Единицы измерения ударной вязкости

Каковы единицы измерения ударной вязкости?

Величина ударной вязкости очень сильно зависит от температуры. По мере понижения температуры ударная вязкость образцов из одного и того же материала уменьшается. У некоторых материалов существует температурный интервал, в котором удельная ударная вязкость резко меняет свое значение.

Что понимается под ударной вязкостью стали?

Ударная вязкость — способность материала поглощать механическую энергию в процессе деформации и разрушения под действием ударной нагрузки.

Какую размерность имеет ударная вязкость?

Подробно остановились даже на том, в каких единицах измеряется ударная вязкость (размерность ее – Дж/м2, напоминаем).

Как измеряется ударная вязкость?

Измеряется ударная вязкость в кгc/см2 или в Дж/см2, данная размерность показывает отношение работы, потраченной на разрушение испытываемого образца, к площади его поперечного сечения.

В чем сущность метода определения ударной вязкости по Шарпи?

Сущность метода заключается в испытании, при котором образец, лежащий на двух опорах, подвергается удару маятника, причем линия удара находится посередине между опорами и непосредственно напротив надреза у образцов с надрезом. . Не инструментальный метод испытания на ударную вязкость.

Для чего проводят испытания ударной вязкости?

Для исследования склонности металла к хладноломкости и определения температуры перехода в хрупкое состояние проводят серию испытаний на ударную вязкость при пониженных температурах. Температура резкого уменьшения ударной вязкости называется порогом хладноломкости.

Что определяют по данным испытаний на ударную вязкость?

Испытание материалов на ударную вязкость основано на разрушении стандартного образца с концентратором (надрезом) посередине ударом на маятниковом копре. При испытании на удар оценивают работоспособность металла в сложных условиях нагружения и выявляют его склонность к хрупкому разрушению.

Чем вызвана необходимость проведения испытаний на ударный изгиб?

В процессе эксплуатации реактора критическая температура хрупкости смещается в область более высоких температур, что создает опасность хрупкого разрушения корпуса при проектной аварии. Поэтому возникает необходимость в постоянном измерении данного параметра.

Чем больше ударная вязкость?

Чем больше ударная вязкость aк, тем лучше материал сопротивляется динамическим нагрузкам. В технических условиях указывается наименьшее значение ударной вязкости при комнатной температуре для сталей; оно находится в интервале 0,6 — 1,0 Дж/мм2. . Определяется ударная вязкость не менее чем на шести образцах.

Как устроен и работает маятниковый Копёр?

Маятниковые копры необходимы для проведения исследований. Главная часть копра – массивный маятник, снабженный ножом или лезвием. Маятник раскачивается благодаря подшипникам, которые зафиксированы на станине. Испытуемый образец материала или продукта фиксируется напротив маятника, закрепленного в исходном положении.

В чем измеряется вязкость металла?

Прибор для измерения вязкости называется вискозиметром.

Какие механические свойства можно определить при испытании на растяжение?

При испытании на растяжении определяются характеристики прочности и пластичности. Прочность – свойство материалов в определенных условиях и пределах, не разрушаясь, воспринимать те или иные воздействия. Механические свойства стали (в т. . и прочность) обычно определяют по условной диаграмме растяжения.

Какое свойство определяется испытанием на растяжение?

К таким свойствам относятся: предел прочности (временное сопротивление) при растяжении, пределы пропорциональности, упругости и текучести, относительное удлинение, относительное сужение, твердость и некоторые другие. Все они, кроме твердости и некоторых других, определяются при помощи испытаний на растяжение.

Каким символом обозначается ударная вязкость?

Ударную выязкость обозначают KCV, KCU, KCT. KC – символ ударной вязкости, третий символ показывает вид надреза: острый (V), с радиусом закругления (U), трещина (Т) (рисунок, позиция в).

Что такое вязкость металла?

Вязкостью называется способность материала (металла и до.) под действием нагрузки, усилия вытягиваться. Вязкость определяется силой, затраченной на разрыв сцепления молекул вещества. . Испытание материала на вязкость производится в приборах-прессах, используемых для испытания прочности.

