7 ВИПРОБУВАННЯ НА УДАРНУ В'ЯЗКІСТЬ 7.1 Напружений стан під час випробування
Випробування на ударну в'язкість – один із найстаріших методів ударних випробувань, який був відомий ще в 1884 р. Значення цього методу полягає у тому, що він поєднує у собі три види випробувань: випробування на згин, випробування зразка з надрізом і випробування дією ударного навантаження. Тому навіть незначна зміна умов випробувань дозволяє визначати істотно різні характеристики випробовуваного матеріалу.
Цей метод випробувань застосовують в основному для визначення схильності до крихкого руйнування металевих матеріалів. Підбираючи потрібний режим випробувань, можна здійснити «зсув» температурного інтервалу, відповідного крихкому зламу з області низьких температур, близько -200 °С для випадку статичного розтягування, до діапазону від -60 до 60 °С – для випадку випробувань в умовах дії ударного навантаження.
Випробування ж матеріалів у цьому температурному діапазоні не становить ніяких технічних труднощів. Крім того, випробування на ударну в'язкість дозволяють вивчати процеси старіння, контролювати правильність термообробки і випробовувати зварні з'єднання. Переваги цього методу полягають у швидкості, малій витраті матеріалу, а також у тому, що зразок для випробувань може бути легко виготовлений.
Вирішальний вплив на крихкий або в'язкий злам при деформаціях, що перевищують пружні, чинять три фактори:
а) розподіл навантажень у зразку;
б) швидкість деформації;
в) температура.
При згині зразка з надрізом напруження ?1, що діють уздовж зразка, біля основи надрізу концентруються. Їх величина у два – три рази перевищує номінальні напруження, що визначаються за формулою
.
На елементарний об'єм металу, розміщеного біля основи надрізу в середній частині зразка, крім напружень ?1, діють ще розтягувальні напруження ?2 і ?3. Схема напруження цього елемента показана на рис. 7.1.
Такий напружений стан і швидкісне навантаження зразка під час дії удару маятника сприяють окрихчуванню металу.
На протилежному боці зразка при згині створюються напруження стискування.
Рисунок 7.1 – Напружений стан під час проби на ударний згин зразка з надрізом (заштрихований робочий перетин зразка, а пунктиром показана форма цього перетину при згині)
Наявність напружень ?1, і ?3 доведено методом фотопружності, а наявність напружень ?2 випливає з розгляду умов деформації робочого перерізу зразка.
Сприятливий для крихкого руйнування напружений стан металу біля основи надрізу викликає появу першої тріщини саме в цьому місці зразка.
Біля вістря виниклої тріщини створюється аналогічний напружений стан, але з дуже сильною концентрацією напружень, що сприяє просуванню тріщини, що зародилася, в товщину зразка аж до його повного руйнування.
Характеристика напруженого стану після появи тріщини змінюється, відповідно змінюються й умови руйнування. Оцінити кількісно ці зміни поки що не є можливим. Про результати доводиться робити висновки за виглядом зламу. Кристалічні блискучі ділянки у зламі зразка свідчать про крихкий характер руйнування (без істотної пластичної деформації), матові ділянки – про в'язке руйнування, що супроводжується пластичною деформацією металу.
Зниження температури зразка сприяє крихкому зламу, підвищення температури зразка перед випробуванням, як правило, – до в'язкого зламу. Робота, що витрачається при крихкому руйнуванні зразка, менша, ніж при в'язкому руйнуванні.
Можна побудувати залежність ударної в'язкості від температури зразка перед випробуванням (рис. 7.2 а). Як бачимо з рис. 7.2, існує температурний інтервал, в якому ударна в'язкість змінює своє значення. Положення перехідного інтервалу по осі абсцис використовується для характеристики «холодноламкості» металу. Чим нижча температура, при якій спостерігається зміна ударної в'язкості, тим більш стійкий метал проти окрихчування за рахунок зниження температури.
Чисельною характеристикою холодноламкості (або холодостійкості) береться так звана критична температура, залежна від положення перехідного інтервалу. Положення інтервалу (рис. 7.2 а) характеризується по-різному. Можна брати температуру, при якій ударна в'язкість починає знижуватися (точка А), або середину інтервалу (точка В), або температуру, при якій ударна в'язкість набуває найменшого значення (точка С).
Рисунок 7.2 – Залежність ударної в'язкості від температури: а – схема залежності; б – залежність ?н – армко-заліза від температури (1 – нормальний надріз (Менаже) з радіусом біля основи 1 мм; 2 – гострий надріз із радіусом 0,1 мм)
Якщо в межах перехідної ділянки у зламі зразків з'являються ділянки з кристалічною будовою, то за критичну температуру можна взяти ту, при якій кристалічні ділянки становлять 50% усієї площі зламу. Якщо кристалічні ділянки не з'являються, то необхідно взяти яку-небудь іншу умову.
Очевидно, вказуючи критичну температуру крихкості, необхідно вказати й умову, за якою її визначали (рис. 7.2 б).
Положення перехідного температурного інтервалу залежить від форми надрізу на зразку. При гострішому надрізі температурний інтервал зміщується у бік вищих температур і навпаки.
.
