Определение ударной вязкости стали

Лабораторная работа №15. Экспериментальное определению ударной вязкости для стали.

Цель работы – определить опытным путем ударную вязкость пластичного материала.

Основные сведения

При выборе материала для деталей, подвергающихся динамическим воздействиям, руководствуются так называемой ударной пробой. Она заключается в том, что образцы материала подвергают разрушению изгибным ударом, измеряя количество энергии, затраченной на разрушение образца.

Испытание проводится на маятниковом копре МК-З0А.

Способность материала сопротивляться ударным нагрузкам характеризуется ударной вязкостью и определяется отношением работы W, затраченной на разрушение образца, к площади поперечного сечения А в месте излома:

a_к=W/A (15.1)

Чем больше ударная вязкость a_к, тем лучше материал сопротивляется динамическим нагрузкам. В технических условиях указывается наименьшее значение ударной вязкости при комнатной температуре для сталей; оно находится в интервале 0,6 — 1,0 Дж/мм².

Согласно ГОСТ 9454-78 образцы для испытания должны иметь стандартные размеры и установленный надрез. Основной стандартный образец указан на рис. 15.1. Определяется ударная вязкость не менее чем на шести образцах.

Рис. 15.1. Испытание образца ударной нагрузкой

Удар падающего маятника должен приходиться по ослабленному месту (сечению); в зоне надреза создается объемное напряженное состояние с большой концентрацией напряжений.

Стальной образец для испытания на ударную вязкость

При понижении температуры (уже до -20°С) ударная вязкость уменьшается и при достижении так называемой критической температуры (порядка -40, -60°С), резко снижается (в 2 — 4 раза). Поэтому для материалов, работающих при низких температурах, исследование влияния температуры обязательно. Испытания при комнатной температуре косвенно характеризуют работу материала и при низкой температуре.

Характерен вид места разрушения образца: при вязком разрушении поверхность излома матовая, волокнистая, мелкозернистая, при хрупком разрушения — зернистая, блестящая, с малозаметными остаточными деформациями.

Порядок выполнения и обработка результатов

После установки образца на опоры (рис. 15.1) и подъема маятника копра снимается значение энергий взведенного маятника W_взв и заносится в журнал испытаний. Затем открывается предохранительный диск на раме копра и маятник, падая, разрушает образец.

На шкале отсчетного механизма по положению контрольной стрелки определяют величину W_ост – остаточный запас энергии (работы) после удара. Определяется величина работы, затраченной на разрушение образца, W = W_взв — W_ост и ударная вязкость образца по формуле (15.1). Затем находится среднее для серии образцов значение а_к и описывается характер разрушения образцов, эти данные заносятся в журнал испытаний.

Выполняемая работа позволяет также обнаружить пороки металла, которые являются скрытыми при статических механических испытаниях: трещины от закалки, рыхлость, усадочные трещины.