см².

С 1/1 1979 г. введен новый ГОСТ 9454 — 78 «Методы испытания на ударный изгиб при пониженной, комнатной и повышенной температурах».

В новом ГОСТе ударную вязкость обозначают буквами КСU, КСV или КСТ.

Первые две буквы КС — обозначают символ ударной вязкости, третья буква U, V или Т—вид концентратора (U– радиус концентратора 1+0,07мм, V—радиус 0,25 + 0,025мм и Т— трещина). Размерность КС - Дж/м² или кгс-м/см².

В учебнике сохранено старое обозначение ударной вязкости а_н кгс • м/см², которое принято во всех действующих ГОСТах на стали и другие металлы и сплавы.

Вопросы для повторения и закрепления:

1. Сколько видов образцов применяют при определении ударной вязкости?

2. Как правильно расположить образец относительно маятника?

3. Какие величины копра остаются постоянными при испытании?

3.4 Испытание на усталость

Разрушение металлов под действием многократных (повторно-переменных) нагрузок, изменяющихся по величине и знаку, при напряжениях, меньших предела прочности на растяжение, называ­ют усталостным. Способность металлов выдерживать большое число циклов, называют выносливостью σ_ω, или циклической прочнос­тью. Циклы бывают симметричные, когда наибольшее σ_max и наименьшее σ_min напряжения равны, но противоположны по знаку, и асимметричные, характеризующиеся различными по величине наибольшими и наименьшими напряжениями.

Рис.3.5. Схема изменения напряжения при испытании на усталость (а) и излом образца (б)

Испытания обычно проводят на цилиндрических образцах пу­тем воздействия на них при вращении изгибающих нагрузок, кото­рые вызывают знакопеременные напряжения (рис.3.5.а) и доводят образец до разрушения. Вследствие усталостного разрушения в сечении образца получается характерный излом (рис.3.5, б), в ко­тором можно заметить две зоны: наружная имеет гладкую поверх­ность, а внутренняя — шероховатую со следами хрупкого разруше­ния металла.

Обычно стальные образцы испытывают до 5 млн. переменных циклов.

Задание:

Составить план ответа на темы: «Испытания на ударный изгиб и испытания на усталость»