1.3 Вязкость материалов. Определение удельной ударной вязкости

Вязкость характеризуется величиной поглощённой энергией или работой разрушения. Для оценки вязкости часто используют различные динамические испытания на растяжение, сжатие и кручение. Однако наиболее широко распространены ударные испытания на изгиб образцов с надрезом.

При динамических испытаниях необходимо жёсткая унификация размеров образцов и условия проведения испытаний. Основным образцом служит стержень с квадратным сечением 1010 мм и длиной 55 мм. Надрез наносится по середине длины, который может иметь различную форму и глубину. Образец разрушают ударом маятника, падающего на грань противоположную надрезу, со скоростью 4-7 мм/с, для проведения испытаний используют маятниковые копры.

Работу А_н, затраченную на деформацию и разрушение образца определяют по формуле:

(14)

где Р – вес маятника, L – длина маятника.

Ударную вязкость определяют по формуле : , (15)

где F – площадь поперечного сечения в месте надреза.

В массовых динамических испытаниях на ударный изгиб образцов в надрезом ударная вязкость – единственная характеристика испытаний, которая является сложной, комплексной характеристикой, зависящей от ряда более простых механических свойств: прочностных и пластических. Работа, затраченная на пластическую деформацию и разрушение, определяется площадью под диаграммой динамического изгиба. Её величина, следовательно, будет тем больше, чем выше пластичность и напряжение течения.

В

Рис. 4. Схема испытания на ударный изгиб

настоящее время всё большее распространение получают статические и динамические испытания образцов с надрезом и трещиной для определения вязкости разрушения – сопротивления распространению трещины. Эти испытания особенно важны для высокопрочных сплавов, которые могут иметь удовлетворительные характеристики пласт ичности при обычных испытаниях, но хрупко разрушаться при наличии надрезов и трещин в реальных конструкциях. Склонность к хрупкому разрушению определяется в первую очередь сопротивлением развитию трещины. Механика разрушения исходит из того, что сопротивление распространению трещины определяется величиной рассеяния энергии при пластической деформации в зоне переднего края трещины. При этом сопротивление распространению трещины характеризуется константой:

(16)

где К – коэффициент (показатель) интенсивности (концентрации) напряжений, характеризующий локальное повышение растягивающего напряжения y переднего края трещины, σ – номинальное растягивающее напряжение, l_ТР – длина трещины, Y – коэффициент, зависящий от геометрии образца.

Величина К может быть определения экспериментально. Наибольшее развитие получили испытания, в которых К оценивается в условиях плоского деформированного состояния. В этом случае коэффициент интенсивности напряжений обозначается К_1С и называется вязкостью разрушения:

(17)

Таким образом, σ_В – это характеристика прочности при обычных испытаниях, К_1С – это характеристика прочности при испытаниях образцов с трещиной. При динамических испытаниях образцов с трещиной определяют динамический коэффициент интенсивности напряжений К_1d, который является количественной характеристикой вязкости разрушения при ударном нагружении.