Нагружении образцов. Определение ударной вязкости металла

Механические свойства, определяемые при динамическом

Металл, используемый в практике для изготовления любых металлоконструкций, является (за редким исключением) поликристаллическим материалов, весьма неоднородным по химическому составу, структуре, свойствам (рис.14,20). При этом степень неоднородности (анизотропии) поликристаллического металла существенно зависит от условий ведения плавки, схемы кристаллизации, обработки давлением, режима термообработки и т.д. На рис.14; 19;20 приведены микроструктуры малоуглеродистой низколегированной толстолистовой стали (типа 10Г2ФБ) после горячей (нормализационной) прокатки с ярко выраженной структурной неоднородностью (Ф+П полосчатостью), которая усугубляется еще и химической (ликвационной) неоднородностью металла, особенно заметно в центральных объемах проката (рис.14;19,20).

Рис. 14 - Микроструктура листового проката из малоуглеродистой низколегированной стали 10Г2ФБ после контролируемой прокатки (Сухомлин Г.Д.)

Для надежной работы металлоизделий в различных условиях, в т.ч. и при низких температурах, целесообразно знать условия перехода металла в хрупкое состояние для предотвращения его хрупкого разрушения. Различие между хрупким и вязким разрушением проявляется прежде всего в величине пластической деформации металла перед разрушением. Оба типа разрушения (хрупкое и вязкое) включают обязательные стадии:

-образование зародыша трещины (соответственно, работа на зарождение трещины);

-развитие трещины (соответственно, работа развития трещин).

Качественное различие хрупкого и вязкого разрушения по такой схеме отличается скоростью распространения трещины. При хрупком разрушении эта скорость достигает 0,4-0,5 скорости распространения звука в материале образца.

Для оценки склонности металла к хрупкому разрушению проводят испытания на ударный изгиб образцов (рис.) с надрезом (концентратором напряжений) при различных температурах, в результате которых определяют уровень ударной вязкости КС (U или V- обозначение вида концентратора на ударных образцах) металла образцов (энергетическая характеристика процесса).

Ударная вязкость (КС) определяется как работа, затраченная на ударный излом образца, отнесенная к площади его поперечного сечения в месте нанесения надреза (концентратора напряжений). К символу ударной вязкости добавляется еще вид надреза (обозначают символом V или U, например КСU; Дж\см² или МДж\м²) и температуру испытания образца в градусах Цельсия (например, КСU^-20).

В соответствии с ГОСТ 9454 для определения ударной вязкости применяют призматические образцы с различными типами концентраторов напряжений (надрезами). Наиболее часто в промышленности используют образцы 10х10х55мм с острым надрезом – обозначают символом V (образец Шарпи, радиус у устья надреза 0.25мм при угле надреза 45⁰, обозначение ударной вязкости КСV) и с мягким надрезом- обозначают символом U (образец Менаже, радиус у устья надреза 1,0мм при его ширине 2 мм - обозначение ударной вязкости КСU). Испытания таких образцов проводят на маятниковых копрах (рис.15-18).

Рис. 15 -Типы образцов для определения ударной вязкости материала при ударном испытании на маятниковых копрах (а - образец Менаже; б - образец Шарпи).

Изготовление ударных образцов и выбор плоскости нанесения концентратора напряжений на образец должны предусматривать, что концентратор обязательно должен быть для всех слоев структурных составляющих металлопроката (рис.19,б – т.е. наноситься по толщине металлопроката), т.к. в случае, когда концентратор будет нанесен только для поверхностных слоев металла (рис.19,а), значения ударной вязкости при испытании таких образцов будут существенно завышены и не будут соответствовать нормируемым условиям проведения испытаний.

Рис.16 - Схема маятникового копра и операции определения ударной вязкости металла образца с острым надрезом (концентратором) – KCV, Дж\см².

Рис. 17 -Опора маятникового копра, в которую закладывают ударный образец для испытания	Рис. 18 -Стадии ударного испытания ударного образца в маятниковом копре

Структурное состояние металла изделий часто бывает очень неоднородное по сечению, что соответственно обусловливает анизотропию и свойств металла. Поэтому часто необходимо знать уровень свойств металла в различных сечениях, что предопределяет и места отбора образцов для его испытания. При изготовлении и испытании ударных испытаний важно правильно с методологической точки зрения нанести концентратор напряжений на металл образца, который должен изменить напряженное состояние всего испытываемого объема металла. При отборе металла для изготовления разрывных и ударных образцов обязательно указывается ориентация структуры по отношению к направлению деформации (например, к направлению горячей прокатки – вдоль направления или поперек направления прокатки).

А)

Б)

Рис.19 -Вид ударних образцов (образец Шарпи в соответствии с ГОСТ 9454-78) для испытания на изгиб с V-образным концентратором, нанесенням вдоль (а) направления прокатки и перпендикулярно к направлению прокатки (б) (Сухомлин Г.Д.)

При этом следует понимать, что испытания для определения ударной вязкости (КС) характеризуют суммарное сопротивление образца:

-пластической деформации (в начальный момент приложения нагрузки – работа на пластическую деформацию и зарождение трещины);

-сопротивление металла образца распространению трещины.

Таким образом, полная работа (А_П), определяемая при ударных испытаниях образцов на маятниковом копре состоит из:

-работы зарождения трещины (А_З), состоит из работы на упругую деформацию образца (А_упр) и работы на пластическую деформацию металла и зарождение трещины (А_пл);

Дата добавления: 2014-10-23