К вопросу о методике определения ударной вязкости металлов и сплавов

В процессе эксплуатации делали пожарной и аварийно-спасательной техники подвергаются действию не только статических, плавно возрастающих нагрузок, но и испытывают динамические (ударные), действующие резко и возрастающие от нуля до своего максимального значения с большой скоростью. Под влиянием ударных нагрузок может произойти разрушение детали. Поэтому необходимо знать, насколько хорошо конструкционный материал сопротивляется таким нагрузкам. Для оценки способности сопротивляться динамическим (ударным) нагрузкам производят механические испытания материалов на ударную вязкость в рабочем диапазоне температур детали. Ударная вязкость — это способность материала сопротивляться ударным нагрузкам. Она характеризует способность материала поглощать механическую энергию внешних сил за счёт пластической деформации без нарушения сплошности строения, т. е. является энергетической характеристикой материала и выражается в единицах работы (энергии), приходящейся на разрушение единицы объёма материала образца.

Вязкость металлов и сплавов определяется их химическим составом, термической обработкой и другими внутренними факторами. Вязкость также зависит от условий, в которых работает металл (окружающей температуры, скорости нагружения, наличия концентраторов напряжения).

Ударная вязкость характеризует надёжность материала при динамических нагрузках, его способность сопротивляться хрупкому разрушению. Основным динамическим испытанием является метод испытания на ударный изгиб с определением ударной вязкости материала. Эти испытания позволяют определять способность металла противодействовать динамическим нагрузкам и выявлять склонность металла к хрупкому разрушению при различных температурах. В настоящее время наиболее распространенными методами испытаний материалов на ударную вязкость являются метод испытания по Шарпи (см. рис.1) и метод испытания по Изоду (см. рис. 2)

Рисунок 1. Определение ударной вязкости материалов по методу Шарпи Рисунок 2. Определение ударной вязкости материалов по методу Изода

Испытания на ударный изгиб проводят на приборе, называемом маятниковым копром. Простейший маятниковый копёр представлен на рис. 3.

Рисунок 3. Маятниковый копер: 1 — станина; 2 — маятник; 3 — шкала; 4 — образец; 5 — ремень ручного тормоза; 6 — рычаг ручного тормоза

Каждый копер имеет тяжёлый маятник 2, который свободно качается вокруг оси. При помощи специальной защёлки маятник может быть установлен на разной высоте. Если защёлку освободить, то маятник упадёт и взлетит по инерции на такую же высоту, на которую он был поднят. Если на пути падения маятника встретится препятствие в виде образца, то часть энергии падения затратится на преодоление этого препятствия, и маятник взлетит уже на меньшую высоту.

Метод испытания материалов на ударную вязкость основан на разрушении одним ударом маятникового копра стандартных образцов с надрезом определённой формы и размеров (см. рис. 4).

Рисунок 4. Образец для испытания на ударный изгиб

Схема испытаний на ударную вязкость представлена на рис. 5.

Рисунок 5. Схема испытаний на ударную вязкость

При испытаниях образец 4 устанавливают на пути падения маятника на две опоры станины 1 копра надрезом в сторону, противоположную удару ножа маятника (см. рис. 6).

Рисунок 6. Схема установки образца при испытании на ударную вязкость

Далее маятник 2 поднимают на определённую высоту, отклоняя под определённым углом α. Падая с высоты H, маятник изгибает образец и разрушает его. Затем по инерции поднимается на высоту h под углом β. Останавливают маятник ручкой тормоза.

Следовательно, общий запас энергии маятника будет расходоваться на изгиб и разрушение образца, а также на последующий взлёт (рис.5).

Если из общего запаса энергии маятника вычесть часть, затраченную на взлёт после разрушения образца, то получим энергию (работу) удара, затраченную на разрушение образца. Работа удара W, Дж (кгс·м), затраченная на разрушение образца, определится из разности энергий маятника в положении его до и после удара:

где Р — масса маятника, кг; g = 9,81 — ускорения свободного падения, м 2 /с; Н — высота подъёма маятника до удара, м; h — высота подъёма маятника после удара, м; L — длина маятника, м.

Высоту H и h можно определить, зная длину маятника L и его углы первоначального подъёма α и последующего взлёта β:

где α — угол подъёма маятника до удара; β — угол подъёма маятника после разрушения образца.

Для маятникового копра P и L — величины постоянные. Углы α и β определяют по шкале 3 прибора (см. рис. 7).

Рисунок 7. Копер маятниковый КМ-5

Для того чтобы не вычислять значение работы удара W по приведённой выше формуле, на практике пользуются специальными переводными таблицами, в которых для каждого угла подъёма маятника после разрушения образца β приведена величина работы удара W.

Основной характеристикой, получаемой в результате испытаний на ударный изгиб, служит ударная вязкость, которую принято обозначать KC.

