Определение ударной вязкости при изгибе

С помощью динамических испытаний на ударный изгиб выявляют склонность материала к хрупкому разрушению. Метод основан на разрушении образца с концентратором напряжений (надрезом) одним ударом маятникового копра (рис. 1.17).

Рис. 1.17. Схема определения ударной вязкости при изгибе

Копер снабжен устройством для отсчета угла подъема маятника в исходном положении a и после разрушения образца b, поэтому имеется возможность определить работу, затраченную на разрушение образца. Работа по разрушению образца равна разности потенциальных энергий маятника в исходном состоянии П₀ и в момент наивысшего подъема после разрушения образца П₁, которую можно выразить через углы a и b:

А_разр = П₀ – П₁ = mg (H – h) = mgl (соs b – соs a), Дж,

где m – масса маятника; g – ускорение свободного падения; H и h – высоты подъема маятника; l – плечо маятника (см. рис. 1.17).

Работа разрушения А_разр в общем случае идет на образование и распространение трещины. Стандартные образцы для испытаний на ударную вязкость имеют вид прямоугольного бруска с надрезом посередине. Надрезы могут быть с U-образной и более острой V-образной вершиной, а если в образце с острой вершиной перед испытанием создана трещина, то его называют Т-образным (рис. 1.18).

		а		б		в

Рис. 1.18. Вид образцов с U- (а), V- (б) и Т-образным (в) надрезами

Чем острее надрез, тем меньше работа разрушения. Наиболее часто применяют образцы с «мягким» U-образным надрезом, образцы с V-образным надрезом используют при испытании материалов, идущих на изготовление особо ответственных изделий (труб для магистральных газопроводов, ледовых буровых платформ и т. п.). Использование Т-образных образцов позволяет в чистом виде определить работу распространения трещины.

Ударная вязкость обозначается буквами КС с присоединением еще одной буквы, указывающей на вид используемого надреза (КСU, КСV и КСТ), и рассчитывается по формуле:

где F – площадь поперечного сечения образца в месте надреза (см. рис. 1.17).

Ударная вязкость характеризует свойство материалов при динамических, в том числе ударных, нагрузках. Они используются для оценки служебных характеристик материалов, идущих на изготовление ответственных деталей (валов, шестерен, труб нефте- и газопроводов, материалов для буровых платформ).