7.2. Оборудование для испытаний на ударную вязкость

Испытания проводятся на специальных лабораторных установках, называемых копрами, которые по принципу действия и конструктивному исполнению могут быть [3] вертикальными, маятниковыми и ротационными. Наибольшее распространение имеют маятниковые копры, в которых молот, несущий энергию разрушения, перемещается по радиусу в вертикальной плоскости вокруг точки подвеса (как маятник).

В испытательных лабораториях разных стран применяются маятниковые копры с запасом располагаемой энергии от 15 до 2450 Дж (от 1,5 до 250 кгс.м). В нашей стране маятниковые копры изготавливаются по ГОСТ 10708-82 с запасом потенциальной энергии от 5,0 до 300 Дж (от 0,5 до 30 кгс.м) со скоростью движения маятника в момент удара от 3±0,25 м/с для копров с малым запасом энергии и до 5±0,5 м/с для копров с высокой потенциальной энергией (рис. 7.5).

а б в

Рис. 7.5. Внешний вид вертикального копра (а) и маятниковых копров КМ 05 (б) с постоянной величиной энергии удара и МК 30 (в) с

переменным запасом энергии

У копровс запасом энергиидо 300Дж (30 кгс.м) подъём маятника в начальное положение производится вручную, при больших значениях запаса энергии для выполнения этой операции может применяться механический привод с использованием электроэнергии или сжатого воздуха.

Поднятый в верхнее положение молот удерживается специальной защёлкой с фиксирующим механизмом, исключающим самопроизвольное падение молота в момент установки образца, для предотвращения нанесения травмы оператору. Главным условием при установке образца является его симметричное расположение на опорах относительно плоскости движения молота (рис. 7.6, а). Для обеспечения удобной и быстрой установки образца в требуемое положение обычно применяются шаблоны, конструкция одного из них (для испытаний при комнатных температурах) показана на рис. 7.6, б. Шаблон должен обеспечить симметричное расположение концентратора образца относительно опор копра с погрешностью не более ±0,5 мм.

Образец устанавливается на опорах копра надрезом внутрь станины так,

150

32

а б

Рис. 7.6. Схема размещения образца на опорах копра перед испытанием, а, и шаблон для упрощённой установки образца при комнатной

температуре, б.

чтобы удар ножа молота приходился как раз против надреза по противоположной стороне образца. Затем открывается стопорное устройство, и маятник приходит в движение.

Исходное положение молота выбирается (если есть такая возможность) таким, чтобы номинальное значение потенциальной энергии составляло не менее 10% от возможной потенциальной энергии для данного копра. Энергия, запасённая молотом в исходном положении, расходуется на разрушение образца и на вылет молота после его разрушения за счёт неиспользованной энергии. Специальное устройство со шкалой фиксирует угол отклонения молота после разрушения образца: чем выше сопротивление образца разрушению (высокое значение ударной вязкости), тем меньше угол подъёма молота после разрушения образца. Шкала указателя отградуирована в единицах работы, поэтому всегда можно определить величину работы, затраченной на разрушение образца, по которой затем по формуле (7.2) подсчитывается значение ударной вязкости.

Для испытаний на ударное растяжение с использованием образцов, представленных на рис. 7.4 (с резьбовыми головками), может быть переоборудован копёр, предназначенный для испытаний на ударный изгиб (рис. 7.7). Для этого [3] изготавливается упорная поперечина 1, в которую ввинчивают одну резьбовую головку образца 2 (диаметр 5-10 мм, длина 50-100 мм), а вторую головку образца ввёртывают в гнездо с обратной стороны молота 4. Следовательно, падающий после спуска маятник составляет одно целое с образцом и упорной поперечиной.

Кзадней стенке станины копра 5 болтами прикрепляют два упора 3, которые останавливают движение упорной поперечины при падении молота. Образец 2, уносимый маятником, динамически растягивается и мгновенно разрывается. Результат позволяет определить значение ударной вязкости при разрыве.

Рис. 7.7. Схема испытания цилиндрического образца на разрыв на маятниковом копре:

1 – поперечина; 2 – образец с резьбовыми головками; 3 – упоры, прикреплённые к станине копра; 4 – молот;

5 – станина копра

Рис. 7.8. Схема испытания на

ударный изгиб по методу Изода:

1 – ось подвеса (вращения) маятника

В Англии и США также применяется схема определения ударной вязкости по методу Изода (рис. 7.8). Надрезанный образец стандартных размеров вертикально закрепляется одним концом в массивных тисках. Молот со специальным бойком вращается вокруг оси подвеса и ударяет по свободному концу образца. Эта схема позволяет испытывать образцы увеличенной длины, с несколькими надрезами: после разрушения образца по первому надрезу он переустанавливается, производится второе нагружение, затем - третье.

Ротационный копёр [3], рис. 7.9, более сложен по конструкции, но позволяет с высокой производительностью проводить серийные испытания образцов.

Диск 2 диаметром 320 мм вращается на валу со скоростью от 300 до 6000 об/мин, скорость его вращения измеряется при помощи стробоскопического тахометра. На ободе диска закрепляется стальной сменный бивень, который в определённый момент воздействует на образец (рис. 7.10).

Рис. 7.9. Схема ротационного копра:

1 – эксцентрик; 2 – вращающийся диск;

3 - сменный стальной бивень; 4 – образец;

5 – рукоятка управления пружиной;

6 – подвижный рычаг; 7 – пружинное устройство; 8 – пружина; 9 – стальная рама;

10 – опоры для установки образца

Рис. 7.10. Схема воздействия бивня на образец при испытании на ротационном копре

Подача образца к опорам 10 для испытания (рис. 7.9) производится автоматически при помощи пружинного устройства 7. Поджатая заранее пружина 8 спускается рукояткой 5, левый конец которой через рычаг 6 соприкасается с эксцентриком 1, вращающимся на валу диска 5. В момент поднятия эксцентриком левого плеча рычага 6 его правое плечо опускается и освобождает защёлку пружины 8. В результате мгновенно (менее чем за 0,05 с) образец 4 выталкивается до опор 10 и происходит нагружение его ударной силой бивня (рис. 7.10).

Применяя бивни разной конструкции, можно испытывать образцы гладкие и с надрезами (одним или несколькими).

Копёр не имеет устройства для измерения работы, затраченной на деформацию образца, что является его существенным недостатком (это сложно сделать из-за больших скоростей вращения диска), поэтому деформацию образца определяют после испытания: измеряют угол пластического изгиба у гладкого (не разрушенного) образца или искажение сечения у надрезанных образцов.

Вертикальный копёр (см. рис. 7.5, а) является наиболее простым по конструкции из рассмотренных выше испытательных установок. Он применяется для проведения многократных ударов по образцу до момента его разрушения. Критерием сравнения свойств металлов обычно является число ударов молота ("бабы") до момента разрушения образца.