2.2 Випробування на ударний згин (гост 9454-78)

Полягає у руйнуванні зразка з концентратором посередині ударом маятникового копра. Кінці зразка розташовують на опорах. В результаті випробування визначається повна робота,використана при ударі (робота удару), або ударна в’язкість.

В’язкість – здатність матеріалу чинити опір деформуванню в залежності від швидкості деформацій.

Під ударною вязкістю розуміють ударну роботу,відносену до початкової площі поперечного перетину зразка в місці концентратора.

Випробування ударним згином передбачають використанні зразків з концентраторами різних видів: U – подібним з r=1 мм, V – подібним з r =0,25 мм і T – подібним з r=0 мм (рисунок 2.7.). В останьому випадку в зразках за допомогою вібраційного устаткування, ще до випробувань, створюється тріщина. Перехід від U – до V – та T – подібного виду концентратора підвищую роль концентратора і жорсткість випробувань. Згідно з ГОСТ 9454-78 для випробування використовують зразки довжиною 1=55 мм, шириною В=10; 7,5; 5 або 2 мм, висотою Н=8; 9; 10 або 11 мм; висотою робочого перетину Н₁ для U – подібних зразків – 5; 6; 7 або 8 мм, для V – подібних – 6 або 8 мм. Глибина надрізу h ₁ для Т-подібних зразків – 1,5 або 3,5 мм, глибина концентратора h 3,0 або 5,0 мм.

Рисунок 2.7. – Зразки з різними концентраторами напружень U , V та T – подібного

При випробуванні зразків з L=55 мм відстань між опорами повинна бути 40 мм. Згинаючий ніж має перетин у вигляді трикутника з кутом при вершині 30˚ та радіусом заокруглення 2 мм.

Випробування на згин проводять на маятникових копрах з граничною енергією, що не перевищує 300 Дж. Зразок 3 (рис. 2.8) кладуть горизонтально в спеціальний шаблон 2, що забезпечує установку надрізу суворо в середині прольоту між опорами. Удару завдають з боку, протилежною надрізу, в площині, перперндикулярній повздовжній осі зразка, наприклад як показано на рисунку 2.9 для зразка з U – подібним надрізом.

Рисунок 2.8 – Схема ударного випробування на згин на маятниковому копрі.

Рисунок 2.9. – схема встановлення зразка для випробування.

Маятник копра 1 (рис.2.8) закріплюється в початковому верхньому положенні. За шкалою фіксується кут підйому маятника α. Потім виймають защіпку, яка фіксує, та маятник 1 вільно падає під власною вагою, ударяє по зразку, згинає і руйнує його, піднимаючись відносно вертикальної осі копра на кут β. Цей кут тим менше, чим більша робота К витрачена маятником на деформацію і руйнування зразка.Швидкість копра V_k, м/с, у момент удару по зразку залежить від висоти підйому Н (рисунок 2.8.): V_k=(2gH)1/2

Де g – прискрення вільного падіння.

Величина роботи деформації і руйнування визначається різницею потенційних енергій маятника на початковому( після підйому на кут α1) і кінцевому (після зльоту на кут α2) моменту випробування: К=Р(Н-h), де Р – вага маятника; Н і h – відповідно висоти підйому і зльоту маятника.

Якщо довжина маятника L, то h=L(1-cosα1), Н=L(1-cosα1), і, отже, K=PL(cos α2-cosα1).

Необхідно прагнути, щоб кут β після руйнування зразка був невеликим. Знаючи повну роботу деформації і руйнування К, можна розрахувати основну характеристику, що отримується в результаті даних випробувань, - ударну в’язкість: КС=К/F, де F – площа поперечного перетину зразка в місці надрізу до випробування. Стандартна розмірність ударної в’язкості Дж/м² або Дж/см².

КСU – ударна в’язкість, визначена на зразку з U-образним концентратором при кімнатній температурі.

У массових динамічних випробуваннях на згин зразків з надрізом ударна в’язкість – єдина вихідна характеристика випробування.Діаграма деформації зазвичай не записується,оскільки це зв’язано з значними експерементальними труднощами. Загальний час випробування вимірюється частками секунди.

Характеристики пластичності – стрілу згину і кут згину – легко визначити,склавши дві половини зруйнваного зразка. Ударна в’язкість – це складна, комплексна характеристика, яка залежить від сукупності властивостей міцності та пластичності матеріалу. Величина роботи, що витрачається на пластичну деформацію і руйнування, буде тим більше, чим вище пластичність і рівень напружень плинності протягом випробування.

При ударних випробуваннях на згин зразків з надрізом напруження і пластична деформація концентрується в обмеженій частині об’єму зразка навколо надрізу. Саме тут поглинається практично вся работа удару.

Випробування проводять при температурі 20±10˚С.

При проведенні випробування висуваються наступні вимоги:

• при вирізанні заготовок метал зразків не повинен піддаватися наклепу та нагріву, які змінюють властивості металу;

• риски на поверхні концентраторів видимі без використання збільшуючих приладів, не допускаються;

• зразок повинен вільно лежати на опорах копра. Встановлення зразка відбувається за допомогою шаблону,який забезпечує симетричне розташування концентратора відносно опор з похибкою не більше ±0,5 мм.

• удар маятника повинен приходитися з боку, протилежного концентратора, в площині його симетрії;

• якщо в результаті випробування зразок не зруйнувався повністю, то показник якості матеріалу вважається не встановленим.

Повну роботу К (або ударну в’язкість КС) можна розділити на складові, що визначають роботу зародження і роботу розповсюдження тріщини. Для цього при заданій температурі випробування декілька зразків при двократному прикладанні ударного навантаження. Перший удар наносять маятником, який піднято на менший кут, ніж необхідно для повного руйнування. При цьому поблизу надрізу зароджується трішина. Потім наносять другий удар, піднявши маятник на висоту, яка використовується при стандартних випробуваннях, фіксують величину ударної в’язкості КС і вимірюють глибину отриманої при першому ударі тріщини, наприклад, за допомогою 10%-го лужного розчиу двохлористої міді,який забарвлює тріщину через осадження на її поверхні шару міді. Виходячи з того, що при другому ударі робота, пропорційна КС΄, витрачається тільки на розповсюдження тріщини, будують діаграму в координатах «довжина тріщини l – КС΄΄»(КС΄΄=КС-КС΄) , де КС – стардартна ударна в’язкість, яка була визначена в результаті одноразового удару (рисунок 2.10.) Точка перетину прямої l – КС΄΄ з віссю абсцис дає величину КС_з, пропорційну роботі зародження тріщини, а різниця КС-КС_з=КС_р – частку ударної в’язкості, що витрачається на розповсюдження тріщини.

Рисунок 2.10 – Схема розділення ударної в’язкості на складові