Испытания на ударную вязкость.

 Испыта­ния на ударную вязкость относятся к динамическим. Их используют для оценки склонности металла к хрупкому разрушению.

Для опреде­ления ударной вязкости используют прямоугольные образцы с надрезом, кото­рый служит концентратором напряжений. Используют U- и V-образные образцы. В зависимости от формы надреза ударная вязкость обозначается KCU или KCV. Образец устанавливают на маятниковом копре (рис. 13) так, чтобы удар маятника происхо­дил против надреза, раскрывая его. Маятник поднимают на высо­ту h₁ , при падении он разрушает образец, поднимаясь на высоту h₂, h_]> h₂ (так как часть запасенной при подъеме работы тратится на разрушение образца). Таким образом, работа разрушения со­ставит: А = mg( h_] - h₂) [кгс-м или кДж]. Ее значения считываются со шкалы, установленной на маятниковом копре.

 

Рисунок 13 – Схема испытаний на ударную вязкость:

а – схема маятникового копра; б – расположение образца на копре;

1 – корпус; 2 – маятник; 3 – образец.

 

Ударная вязкость — это относительная ра­бота разрушения, т.е. работа, отнесенная к площади образца до разрушения. Таким об­разом,

 

                                    KCU(KCV) = A/ F.

 

Разрушение металла при ударных нагруз­ках развивается в две стадии. На первой зарождается трещина, на второй она распро­страняется до разрушения образца. Таким об­разом, суммарная величина работы разруше­ния складывается из двух составляющих — ра­боты по зарождению  и распространению трещины. Эти составляющие зависят от структуры материала. Надежность материала определяется работой распространения тре­щины. У хрупких материалов величина эта величина близка к 0. Существуют несколько способов разделения работы разрушения. Так, на элек­троэрозионном станке на образце заранее создают очень тонкий надрез (несколько мкм), т.е. трещину. Следовательно, при раз­рушении необходимо затратить только рабо­ту на распространение трещины.

У многих металлов и сплавов (в первую очередь, имеющих объем-ноцентрированную кубическую и гексагональную решетки) с пони­жением температуры наблюдается переход от вязкого разрушения к хрупкому, проявляющийся в снижении ударной вязкости и измене­нии характера излома. Температурный интервал изменения характера разрушения называется порогом хладноломкости или критической тем­пературой хрупкости. В зависимости от структурного состояния метал­ла и уровня прочности переход к хрупкому разрушению может быть плавным или резким.

При температурах порога хладноломкости происходит переход от вязкого волокнистого излома к хрупкому кристаллическому. Часто порог хлад­ноломкости определяют по температуре испытания, при которой в изломе имеется 50% вязкой волокнистой составляющей Т₅₀. Чем выше порог хладноломкости, тем больше склонность металла к хрупкому разрушению. Изделия следует эксплуатировать при температурах выше порога хладноломкости, когда хрупкое разрушение исключается.

На порог хладноломкости оказывают влияние величина зерна, химической состав, масштабный фактор (размеры изделия), кон­центраторы напряжений, скорость нагружения и т.д. Для эксплуа­тации в северных условиях необходимы стали с низким порогом хладноломкости — «северного исполнения». Снижение порога хладноломкости достигается легированием никелем.

 

Испытания на усталость.

Усталость – процесс постепенного накопления повреждений в материале при действии циклических нагрузок, приводящий к образованию трещин и разрушению.

 Усталостное разрушение металлов про­исходит в условиях повторяющихся знакопеременных напряжений, значения которых меньше предела прочности. Этот процесс посте­пенного разрушения — усталость заключается в том, что под дей­ствием большого числа циклов переменных нагрузок в наиболее нагруженном или ослабленном месте металла зарождается, а затем растет трещина, при этом площадь сплошного металла уменьшает­ся, т.е. напряжения возрастают при постоянной нагрузке Уменьшение площади приводит к росту напряжений. Насту­пает момент, когда оставшаяся неповрежденная часть сечения уже не может выдержать приложенной нагрузки, так как действующие напряжения выше предела прочности, при этом проис­ходит быстрое разрушение металла.

Свойство материала противостоять усталости называется вынос­ливостью. Наибольшее напряжение, которое выдерживает металл без разрушения при повторении заранее заданного числа циклов, называют пределом выносливости.

Испытание на усталость чаще всего осуществляют на вращаю­щемся образце с приложенной постоянной изгибающей нагрузкой. Напряжения в каждой точке на образце за один оборот изменяют­ся от положительных (растяжение) до отрицательных (сжатие), т.е. меняются по закону синусоиды.

Испытания выполняются следующим образом. При заданном на­пряжении определяется количество циклов до разрушения, полу­ченное значение наносится на график, в результате получают кривую усталости (рис. 14).

 

Рисунок 14 – Кривая усталости.

 

 Как видно, на этой кривой существует напряжение, которое вообще не вызывает разрушения, это и есть предел выносливости, т.е. при напряжени­ях ниже, чем σ_-1, деталь может работать сколь угодно долго.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      

На рис. 15 приведена типичная схема испытаний на усталость с соот­ветствующими циклами напряжений. Согласно схеме, циклическое нагружение осуществляется подвешенным неподвижным грузом при вращении консольно закрепленного образца.

 

Рисунок 15 – Пример испытаний на усталость.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: