Определение ударной вязкости

Очень часто детали в процессе работы испытывают действие не только плавно возрастающих нагрузок,но одновременно подвергаются и ударным (динамическим) нагрузкам [9, 17, 18]. Поэтому необходимо знать, насколь­ко хорошо сопротивляется металл действию на него этих нагрузок.

Метод основан на разрушении образца с концентратором посередине одним ударом маятникового копра. Концы образца располагают на опорах.
В результате испытания определяют полную работу, затраченную при ударе (работу удара), или ударную вязкость.

Рис. 43. Схема положения образца при испытании на ударную вязкость

Испытание на удар проводится на специальном приборе, называемом маятниковым копром, изломом над­резанного образца, свободно уста­новленного на две опоры копра (рис. 43 и 44), падающим с определенной высоты массивным маятником. Под ударной вязкостью следует понимать работу удара, отнесенную к начальной площади поперечного сечения образца в месте концентратора. Ударную вязкость КС, Дж/см , (кгс·м/см ) вычисляют по формуле     где К – работа удара, Дж (кгс·м); – начальная площадь поперечного сечения образца S0 в месте концентратора, см , вычисляемая по формуле S0 = Н1 · B, где Н1 – начальная высота рабочей части образца, см; B– начальная ширина образца (рис. 44)

В соответствии с ГОСТ 9454 – 78 предусмотрены испытания образцов с концентратором напряжений трёх видов: U – образным (радиус надреза r = 1мм); V – образным (r = 0,25мм) и Т – образным (трещина устало­сти, созданная в основании надреза). Соответственно ударную вязкость обозначают: KCU, КСТ, KCV.

Рис. 44. Расположение образца на опорах

Основным критерием ударной вязкости является KCU. Она состоит из двух составляющих:

KCU = КС₃ + КС_Р,

где КС3 – работа зарождения трещины; КСр ≈ КСТ – работа рас­пространения трещины. Чем острее надрез, тем меньше КС3. Критерий КСТ является критерием трещиностойкости, оценивающим сопротивле­ние материала распространению трещины. Ударная вязкость из всех характеристик механических свойств наи­более чувствительна к снижению температуры. Поэтому испытания на ударную вязкость при пониженных температурах используют для опре­деления порога хладноломкости – температуры или интервала темпера­тур, в котором происходит снижение ударной вязкости. Хладноломкость – свойство металлического материала терять вязкость, хрупко разрушаться при понижении температуры. Хладнолом­кость проявляется у железа, стали, металлов и сплавов, имеющих объёмно-центриро­ван­ную или гексагональную плотноупакованную ре-шетку. Она отсутствует у металлов с гранецентрированной кубической решеткой. На переход от вязкого разру­шения к хрупкому указывают из­менения строения излома и рез­кое снижение ударной вязкости (рис. 45) в интервале температур (tв – tх) (граничные значе­ния температур вязкого и хруп­кого разрушения). Строение излома изменяется от волокни­стого матового при вязком раз­рушении (t ≥ tв) до кристал­лического блестящего при хруп­ком разрушении (t < tx). Порог хладноломкости обозначают ин­тервалом температур (tв – tн) ли­бо одной температурой t50 которой в изломе образца имеет­ся 50 % волокнистой составляю­щей, и КСТ снижается наполовину.