Испытание металлов на ударную вязкость

Цель работы – научиться самостоятельно производить испытание металлов на ударную вязкость.

Оборудование и материалы:

• маятниковый копер МК – 30А;

• образцы для испытания на удар;

• штангенциркуль.

Общие сведения

Определение ударной вязкости

Метод основан на разрушении образца с концентратором посередине на маятниковом копре одним ударом. Под ударной вязкостью следует понимать работу удара, отнесенную к начальной площади поперечного сечения образца в месте концентратора.

Рисунок 1 – Схема испытания на ударную вязкость

ГОСТ 9454–73 предусматривает 20 типов образцов длиной 55 и 140 мм различного поперечного сечения (от 10×8 до 2×11 мм) и с различной формой концентратора (U, V и Т).

Испытания проводятся на маятниковом копре с энергией удара от 4,9 до 294 Дж.

Энергия удара выбирается на 10% больше, чем энергия, необходимая для разрушения образцов. Схема испытаний показана на рисунке 1. Маятник копра устанавливают в исходное положение на высоту A₀ (запас энергии K₀) и удерживают защелкой. В нижней точке траектории маятника на опорах устанавливают образец так, чтобы надрез располагался с противоположной стороны ножа копра. Освобожденный от защелки копер падает вниз по траектории маятника, разрушает образец и поднимается вверх на определенную высоту A₁, что соответствует запасу энергии К₁.

Энергии копра К₁ и K₀ автоматически регистрируются указателями индикатора.

Подготовка образца для испытания

Для испытания на ударную вязкость применяют образец, показанный на рисунке 2.

Рисунок 2 – Образец для испытания на ударную вязкость

Ударная вязкость вычисляется по формуле:

, кгс∙м/см²,

где К – работа удара, кгс∙м;

S₀ – площадь поперечного сечения образца в месте надреза до испытания, см²;

Ударную вязкость обозначают КСТ⁺¹⁰⁰ 25/3/7,0-12, где КС – символ ударной вязкости; Т – вид концентратора; +100 – температура, при которой происходит испытание, °С; 25 – максимальная энергия удара маятника копра, устанавливаемая перед испытанием, кгс∙м; h = 3 – глубина концентратора, мм; В = 7,5 – ширина образца, мм; 12 – расчетное значение ударной вязкости, кгс∙м/см².

Если в результате испытания образец не разрушился полностью, то показатель качества материала считают не установленным. В этом случае в протоколе испытаний указывают, что образен при максимальной энергии удара маятника не был разрушен.

В отдельных случаях при определении ударной вязкости хрупких материалов (чугунов, силуминов, сталей с твердостью более HRC_э 55) допускают применять образцы с размерами 10×10×55 мм без предварительно нанесенных концентраторов

Устройство маятникового копра

На станине 1 копра (рисунок 3) на горизонтальной оси 2, подвешен маятник 3, представляющий собой стержень с прикрепленным к нему тяжелым плоским диском с ножом 4. Маятник, свободно качающийся вокруг оси 2, может быть поднят на определенную высоту и задержан там специальной защелкой 5.

На станине имеются две опоры 6, предназначенные для установки на них испытываемого образца 7. Стрелка 8 служит для указания на шкале 9 угла взлета маятника после разрушения им образца. Ремень 11 предназначен для остановки раскачивающегося маятника.

Рисунок 3 – Маятниковый копер:

а – общий вид, б – положение образца при испытании

Порядок проведения испытания

1. Изучить сущность метода испытаний на ударную вязкость принцип работы маятникового копра.

2. Измерить с точностью ±0,1 мм размеры образцов Н и B в месте надреза. Рассчитать площадь поперечного сечения S₀.

3. Установить маятник копра на защелку рамы и отвести на небольшую высоту.

4. Поместить образец на опоры копра симметрично ножу маятника надрезом в противоположную сторону от ножа (см. рисунок 2 и 3).

Запрещается устанавливать образец, когда маятник поднят на полную высоту и установлен на защелку. В этом положении маятник представляет большую опасность для работающих, так как при случайном освобождении защелки может причинить тяжелые увечья.

5. Поднять маятник вместе с фиксирующей рамой на определенную высоту, при этом одна из стрелок шкалы следует за маятником и указывает на шкале запас работы маятника К₀, кгс∙м в поднятом положении.

6. Вторую стрелку шкалы установить на нуль.

7. Освободить маятник с защелки. Двигаясь по траектории маятник совершает удар по образцу, разрушая его и продолжая двигаться по траектории поднимается на какую-то высоту, при этом увлекает за собой вторую стрелку шкалы, которая фиксирует остаток энергии маятника К₁, кгс∙м после разрушения образца.

Если образец не сломался, то в протоколе записать «не сломался». Для излома другого образца увеличить запас энергии маятника, подняв его на большую высоту.

8. Разность показаний энергии маятника до и после разрушения образца есть работа, затраченная на его разрушение:

кгс∙м.

9. Рассчитать ударную вязкость:

кгс∙м/см².

10. По виду излома охарактеризовать вязкость материала. Если материал вязкий, образец не ломается, а деформируется. Хрупкий излом, когда образец разламывается без деформации в изломе, характерен для чугуна и других хрупких материалов.

11. Построить график зависимости ударной вязкости углеродистых сталей от содержания углерода.

Рисунок 4 – Искривление образцов в зависимости от вязкости стали