ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Тюменский государственный нефтегазовый университет»

Сургутский институт нефти и газа (филиал)

Кафедра общетехнических дисциплин

Определение ударной вязкости методическое указание

к практическим занятиям по дисциплине

«Материаловедение и технология конструкционных материалов»

для студентов по специальности:

090600 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»; 150200 «Автомобили и автомобильное хозяйство»; 130501 «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ»; 130602 «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов» очной и заочной форм обучения

Сургут 2010г.

Утверждено научно-методическим советом

государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

Сургутского института нефти и газа (филиала)

Тюменского государственного нефтегазового университета.

Составители: доцент, к.т.н. Головина Н.Я.

ассистент Астахова А.В.

© Сургутский институт нефти и газа (филиал) Тюменского нефтегазового университета, 2010

Цель работы - ознакомиться с особенностями вязкого и хрупкого разрушения металлов, характеристиками изломов и показателями сопротивления материалов разрушению; изучить методику испытаний на ударный изгиб.

Задача - измерить ударную вязкость металла при испытании не менее 3-х стандартных образцов на маятниковом копре.

1. Теоретическое обоснование испытания материалов на ударную вязкость

1.1. Хрупкое и вязкое разрушение

В зависимости от степени пластической деформации перед разрушением различают два их основных вида: хрупкое и вязкое.

При хрупком разрушении макропластическая деформация отсутствует. В металле возникает только упругая деформация. Разрушение происходит путем отрыва или скола, когда плоскость разрушения перпендикулярна действующим напряжениям. Разрушение начинается от дефекта (микротрещины), вблизи которого концентрируются напряжения, превосходящие теоретическую прочность металла.

При вязком разрушении металл претерпевает значительную пластическую деформацию. У пластичных материалов, благодаря релаксации напряжений, их концентрация вблизи несплошностей оказывается недостаточной и развитие трещин скола (т.е. хрупких) не происходит. Вязкое разрушение происходит путем сдвига.

ХАРАКТЕРНЫЕ ПРИЗНАКИ РАЗРУШЕНИЙ

Признаки разрушения	Хрупкое разрушение	Вязкое разрушение
Энергоемкость	Хрупкое разрушение происходит за счет высвобождения накопленной упругой энергии и для распространения трещины не требуется дополнительного подвода энергии извне, поскольку ее затраты на образование новых поверхностей при раскрытии трещины меньше, чем освобождающаяся при этом упругая энергия.	Для развития вязкого разрушения необходим непрерывный внешний подвод энергии, расходуемой на пластическое деформирование металла впереди растущей трещины и преодоление возникающего при этом упрочнения.
Вид тещины и поверхности излома	Трещина имеет острый угол раскрытия, пластическая деформация почти отсутствует. Поверхность образца почти не изменяет свою геометрическую форму. Излом имеет блестящую поверхность, плоские грани расколотых зерен придают хрупкому излому металлический блеск	Трещина имеет тупой угол раскрытия, поверхность разрушения значительно деформирована. Излом имеет матовую волокнистую поверхность без металлического блеска.
Скорость распространения трещины	Скорость сравнима со скоростью звука в металле (тысячи метров в секунду).	Трещина распространяется значительно медленнее, ее скорость определяется скоростью нарастания напряжений.

Для оценки свойств материала при динамических нагрузках недостаточно механических характеристик, определяемых при статических испытаниях. При больших скоростях нагружения, например, при ударе, увеличивается опасность хрупкого разрушения. Эта опасность особенно возрастает при наличии в детали различного рода надрезов (отверстия, галтели, канавки и пр.), которые вызывают концентрацию напряжений (неравномерное распределение напряжений). Надрез позволяет сосредоточить всю деформацию, поглощающую удар, в одном месте. Кроме того, наличие надреза ставит материал в более тяжёлые условия работы, т.к. надрез значительно ослабляет сечение и вызывает повышение напряжений от изгиба.

В настоящее время применяют испытания на ударный изгиб образцов с концентраторами. Образцы устанавливаются на двух опорах и подвергаются воздействию ударной нагрузки падающего маятника. Разрушение происходит в плоскости надреза, и поэтому форма надреза и его размеры влияют на склонность материала к хрупкому разрушению. Испытания на ударный изгиб регламентированы ГОСТом 9454-78, который предусматривает использование 20 типов образцов, различающихся как собственными размерами, так и размерами концентраторов при трёх видах надрезов (Рис.1).

Тип Т соответствует концентратору, содержащему усталостную трещину, которую получают в вершине начального надреза при циклическом изгибе образца в одной плоскости.

Рис.1. Образцы с концентраторами

а) концентратор вида U;

б) концентратор вида Т (усталостная трещина);

в) концентратор вида V.