Способы оценки ударной вязкости.
Ударная вязкость характеризует надежность материала, его способность сопротивляться хрупкому разрушению
На рис. 7.3 приведена схема методики проведения испытаний на ударный изгиб. Испытание проводят с использованием маятникового копра, на образцах с надрезами (концентраторами) определенной формы и размеров (рис. 7.3, в). Маятник поднимают на определенную высоту отклоняя на угол 1 (рис. 7.3, а). Образец устанавливают на опорах копра надрезом в сторону, противоположную удару ножа маятника (рис. 7.3, а и б). При нажатии кнопки пуска, маятник падает и ударяет ножом по образцу, разрушив его, отклоняется на угол 2, величина которого обратно пропорциональна работе, потраченной на разрушение образца.
Рис.7.3. Схема испытания на ударную вязкость: а – схема маятникового копра; б – стандартный образец с надрезом; в – виды концентраторов напряжений; г – зависимость вязкости от температуры
На разрушение образца затрачивается работа:
A=P(H–h),
где: Р – вес маятника, Н – высота подъема маятника до удара, h – высота подъема маятника после удара.
Характеристикой вязкости является ударная вязкость (ан) – удельная работа разрушения.
где: F0 –– площадь
Ударная вязкость обозначает KCV, KCU, KCT, KC – последняя буква символа ударной вязкости показывает вид надреза: острый (V), с радиусом закругления (U), трещина (Т) (рис. 7.3 в), отсутствие третьей буквы – образец без надреза.
Серийные испытания для оценки склонности металла к хладноломкости и определения критических порогов хладноломкости поперечного сечения в месте надреза выполняют по ГОСТ 9454 – 78. Испытывают серию образцов при различных температурах и строят кривые ударная вязкость – температура (ан – Т) (рис. 7.3 г), определяя пороги хладноломкости.
Порог хладноломкости - температурный интервал изменения характера разрушения, является важным параметром конструкционной прочности. Чем ниже порог хладноломкости, тем менее чувствителен металл к концентраторам напряжений (резкие переходы, отверстия, риски), к скорости деформации.
Оценка вязкости по виду излома.
При вязком состоянии металла в изломе более 90 % волокон, за верхний порог хладоломкости Тв принимается температура, обеспечивающая такое состояние. При хрупком состоянии металла в изломе 10 % волокон, за нижний порог хладоломкости Тн принимается температура, обеспечивающая такое состояние. В технике за порог хладоломкости принимают температуру, при которой в изломе 50 % вязкой составляющей. Причем эта температура должна быть ниже температуры эксплуатации изделий не менее чем на 40 oС.
Испытания на выносливость (ГОСТ 2860).
Испытания на выносливость (ГОСТ 2860) дают характеристики усталостной прочности.
Усталость - разрушение материала при повторных знакопеременных напряжениях, величина которых не превышает предела текучести.
Усталостная прочность – способность материала сопротивляться усталости.
Процесс усталости состоит из трех этапов, соответствующие этим этапам зоны в изломе показаны на рис.7.4.
1 – очаг разрушения, образование трещины в наиболее нагруженной части сечения, которая подвергалась микродеформациям и получила максимальное упрочнение;
2 – зона распространения трещины, постепенное распространение трещины, гладкая притертая поверхность, имеющая концентрическое линии;
3 – окончательное разрушение, зона “долома“, живое сечение уменьшается, а истинное напряжение увеличивается, пока не происходит разрушение хрупкое или вязкое
Рис 7.4. Схема зарождения и развития трещины при переменном изгибе круглого образца
Характеристики усталостной прочности определяются при циклических испытаниях “изгиб при вращении“. Схема представлена на рис. 7.5.
Рис. 7.5. Испытания на усталость (а), кривая усталости (б)