Определение ударной вязкости материалов при испытаниях на динамический изгиб

Цель работы: ознакомиться с методикой оценки ударной вязкости и пригодности материалов для работы при динамических нагрузках.

Теоретическая часть: испытания на динамический изгиб применяют для оценки работоспособности материалов в условиях динамических (ударных) нагрузок. Эти испытания ценны тем, что материалы, не проявляющие хрупкости в испытаниях при растяжении, как относительно мягком способе нагружения, становятся хрупкими под действием ряда факторов, которые могут возникать в ходе эксплуатации: высокой скорости деформирования (ударной нагрузке), при наличии надрезов или трещин, двухосного и трехосного напряженного состояния, пониэении температуры и др.

С помощью испытаний на ударную вязкость можно определить свойства металла, а также вляние пороков в его структуре, не обнаруживаемое при статических испытаниях гладких образцов.

Для определения ударной вязкости применяют образцы специальной фотрмы с надрезом. Размеры, форма надреза и способ обработки места надреза оказывают большое влияние на результаты испытаний.

Чаще всего применяют образцы сечением 1010 мм, длиной 55 мм и глубиной надреза 2 мм. Для хрупких материалов применяют образцы без надреза. Надрез на образце играет роль концентратора напряжений. В зависимости от вида концентратора различают образцы трёх видов (Рисунок 1): с радиусом дна надреза 1,0 мм (тип U); 0,25 мм (тип V) и с инициированной трещиной (тип T).[pic 1]

[pic 2]

Рисунок 1 -  Типы ударных образцов: а) с круглым U-образным надрезом, б) с острым V-образным надрезом, в) с Т-образным надрезом (с инициированной трещиной)

Чем острее надрез, тем выше напряжения в вершине трещины и тем более жестким испытаниям подвергается материал (Рисунок 2).

[pic 3]

Рисунок 2 - Концентрация напряжений 𝜎max в устье дефекта: а – надрез с трещиной; б – острый надрез; в – закругленный надрез; r1 < r2 < r3; 𝜎ср – средний уровень напряжений

Для особо ответственных случаев и для оценки работоспособности крупных деталей используют образцы сечением 25 25 мм с инициированной трещиной. Вид надреза (U, V или T) входит в обозначение работы удара (KU, KV, KT) и ударной вязкости (KCU, KCV, KCT).

Определение ударной вязкости выполняют на маятниковых копрах (Рисунок 3). Метод основан на разрушении образца с надрезом одним ударом. Образец устанавливают на опорах копра и наносят удар по стороне образца, противоположной надрезу.

[pic 4]

Рисунок 3 – Виртуальный маятниковый копер и образцы после испытаний

Работа, затраченная на разрушение образца, определяется по формуле:

[pic 5]

где  – масса маятника;  – ускорение силы тяжести;  - высота подъема маятника до удара и после разрушения образца;  – длина маятника;  – углы подъема маятника до удара и после разрушения образца.[pic 6][pic 7][pic 8][pic 9][pic 10]