7.3. Приспособления для испытаний металлов на ударную вязкость при высоких и низких температурах

Оснащение копра нагревательным или охлаждающим устройством позволяет производить предусмотренные в ГОСТ 9454-78 испытания образцов при повышенных и пониженных температурах.

Для испытаний при повышенных температурах (до 1200^оС) могут использоваться различные нагревательные устройства, обеспечивающие быстрое извлечение образца после нагревания и установку на копёр; допускается нагрев контактным способом. Термометры и термопары, применяемые для измерения температуры нагрева образца, должны иметь погрешность не выше: ±5^оС при температуре нагрева до 600^оС; ±8^оС – при температуре нагрева свыше 600^оС.

Испытания целесообразно проводить для сталей и сплавов, используемых для изготовления деталей машин и механизмов, работающих при высоких (статических или переменных) температурах при ударном приложении нагрузки (наковальня молота, матрица штампа и др.).

Для испытаний при пониженных температурах (до минус 100^оС) образцы охлаждаются в криостате (рис. 7.11) при отсутствии агрессивного воздействия на них окружающей среды. В качестве охлаждающей среды применяется смесь жидкого азота (ГОСТ 9293-74) или твёрдой углекислоты ("сухой лёд") с этиловым спиртом. Применение жидкого технического азота, жидкого кислорода и жидкого воздуха в качестве охладителя не допускается во избежание взрыва. Массовая доля кислорода в жидком азоте в процессе охлаждения образцов не должна превышать 10%.

Рис. 7.11. Конструкция криостата для охлаждения образцов при испытаниях

на ударный изгиб:

1 – металлический сосуд с двойными стенками,

заполненными теплоизоляцией; 2 – охлаждающая жидкость; 3 – мешалка для перемешивания жидкости;

4 – термометр; 5 – охлаждаемые образцы

В каждом случае необходимо дать некоторое переохлаждение образцов с учётом изменения температуры во время переноса и установки на копёр. Если продолжительность переноса и установки охлаждённого образца с момента извлечения из криостата до нанесения удара молотом составляет от 2 до 5 с, то можно назначить величины переохлаждения, указанные в табл. 7.1.

Таблица 7.1

Температура переохлаждения и перегрева в зависимости от температуры испытания образцов

Температура испытания, оС	Температура, оС
	переохлаждения	перегрева
Свыше минус 100 до минус 60 " минус 60 до минус 40 " минус 40 до плюс 10 " плюс 30 до плюс 200 " плюс 200 до плюс 400 " плюс 400 до плюс 500 " плюс 500 до плюс 600 " плюс 600 до плюс 700 " плюс 700 до плюс 800 " плюс 800 до плюс 900 " плюс 900 до плюс 1000	4 - 6 3 - 4 2 - 3 - - - - - - - -	- - - 3 - 5 5 - 10 10 - 15 15 - 20 20 - 25 25 - 30 30 - 40 40 - 50

Криостат должен быть достаточного объёма, чтобы обеспечить охлаждение образцов в установленный срок, например, для охлаждения 20 образцов необходим криостат вместимостью не менее 1 л. Для измерения температуры охлаждающей среды должны применяться термометры с погрешностью не более ±1^оС. В качестве контрольных при испытаниях принимаются температуры 0^оС и отрицательные: 20, 40, 60, 80 и 100^оС. Допускается использование промежуточных значений. Если программой планируется проведение испытаний при нескольких отрицательных температурах, рекомендуется начинать с самого низкого значения, что объясняется удобством поддержания требуемой температуры и снижением расхода хладагента.

Выдержка образцов в криостате при заданной температуре (с учётом необходимого переохлаждения) должна составить не менее 15 с. После извлечения образца из сосуда с него следует стряхнуть охлаждающую жидкость.

Для определения ударной вязкости при температуре кипения жидкого азота его необходимо заливать в сосуд так, чтобы образцы были погружены полностью. После прекращения бурного кипения азота следует выдерживать образцы в ванне не менее 10 мин. В случае предварительного охлаждения образцов в сухом льду этот срок может быть сокращён до 5 мин. Температуру жидкого азота и образцов не измеряют, но в протоколе испытаний делают отметку, что испытания проводились при температуре кипения жидкого азота (примерно минус 180^оС).

Испытания на ударную вязкость при отрицательных температурах являются весьма показательными для сталей и сплавов, используемых для изготовления конструкций (мосты, эстакады, резервуары, трубопроводы) в разных климатических зонах на территории России. Во многих случаях только по изменению значений ударной вязкости удаётся обнаружить проявление хладноломкости или водородного охрупчивания металла, проработавшего длительный срок в контакте с углеводородным топливом, а также снижение пластических свойств металла в результате старения (при эксплуатации конструкций в течение 30 – 40 и более лет).