Лабораторная работа 4 ударная вязкость материалов
4.1 Цель работы: ознакомиться с методикой проведения динамических испытаний. приобрести навыки определения механических свойств при ударном нагружении.
4.2 Приборы и материалы: маятниковый копер ИО-5003-0,3, шкала которого проградуирована в өдиницах работы, штангенциркуль, набор образцов.
4.3 Общие сведения
Испытания на ударную вязкость или ударный изгиб (КС) проводятся для оценки надежности и работоспособности материалов в условиях динамического нагружения и их склонности к хрупкому разрушению, которые, в свою очередь, зависят от скорости изменения нагрузки и "мягкости" напряженного состояния. Поскольку вязкость (в том числе ударная) является интегральной характеристикой, зависящей одновременно от прочности и пластичности, то она более резко реагирует на изменения структурного состояния металлов, чем другие свойства, что особенно ярко проявляется при пониженных температурах.
При динамических испытаниях не соблюдается принцип подобия, поэтому они жестко унифицированы как по параметрам образцов, так и по условиям проведения экспериментов (ГОСТ 9454-78). Их проводят на маятниковых копрах (рисунок 4.1) с использованием стандартных образцов с разной формой надрезов U,\/,Т (рисунок 4.2). Копер состоит из тяжелого маятника, свободно качающегося на его оси, и специального шаблона, обеспечивающего установку надреза строго в середине пролета ножа маятника между опорами. При этом удар маятника производится со стороны, противоположный надрезу.
Рисунок
Рисунок 4.1- Схема ударного Рисунок 4.2 - Стандартный образец
изгиба на маятниковом копре для ударных испытаний
Согласно ГОСТу 9454-78 в качестве основного используется образец с U -образным надрезом, но в отдельных случаях применяются также образцы и с другой формой надрезов. \/-образный выполняется с углом при вершине 45° и радиусом закругления 0.25 мм, а роль Т-образного надреза играет созданная на специальном приборе усталостная трещина. В соответствии с этим при записи ударной вязкости (КС) в её обозначение вводится третья буква, указывающая вид надреза - КС U, КС\/, КСТ.
Параметром КС U оценивается пригодность материалов для сосудов давления, трубопроводов и других конструкций повышенной надежности. Параметр КСТ характеризует работу развития трещины при ударном изгибе и оценивает способность материала тормозить начавшееся разрушение. Он учитывается при выборе металлов и сплавов для конструкций особо ответственного назначения (летательные аппараты, роторы турбин и т. п.).
4.4 Методика определения ударной вязкости
Разрушение образца осуществляется за счет потенциальной энергии падающего маятника при отклонении его из положения равновесия на угол, а или высоту Н. (рисунок 4.1) Общий залас энергии расходуется на изгиб и разрушение образца, а также последующий взлет маятника на высоту һ, соответствующую углу отклонения β. Величина работы, затраченная на излом образца К, определяется из разности энергии маятника в положении его до и после удара:
К = Р(Н-Һ), (4.1)
где Р - вес мятника, Н - первоначальная высота подъема маятника, һ -высота взлета маятника после удара. Вес маятника измеряется в ньютонах или килограммах, высота в метрах.
Если длина маятника L, то
һ = L (1 - соs β), Н = L - (1 - соs α). (4.2)
Отсюда К = Р L (соs β - соs α), (4.3)
где Р и L для данного копра - величины постоянные. Углы α и β определяются по шкале прибора, однако на практике для каждого угла β величина работы определяется по специальным таблицам или шкала копра может быть проградуирована в единицах работы, если угол подъема маятника α фиксирован. Обычно он равен 150°.
Зная полную работу излома и разрушения К, можно рассчитать основную характеристику динамических испытаний - ударную вязкость КС. Ударная вязкость -это работа, израсходованная на ударный излом образца, отнесенная к площади его поперечного сечения в месте надреза:
КС=
.
(4.4)
где Ғ - площадь сечения в месте надреза в см2. Стандартная размерность ударной вязкости МДж/м2 или МДж/см2. Ударные испытания, как и статические, проводятся при отрицательных и повышенных температурах. Диаграмма деформации обычно не записывается т.к. это связано с большими зкспериментальными трудностями, поскольку время испытания исчисляются долями секунды.