Испытание материалов на ударную вязкость

Цель работы

Изучение методики определения основных механических характеристик металлических материалов.

Рабочее задание

 

Измерить ударную вязкость металла при испытании не менее 4-х стандартных образцов на маятниковом копре.

Оборудование и материалы

Виртуальный лабораторный комплекс, маятниковый копёр МК-ЗОА.

Проведение испытания

 

1. Разрушение образцов осуществляется на маятниковом копре (см. Рис. 3.4). Один из испытуемых образцов, размеры которого предварительно замеряют, устанавливают на опоры (10) надрезом в противоположную сторону от ножа маятника.

2. При каждом испытании стрелку шкалы (13) устанавливайте в положение шкалы 0. (Другая стрелка будет автоматически соответствовать уровню подъема маятника с грузом).

3. Освобождение маятника производится с помощью рукоятки защелки (14). Маятник, пройдя нижнее положение и разрушив образец, поворачивает стрелку шкалы на угол, который соответствует энергии, сохранившейся в маятнике после разрушения образца.

Работа, затраченная на разрушение образца, будет равна разности энергии маятника до удара и после удара.

Обработка результатов, их обобщение и выводы

 

Полученные результаты следует обрабатывать следующим образом:

1. Зарисовать исследуемые образцы до и после механических испытаний, показывая изменение соответствующих параметров надлежащими формулами.

2. Заполнить протокол испытаний на ударный изгиб, в котором отразить параметры:марка копра,максимальная энергия удара маятника при испытании,скорость маятника в момент удара,испытуемый материал.

3. Заполнить таблицу 3.1.

Таблица 3.1

Таблица для занесения данных отчета

№	Материал образца	Тип образца	Температура испытания, °С	Ширина образца, В	Высота образца, Н	Глубина концентратора, h	Высота рабочего сечения, H1	Площадь поперечного сечения Sо, см^2	Работа удара К, Дж	Ударная вязкость КС, Дж/см^2
см
	Ст.3	U				0,2	0,8	0,8

 

Порядок оформления отчёта

 

Каждый студент должен оформлять отчёт индивидуально в следующей последовательности:

Ø номер работы и ее название;

Ø цель работы и задачи, подлежащие решению;

Ø краткое описание используемых установок и приборов;

Ø теоретические основы построения технологического процесса эксперимента;

Ø описание экспериментальной части работы;

Ø таблицы результатов измерений;

Ø графики по результатам измерений;

Ø вычисления и анализ результатов измерений;

Ø выводы.

Основные термины и понятия, необходимые для освоения лабораторной работы

Галтели

Динамическое испытание

Концентратор

Канавка

Маятниковый копер

Работа удара

Статическое испытание

Ударная вязкость

Усталостная трещина

 

Теоретические основы испытания материалов на ударную вязкость

 

Для оценки свойств материала при динамических нагрузках недостаточно механических характеристик, определяемых при статических испытаниях. При больших скоростях нагружения, например, при ударе, увеличивается опасность хрупкого разрушения. Эта опасность особенно возрастает при наличии в детали различного рода надрезов (отверстия, галтели, канавки и пр.), которые вызывают концентрацию напряжений (неравномерное распределение напряжений). Надрез позволяет сосредоточить всю деформацию, поглощающую удар, в одном месте. Кроме того, наличие надреза ставит материал в более тяжёлые условия работы, т.к. надрез значительно ослабляет сечение и вызывает повышение напряжений от изгиба.

В настоящее время применяют испытания на ударный изгиб образцов с концентраторами. Образцы устанавливаются на двух опорах и подвергаются воздействию ударной нагрузки падающего маятника. Разрушение происходит в плоскости надреза, и поэтому форма надреза и его размеры влияют на склонность материала к хрупкому разрушению(см. рис. 3.1).

ТипТ соответствует концентратору, содержащему усталостную трещину, которую получают в вершине начального надреза при циклическом изгибе образца в одной плоскости.

Работа удара

Рис. 3.1. Образцы с концентраторами а) концентратор вида U; б) концентратор вида Т (усталостная трещина); в) концентратор вида V.

Работу удара обозначают буквами (KU, KV или КТ) и цифрами. Первая буква (К) – обозначает символ работы удара; вторая буква (U, V или Т) – вид концентратора. Последующие цифры обозначают максимальную энергию удара маятника, глубину концентратора и ширину образца.

Ударная вязкость

 

Ударной вязкостью (КС) называется отношение работы (К), необходимой для разрушения образца, к площади поперечного сечения А₀ в месте надреза. Ударную вязкость (КС) в Дж/м² (кгс×м/см²) оценивают по формуле:

 

КС = К/S_o,

где К– работа удара, Дж (кгс×м);

Работу разрушения образца определяют на маятниковом копре и рассчитывают по формуле:

А_н = Р (h₁ - h₂),

где Р – вес груза маятника, h1, h2 – высоты подъема груза до и после разрушения образца.

S₀ – начальная площадь поперечного сечения образца в месте концентратора, м²(см²), вычисляемая по формуле:

S₀=НВ,

где Н - начальная высота рабочей части образца, м(см); В – начальная ширина образца, м(см).Н и В измеряют с абсолютной погрешностью не более ±0,05 мм.

Значение КС записывается в протоколе с округлением до 1 Дж/см², при КС>10 Дж/см² или до 0,1 Дж/см² при КС<10 Дж/см².

Ударную вязкость обозначают сочетанием букв и цифр. Первые две буквы КС обозначают символ ударной вязкости, третья буква – вид концентратора; первая цифра – максимальная энергия удара маятника, вторая – глубина концентратора и третья – ширина образца. Например: КСТ+100 150/3/7,5 – ударная вязкость, определённая на образце с концентратором видаТ, при температуре плюс 100°С, максимальная энергия удара маятника 150 Дж, глубина концентратора 3 мм, ширина образца 7,5 мм.

Если испытания проводятся при комнатной температуре (t = 20 ± 10°С), то температура в обозначениях не проставляется.

Размерность

1кгс = 9,8 Дж.

Килограмм-сила (кгс) – единица измерения силы. Определяется как сила, действующая на тело массой в 1 килограмм под воздействием стандартного ускорения свободного падения.

Килограмм-сила удобна тем, что вес получается численно равным массе, поэтому человеку легко представить, например, что такое сила 5 кгс.

1 кгс = 9,80665 ньютонов точно 1 Н ≈ 0,10197162 кгс.

1 кгм (килограмм-сила-метр) – работа, совершаемая силой 1 кгс при перемещении точки приложенияэтой силы на расстояние 1 метр по её направлению.

1 кгм = 9,80665 Дж.