Определение характеристик сопротивления разрушению

Для установления степени надежности материала определяют его сопротивление разрушению: вязкому (удельная энергия разрушения KС) и хрупкому (порог хладноломкости Т₅₀) при испытаниях на ударный изгиб.

Определение ударной вязкости при испытаниях на ударный изгиб (гост 9454-78)

Метод основан на разрушении образца с надрезом посередине (концентратором) одним ударом маятникого копра, когда концы образца свободно лежат на опорах копра (рис. 3). В результате испытаний определяют полную работу (K), затраченную на разрушение образца (работу удара), или удельную работу, т.е. ударную вязкость (KС).

Образцы для испытаний на ударный изгиб имеют квадратное сечение и надрезы (концентраторы) следующих видов:

U-образный (образец Менаже, рис. 4, а, стр. 10);

V-образный (образец Шарпи, рис. 4, б, стр. 10);

T-образный (надрез V-образный с заранее нанесенной усталостной трещиной, рис. 4, в, стр. 10).

Образцы с U-образным концентратором используют при выборе или приемо-сдаточных испытаниях металлов и сплавов. Образцы с V-образным концентратором – при оценке возможности использования или приемо-сдаточных испытаниях материалов конструкций повышенной степени надежности: транспортных средств, трубопроводов, сосудов под давлением, летательных аппаратов и т.п. При испытаниях материалов для особо ответственных конструкций, при эксплуатации которых первостепенное значение имеет оценка сопротивления развитию трещины, а также при исследовании причин разрушения ответственных конструкций используют образцы с T-образным концентратором. Его получают в вершине начального надреза при циклическом изгибе образца в одной плоскости с числом циклов изгиба не менее 3000.

		Рис. 3. Схема испытания на ударный изгиб на маятниковом копре
	1 2 3	1 – нож маятника 2 – образец 3 – опора

Для испытания используют маятниковые копры с максимальной энергией удара маятника от 4,9 (0,5) до 294 (30) Дж (кгсм). Образец устанавливают горизонтально в специальный шаблон (рис. 3), обеспечивающий установку надреза в середине пролета между опорами. Удар маятника наносят со стороны, противоположной надрезу, в плоскости его симметрии, и перпендикулярно продольной оси образца. Маятник закрепляется в исходном верхнем положении с высотой Н и углом подъема . Затем маятник отпускают, он свободно падает, ударяет по образцу, изгибает и разрушает его, поднимаясь после этого на высоту h и угол . Чем больше энергии затрачено на разрушение образца, тем меньше h и . Величина работы удара (энергии разрушения) K определяется как разность потенциальной энергии, запасенной при подъеме маятника K_П и остаточной энергии K_ОСТ, которой обладает маятник после разрушения образца:

K = K_П – K_ОСТ.

Значения K_П и K_ОСТ определяют по шкале копра, проградуированной в кгсм (Дж).

Работу удара обозначают двумя буквами и цифрами: первая буква (K) – символ работы удара, вторая буква (U, V или T) – вид концентратора; последующие цифры обозначают максимальную энергию удара маятника, глубину концентратора и ширину образца. Индекс указывает температуру испытаний, отличную от комнатной. Эти цифры не вносят в обозначение работы удара, если испытание проведено в "стандартных" условиях: копер имеет максимальную энергию удара маятника 294 Дж, глубина концентратора (U или V) 2 мм и 3 мм (T) и ширина образца 10 мм.

Например:

– символы KV^-40 50/2/5 обозначают работу удара, определенную на образце шириной 5 мм с концентратором вида V глубиной 2 мм при температуре –40 С при максимальной энергии удара маятника 50 Дж.

Ударная вязкость – это работа удара, отнесенная к начальной площади поперечного сечения образца в месте концентратора. Ее обозначают путем прибавления к символу работы удара буквы С, причем "стандартные условия" так же не вводят в обозначение.

Например:

– KСT⁺¹⁰⁰ 150/3/7,5 – ударная вязкость, определенная на образце шириной 7,5 мм с концентратором типа T, глубиной 3 мм при температуре +100 С и максимальной энергией удара маятника 150 Дж;

– KСU – ударная вязкость, определенная на образце шириной 10 мм с концентратором типа U, глубиной 2 мм при комнатной температуре и максимальной энергией удара маятника 294 Дж.

Ударную вязкость в Дж/см² (кгсм/см²) вычисляют по формуле:

KС = K/S₀,

где K – работа удара, Дж (кгсм);

S₀ – начальная площадь поперечного сечения образца в месте концентратора, см².

а	б
	Рис. 4. Типы образцов для динамических испытаний металлов на ударный изгиб: а – образец с U-образным надрезом; б – образец с V-образным надрезом; в – образец с T-образным надрезом
в