Что такое ударная вязкость металлов и как её испытывают

Физических параметров у любого материала очень много. Это не только длина, ширина и высота, но и другие, про которые мало кто догадывается. У металлов одним из самых важных физических параметров является ударная вязкость. Что это такое и почему она важна? Как её измеряют, а затем используют?

Что называют ударной вязкостью

Первоначально следует определиться с терминологической базой. Ударной вязкостью называют способность металла в процессе деформации поглощать механическую энергию, величина которой ведёт к разрушениям. Испытание проводится до момента разрушения или разрыва опытного образца и выражается в кДж/м² или в Дж/см². Обозначают ударную вязкость металлов буквами КС. В конце есть ещё третий символ, который указывает на вид надреза: V – является острым, U – имеет радиус закругления, Т – трещина.

Установление ударной вязкости может быть сделано с помощью разных лабораторных методов исследования, которые разнятся:

1. Способами, которыми образец закрепляется на испытательном стенде.
2. Объектом приложения нагрузки: маятник, гиря, молот.
3. Отсутствием или наличием разрезов в местах, где прилагается удар.

Ударная вязкость металлов позволяет определить склонность к деформации. И в зависимости от типа разрушений, который потенциально будет оказываться на материал, и выбирают метод исследования. В статье будет рассмотрен вариант установления ударной вязкости с помощью маятника. Отличия других видов нагрузки заключаются в особенностях применения инструментов. Так, если воспользоваться небольшим молоточком, который будет наносить удары по образцу, то можно проверить подверженность разрушению при точечных ударах.

Маятниковый копер

Испытания на ударную вязкость осуществляются с помощью маятникового копра. Прежде чем на нём проводить эксперименты, необходимо изготовить образцы, которые будут иметь форму маленького бруса, у которого квадратное поперечное сечение. Для возможности сравнения результатов испытания должны проводиться в одинаковых условиях.

Разрушения, наносимые в ходе эксперимента, имеют различный характер, который зависит от характеристик металла. Так, при работе с хрупким материалом образец просто разломается, но его форма не будет изменена. Брусочки пластичных металлов будут иметь значительный изгиб в том месте, где будет излом.

Отбор образцов

К выбору брусочков подход должен быть основательным. Так, технология изготовления заготовок, место вырезки и ориентация оси концентратора прописана в ГОСТ 7565. Единственный вариант другого исполнения – когда предусмотрено иное в технической документации, выданной на продукцию. При создании образцов нужно следить, чтобы на нём не было наклепа, а также, чтобы он не нагревался настолько, чтобы изменялись его свойства. Число и тип заготовок, а также порядок проведения их повторных испытаний должны указываться в технической документации на разрабатываемую продукцию.

Подготовка к испытанию и его проведение

Прежде чем приступать к выяснению, какая ударная вязкость у металла, необходимо проверить, правильно ли расположен указатель работы во время свободного падения в маятнике. Для маятникового копра с цифровыми устройствами отчета указатель должен показывать значение «нуль». Проводится установление температур:

1. За градус эксперимента принимают значение, которое есть в момент удара.
2. Указывают комнатную температуру (20 градусов по Цельсию с отклонением не больше 10 градусов).
3. При проведении эксперимента в условиях ниже комнатных, образец должен быть заранее переохлажден.
4. Во время испытания в условиях выше комнатных, образец должен быть перегрет.

Порядок проведения эксперимента с образцом:

1. Заготовка должна свободно лежать, будучи положенной на опоры копра. Устанавливается она на своё место при помощи шаблона, который в свою очередь обеспечивает симметричное расположение концентратора относительно опор, при этом погрешность не должна превышать 0,5 миллиметра. В случае использования торцевых ограничителей следует удостовериться, что они не будут заготовке мешать свободно деформироваться во время проведения экспериментов.
2. Испытание на ударную вязкость происходит при прикосновении маятника. Он во время эксперимента движется со стороны, противоположной концентратору.
3. Работа удара определяется при помощи шкалы маятникового копра или подобных отсчетных устройств, которые могут измерить ударную вязкость.

Результат значительным образом будет зависеть от целого ряда причин. К примеру, ударная вязкость стали в зависимости от температуры при переохлаждении может составлять от 300 до 1000 кДж/м².

Обработка полученных результатов

Данные получены, сейчас необходимо присвоить ударную вязкость полученным значениям. Работа удара описывается двумя буквами. Сначала идёт К, которая является символом произошедшего действия. А вторая может меняться – U,V или Т – в зависимости от вида концентратора. Затем идут цифры, которыми обозначена максимальная энергия удара маятника, ширина образца и грубина концентратора.

Учитывая, что маятниковый копер имеет ограничения по прилагаемой силе, то образцы не всегда оказываются разрушенными полностью. В таких случаях считается, что установить показатель качества исследуемого материала не представилось возможным, а он сам – не найден. В протоколе исследования необходимо указать, что образец при приложении максимальной силы маятника не разрушился. Результаты эксперимента не учитываются в тех случаях, когда заготовка приходит в негодность из-за дефектов металлургического производства.