Ударная вязкость КС определяется как работа W, затраченная на деформацию и разрушение ударным изгибом надрезанного образца, к его начальной площади поперечного сечения в месте надреза F:

где F — первоначальная площадь поперечного сечения образца в месте надреза, см 2 .

При записи ударной вязкости в её обозначение вводится третья буква, указывающая вид надреза на испытанном образце: U, V, T. Так запись KCU означает ударную вязкость образца с U-образным надрезом; KCV — ударную вязкость образца с V-образным надрезом; KCT — ударную вязкость образца с T-образным надрезом. Размерность ударной вязкости Дж/см 2 .

Проведение испытаний на ударный изгиб образцов с T-образным надрезом является необходимым для того, чтобы определить сопротивление материала зарождению и распространению трещины (усталостной трещины) в условиях работы. Чем острее надрез, тем более жёстким испытаниям подвергается материал.

Преимуществом метода испытания на ударную вязкость является простота эксперимента, учёт влияния скорости нагружения и концентрации напряжений.

Детали машин, элементы конструкций инженерных сооружений могут работать не только при обычных температурах, но и при низких и повышенных. В связи с этим, для того, чтобы оценить поведение материала при таких температурах (в особых условиях эксплуатации), испытания на ударный изгиб проводят не только при комнатной температуре.

Для таких испытаний образцы нагревают или охлаждают до требуемой температуры, а затем быстро устанавливают на копёр и подвергают испытанию на ударный изгиб.

Испытания на ударную вязкость при различных температурах позволяют установить ряд следующих важных свойств материала:

1. способность материала выдерживать динамические (ударные) нагрузки;
2. склонность материалов к хрупкому разрушению при определённых температурах;
3. чувствительность материала к концентраторам напряжений (надрезам, выточкам и т. д.).

В связи с особенностью материалов изменять механические свойства при изменении температуры главными задачами испытаний на ударную вязкость являются:

1. выявление склонности материалов к хрупкому разрушению (хладноломкости);
2. определение критических порогов хладноломкости.

Порог хладноломкости — температурный интервал Т_Н — Т_В изменения характера разрушения материала с изменением температуры (см. рис. 8). Этот интервал является важным параметром конструкционной прочности материала, характеризующий его хладноломкость. Верхняя T_В и нижняя T_Н границы этого интервала соответствуют верхнему и нижнему порогам хладноломкости.

По данному температурному интервалу устанавливается склонность материалов к переходу из вязкого состояния в хрупкое.

Чем ниже порог хладноломкости, тем менее чувствителен материал к концентраторам напряжений (резкие переходы размеров и формы, отверстия, проточки, риски), а также к скорости деформации. Эксплуатировать материал при температурах ниже порога хладноломкости не следует.

Рисунок 8. Зависимость ударной вязкости от температуры

Согласно ГОСТ 9454 для металлов и сплавов, работающих в условиях атмосферных колебаний температур, ударную вязкость определяют в интервале температур от 50°C до –60°C.

Для надёжной работы деталей при отрицательных температурах необходимо, чтобы температурный порог хладноломкости был ниже температуры эксплуатации материала; чем он ниже, тем меньше опасность хрупкого разрушения.

Список литературы

1. Гуляев А.П. Металловедение. — М.: Металлургия, 1986. — 542 с.: ил.
2. Лахтин Ю.М. Материаловедение. — М.: Машиностроение, 1993. — 448 с.
3. Шульте Ю. А. Хладностойкие стали – М.: Металлургия, 1970. Ассонов А. Д. Технология термообработки деталей машин. – М.: Машиностроение 1969.
4. Бернштейн М.Л., Займовский В.А. Механические свойства металлов: Учебник для вузов. — М.: Металлургия. 1979. — 495 с.
5. Конструкционные материалы / Б.Н. Арзамасов, В.А. Брострем, Н.А. Буше и др.; Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. — М.: Машиностроение, 1990. — 687 с.

• 23 ноября 2020

• 29 октября 2020

Электронное периодическое издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), свидетельство о регистрации СМИ — ЭЛ № ФС77-41429 от 23.07.2010 г.

