2. Свойства, определяемые при динамическом нагружении

Основным видом этих испытаний является испытание на ударный изгиб специальных образцов с надрезом (ГОСТ 9454—60). Испытания производятся на маятниковых копрах, позволяющих определить работу, затраченную на разрушение образца. При этом определяется удельная работа разрушения _H, которая называется ударной вязкостью.

где А_н - общая работа разрушения образца в кГм, F - площадь поперечного сечения образца в см².

До настоящего времени в справочной литературе основным критерием вязкости (хрупкости) материала является ударная вязкость а_н. Но значение а_н, в общем случае, есть интегральная величина, т.к. а_н =а₃+а_р и а₃ - работа затраченная на пластическую деформацию и зарождение трещины в образце, _р - работа, затраченная на распространение трещины, образовавшейся в результате приложения ударной нагрузки. Кроме того, необходимо учитывать, что в реальных технических металлах всегда имеются так называемые структурные концентраторы напряжений (посторонние включения, микротрещины, границы зерна и др.). Эти дефекты следует рассматривать как острые трещины. Таким образом показатель «_р» более характеризует сопротивление реального металла динамическим нагрузкам.

№ 8. По данным справочника два материала имеют одинаковое значение а_Н. Можно ли быть уверенным, что эти материалы равноценны в очень жестких условиях работы, например, когда на деталь действует ударная нагрузка? Ответ (см. на с. 60): 1) равноценны; 2) неравноценны; 3) утверждать это только по значениям а_Н нельзя.

Иногда для определения вязкого разрушения приме­няют метод, разработанный Г. Ирвиным, который предло­жил два критерия оценки вязкого разрушения G_c и К_с (для плосконапряженного состояния), G_lc и K_lc (для плоскоде­формированного состояния) материала, которые характе­ризуют интенсивность нарастания напряжения в устье развивающейся трещины. Параметр G характеризует энергию, затрачиваемую при увеличении трещины на еди­ницу длины. Параметр К, (коэффициент интенсивности нагружения) характеризует относительное локальное по­вышение растягивающего напряжения у ведущего конца трещины. Для определения G и К выведены соответст­вующие формулы.

Очень важным критерием вязкости металла при ударных испытаниях является вид излома, рис. 30. Для хрупких материалов вид излома кристаллический, блестящий (рис. 30,а). Для вязких материалов излом волокнистый, матовый (рис. 30,б). Если материал обладает ограниченной вязкостью, то образуется смешанный излом (рис. 30,е - кристаллический и матовый).

Испытание на ударную вязкость является очень жестким видом испытания. Если материал должен работать в условиях низких температур, то проводятся ударные испытания при низких температурах, когда вязкость некоторых материалов резко снижена. Повышение хрупкости материала при пониженных температурах называется хладноломкостью.

Большинство важнейших конструкционных материалов (стали) склонны к охрупчиванию при понижении температуры испытания (работы). Значение температуры охрупч иван и я материала является важнейшим критерием надежности материала в работе и обязательно должно учитываться конструктором при выборе материала для конкретного назначения. Так как в справочной литературе данных о температурах охрупчивания материалов приводится очень мало, то представляется целесообразным подробней остановиться на методике установления этих характеристик для практических целей.

Критический интервал хрупкости чаще всего устанавливается путем динамического испытания на изгиб серии ударных образцов при различных температурах. На основе опытных данных строится диаграмма изменения ударной вязкости аи в зависимости от температуры испытания, рис. 31. На этом рисунке T₁ - верхний температурный порог хрупкости, Т₂ — начало сильного разброса значении _H, что имеет место в интервале температур Т₂ — T₃. При Т₃ разброс значений _H исчезает и при испытаниях всех образцов при Т  T₃ имеет очень низкие значения _H (1,5... 2 кГм/см и ниже). Температура Т₃ является нижним температурным порогом хладноломкости (хрупкости).

Более точно температурные пороги Т₁ и Т₂ устанавливают не по значению _H, а по изменению строения излома. Взяв за основу этот критерий, минимальную температуру, при которой излом является еще полностью волокнистым, считают верхним порогом хладноломкости. Нижним порогом хладноломкости считают максимальную температуру, при которой излом полностью кристаллический (блестящий). Иногда определяют значения температуры Т₁₀₀, Т₆₅, Т_о, которые соответствуют наличию в изломе 100, 65 и 0 процентов волокнистой составляющей. Для сталей интервал Т₁…Т₃ чаще составляет +50 ...-150°С.

№ 9. Для каких географических условий, и в какие времена года, следует ожидать наибольшего числа аварий механизмов, работающих в полевых условиях? Ответ (см. на с. 60): 1) в условиях севера; 2) в условиях севера, зимой; 3) разрушение происходит из-за неправильно использованного материала или условий эксплуатации и не зависит от условий указанных в задаче.

№ 10. Какой ответ правильно распределяет образцы на рис. 30, в по возрастанию хрупкости их материалов? Ответ (см. на с. 60): 1) в₂, в₃, в₄, в₁; 2) в₁, в₂, в₃, в ₄; 3) в₄, в ₃, в₂, в₁ .