Ударная вязкость металла, что это такое, в чем измеряется, обозначение, определение - www.rocta.ru
mail
stanok
lines1
lines2
О компании Написать письмо Информация Контакты
rosta-w
тел: 8-908-135-59-82; (473) 239-65-79; 8-800-707-53-38 (Звонок по РФ бесплатный)
 

Что такое ударная вязкость металлов и как её испытывают

Довольно распространена ситуация, когда различные металлические изделия одновременно подвергаются статическим и ударным повреждениям. Например, когда автомобиль движется по ровному асфальтовому покрытию – нагрузка на его детали распределена равномерно. Но как только колесо попадает в выбоину или наезжает на камень – подвеска претерпевает удар. Из-за того, что колебательные толчки во много раз превышают скорость приложения статических, происходит деформирование конструкции или ее разрушение.

Стоит отметить, что мягкие (вязкие) стальные сплавы, например, медные и алюминиевые, переносят удары значительно лучше, чем чугунные. Чтобы правильно подобрать материал для изготовления определенного агрегата или запчасти, проводят замеры на ударопрочность. Что это такое – вязкость металла и при чем здесь удар, как она измеряется, а также какие материалы лучше всего переносят повреждения – узнаете дальше в нашей статье.



Нарезка внутренней резьбы метчиком вручную

Что такое ударная вязкость металла

Под этой категорией следует понимать способность стали поглощать всю ту энергию, которая образуется при столкновении. Данное свойство представляет собой один из основных критериев при оценке прочности металлических конструкций.

От чего ударовязкость зависит

Ударопрочность во многом подчиняется температурному режиму, при котором проводится испытание. Температуру, при которой показатель сопротивления стального сплава существенно ухудшается принято называть областью температурной хрупкости.

Во время проведения экспериментов по определению ударной вязкости, следует создать такие условия, при которых градусы и ломкость не совпадали бы между собой. По этой причине, проверка прочности конструкций проводится сначала при оптимальном режиме, а затем производят понижение температуры от 40 до 80 градусов ниже нуля. Проще всего это можно сделать, используя специализированную камера холода. Если таковой нет, образец помещают в емкость с керосином и сухим льдом.



Нарезка внутренней резьбы метчиком вручную

Ломкость при низких показателях обозначает хладноломкость сплава. Этот показатель определяется использованием нескольких образцов одной плавки и разных температурных режимов. По окончании испытания получается определенная диаграмма, на основании которой и устанавливается порог прочности стали. Чем ниже этот критерий, тем надежнее стальной сплав. В большинстве случаев, низколегированные материалы оказываются крайне хрупкими при работе в сильные морозы.



Нарезка внутренней резьбы метчиком вручную

Помимо температуры, на вязкость металла оказывает большое влияние и химический состав стального сплава, в частности, наличие разнообразных примесей и легирующих компонентов. Например, при нарушении технологии проведения сварочных действий в зоне сварки может образоваться мартенсит, это может стать причиной снижения показателя в несколько раз.

Скорость деформации является еще одним из весомых внешних нюансов, которые оказывают влияние на сопротивление стали. Увеличение этого показателя вносит свои коррективы точно так же, как и понижение температурного режима. В разных эксплуатационных средах скорость деформирования способна изменяться в довольно широком диапазоне – 10-6-106 с-1. По этой причине основные функциональные характеристики материала плавления могут быть подвержены кардинальным изменениям, что и определяет необходимость в осуществлении динамического испытания.

Что касается статических тестов, то все они проводятся при показателях в 10-4-10-2 с-1. В этих значениях изменение скорости никак не сказывается на характеристиках материала.

В чем измеряется ударная вязкость и как обозначается

Измерение ударной вязкости заключается в проверке образца металла динамической нагрузкой, которая представляет собой отношение работы необходимой для разрушения стали изгибающим ударом, к минимальной площади поперечного сечения, взятого для замера образца.

Ударная вязкость, обозначение буквами KC, часто может обозначаться символами KCU, KCT, KCV. Эти аббревиатуры характеризуют тип надреза, который был использован в процессе проведения испытаний, например:

  • KCU – с закругленным радиусом (рис. а).
  • KCT – трещина (рис. б).
  • KCV – острый (рис. в).


Нарезка внутренней резьбы метчиком вручную

Образцы для испытаний

Эти детали изготавливают в рамках тестирования ударопрочности. Определение плотности металла включает использование трех их видов (согласно ГОСТу 9454):

  • Длина которых равна 55 мм, а разрез – 10х10 мм. Они обладают разрезом в форме литеры U, при этом ширина и глубина по 2 мм, а радиус – 1 мм. KCU ударная вязкость чаще измеряется при проведении приемочного контроля изделий металлопроката. Эти бруски имеют и второе название – Шарпи.
  • Далее Менаже, которые обладают точно такими же габаритами, как и предыдущие. Единственное отличие – V-образный вырез. Ударовязкость KCV измеряется при проверке металлов для сложных конструкций, требующих большой ответственности, например, деталей автомобилей и летательных аппаратов.
  • Последний – Т-образный. Длина, высота и ширина подобных изделий равна 55 мм, 11 мм и 10 мм. Разрез имитирует усталостную трещину, а образцы задействованы в тестировании сырья, используемого для создания особо сложных механизмов.