Единицы измерения ударной вязкости

Технические условия
Rolled plate from carbon steel of general quality.
Specifications

Дата введения 1991-01-01

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством металлургии СССР

РАЗРАБОТЧИКИ

Ф.Е. Долженков, д-р техн. наук; Ю.В. Коновалов, д-р техн. наук; В.Г. Носов, канд. техн. наук; А.И. Рябенко; С.Л. Неустроев; В.А. Федоров; И.М. Рычка; М.С. Подгайский, канд. техн. наук; А.П. Парамошин, канд. техн. наук; А.В. Чечнев; Л.Б. Горский; В.Н. Мирянин

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ постановлением Государственного комитета СССР по управлению качеством продукции и стандартам от 22.12.89 № 4023

3. ВЗАМЕН ГОСТ 14637-79, ГОСТ 380-71 в части требований к толстолистовому прокату

4. Стандарт соответствует международному стандарту ИСО 4995 в части проката толщиной до 6 мм включительно

5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на который дана ссылка

Номер пункта, подпункта, приложения

1.3, 2.1.21, 4.11, приложение

6. ПЕРЕИЗДАНИЕ с Изменением № 1, утвержденным в декабре 1990 г., (ИУС 5-91).

Настоящий стандарт распространяется на толстолистовой горячекатаный прокат из углеродистой стали обыкновенного качества, изготовляемый шириной 500 мм и более, толщиной от 4 до 160 мм включительно.

1. Основные параметры

1.1. Прокат изготовляют в виде листов и рулонов из стали марок Ст0, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст3Гсп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс по ГОСТ 380.

1.2. В зависимости от нормируемых характеристик прокат подразделяют на категории: 1, 2, 3, 4, 5, 6.

Для обозначения категории к обозначению марки добавляется номер категории, например, Ст3пс1, Ст4сп3.

Категорию проката потребитель указывает в заказе. При отсутствии указания категорию выбирает предприятие-изготовитель.

1.3. Прокат изготовляют толщиной:

В части остальных требований к сортаменту прокат должен соответствовать ГОСТ 19903.

1.4. Примеры условных обозначений приведены в приложении.

2. Технические требования

2.1.1. Прокат изготовляют из стали с химическим составом, соответствующим ГОСТ 380.

Предельные отклонения по химическому составу в готовом прокате от плавочного анализа ковшовой пробы не должны превышать допускаемые ГОСТ 380.

2.1.2. Для проката толщиной до 10 мм включительно из стали марок Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп допускается снижение нижнего предела массовой доли одного из элементов — углерода на 0,04% абс., марганца на 0,1% абс. — при обеспечении механических свойств, установленных для указанных марок стали.

По требованию потребителя массовая доля кислоторастворимого алюминия в прокате категории 2 толщиной до 5 мм из стали марки Ст3сп, раскисленной алюминием, должна быть не менее 0,02%.

Массовая доля кремния в прокате категорий 2-6 толщиной до 8 мм включительно, изготовленном из стали марок Ст2пс и Ст3пс, раскисленной не содержащими кремния раскислителями, допускается менее 0,05% при соблюдении остальных норм и требований к прокату.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

2.1.3. По требованию потребителя массовая доля серы в прокате категорий 1-5 из стали всех марок, кроме Ст0, не должна превышать 0,040%, фосфора — 0,030%; в прокате категории 6 массовая доля каждого из этих элементов не должна превышать 0,025%.

2.1.4. В прокате, предназначенном для сварных конструкций, массовая доля углерода не должна превышать 0,22%.

2.1.5. Категории проката в зависимости от нормируемых характеристик приведены в табл. 1.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

2.1.6. Прокат категорий 1-5 изготовляют в горячекатаном состоянии, категории 6 — в упрочненном состоянии.

Для обеспечения требуемых свойств проката всех категорий может применяться термическая обработка.

Допускается изготовление проката категорий 1-5 в упрочненном с прокатного нагрева состоянии или после контролируемой прокатки.

2.1.7. Механические свойства горячекатаного проката при испытании на растяжение и изгиб должны соответствовать нормам, приведенным в табл. 2.

2.1.6; 2.1.7. (Измененная редакция, Изм. № 1).

2.1.7.1. Допускается превышение верхнего предела временного сопротивления не более чем на 50 Н/мм 2 (5 кгс/мм 2 ) по сравнению с приведенными в табл. 2 при соблюдении остальных норм, а по согласованию изготовителя с потребителем — без ограничения верхнего предела.

2.1.7.2. По согласованию изготовителя с потребителем значение предела текучести проката толщиной более 20 мм допускается на 10 Н/мм 2 (1 кгс/мм 2 ) ниже по сравнению с приведенными в табл. 2.