Определение ударовязкости

В прошлом столетия французский ученый Жорж Шарпи выступал на одном из собраний Международной ассоциации испытательных материалов, где и представил результаты своего исследования стали с использованием маятника. Кроме того, инженер узнал, что использование надрезанной заготовки имеет важное значение для увеличения чувствительности, а также воспроизводимости самого измерения. На изучение характеристик проведения тестов у этого иностранного ученого ушли годы, в связи с чем было принято решение назвать итоги исследования удара в его честь.

Тест на это свойство вязкости металла определяет взаимную связь переходного и хрупкого переключения в поглощенной энергии при различных температурах. Вызвано это переходом всех объемных центрированных кубических сплавов от вязкого состояния (при высоком температурном режиме) к более неустойчивому (при падении градусов).



Нарезка внутренней резьбы метчиком вручную

Это испытание является обязательным при проверке проб, которые подвержены высоким нагрузкам и применяются, например, для создания оболочки корпусов морских судов, а также различных емкостей, используемых в функционировании атомной станции и прочих установках.

Метод Шарпи

Сегодня этот способ слегка видоизменен, но в большинстве стран мира он стандартизирован. Определение показателей вязкости этим приемом основано на разрушении надрезанного посередине образца, сделанного с помощью маятникового копера. Формула для расчета КС выглядит следующим образом:



Нарезка внутренней резьбы метчиком вручную

где F является площадью поперечного сечения, а К – показатель работы разрушения.



Нарезка внутренней резьбы метчиком вручную

Алгоритм проведения испытания

  1. Для изучения механических свойств образец закрепляют на копере таким образом, чтобы удар осуществлялся против надреза.


  2. Нарезка внутренней резьбы метчиком вручную

  3. Маятник, обладающий определенной массой (обозначается литерой G), поднимается в верхнюю часть (высоту H) при помощи специальной рукоятки.
  4. В момент падения он бьет по образцу, разрушая его при этом, и поднимается на высоту положения h.
  5. Формула определения запаса потенциальной энергии может быть обозначена через GH, соответственно получается следующее уравнение:


  6. Нарезка внутренней резьбы метчиком вручную

  7. Если выразить высоту в верхнем положении до удара и высоту уже после него, то получится:


  8. Нарезка внутренней резьбы метчиком вручную

    где 'a' является углом начального подъема, а 'b' – углом поднятия уже после удара.

  9. В приведенном случае определение удара на излом (вне зависимости от того KCU это, KCT или KCV ударная вязкость) не составит особой сложности, так как длина маятника и вес груза известны, ? – величина постоянная, а ? определяется в ходе проведения тестов.


Нарезка внутренней резьбы метчиком вручную

Определение ударной вязкости металлов осуществляется в показателях Дж/м2.

Подобные лабораторные исследования могут быть произведены разными способами. В качестве маятниковой конструкции допускается применение гири или молота, которые при падении ударяют образец. Последний, кстати, может быть и без надреза, но если он все же присутствует, то его глубина должна быть не менее ? от толщины испытуемого объекта.

Другие испытания

Помимо тестовых изучений, стальные сплавы подвергаются и другим динамическим воздействиям, например, проведению замеров на растяжку и кручение. Но они не получили высокой популярности. Вызвано это двумя основными факторами:

  1. Подобные опыты выполнять намного энергозатратнее, нежели измерения на надежность.
  2. Они не способны дать свежие данные, которые можно получить при проведении работ на излом.

Эти исследования проводятся лишь в конкретных ситуациях, когда точно известны все условия работы металла.



Нарезка внутренней резьбы метчиком вручную

Таблица с показателями ударной вязкости для разных металлов

Исходя из установленных стандартов, параметры KCV и KCU значительно лучше у стальных конструкций, которые обработаны термически. Именно по этой причине производитель подобного высокопрочного и износостойкого металлопроката применяет термообработку, при этом он не рекомендует нагревать изделия до температуры выше 200 градусов. Ниже представлена таблица, где уже произведено измерение ударной вязкости.

Наименование или марка стали*** Ударная вязкость KCV, Дж/см2 **
+ 20 + 10 0 -10 -15 -20 -30 -35 -40 -50 -60 после мех. старения при 20°С
не менее                        
1 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
С255 (СтЗсп5)     35 30               30
ГОСТ 27772   35 30                 30
35 30                   30
С315       35 30             30
ТУ       35 30             30
14-104-     35 30               30
133-92                       30
С 345-3 (09Г2С-12)                 35     35
С 345-4               35       35
(09Г2С-15)             35         35
ГОСТ 27772           35           35
09Г2У                 35     35
ТУ 14-1-5136-92                 35     35
08ГНБ ТУ 14-104-159-96                     50 35
10Г2ФБ             60 50 35     35
ТУ 14-1-4083-86         60 50     35     35
09ГБЮ ТУ 14-1-4358-87                 60     35
10Г2СБ           50            
ТУ- 14-1-5270-94           50            
08Г2БТ-У, 08Г2Б-У ТУ 14-1-4349-87           70 50         50
С 590 К ГОСТ 27772-88             50   35     35
122ГН2М ФАЮ-У ТУ 14-104-167-97                 50   35 35

На нашем сайте вы можете узнать о других свойствах металлов, а также найти широкий перечень оборудования для ленточного пиления. Переходите в наш каталог, чтобы узнать больше.



Наша продукция: