ВЛАСТИВОСТІ КОНСТРУКЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ ПРИ ДИНАМІЧНИХ ВИПРОБУВАННЯХ

Статичні випробування металів не завжди відтворюють реальні умови навантаження деталей, тому що в умовах експлуатації сучасні конструкції зазнають значні динамічні навантаження. Величина діючого зусилля при цьому залежить від маси тіла, що вдаряє, і від швидкості його дії. При впливі динамічних навантажень ще сильні&# 636e45g 1096;е проявляється несприятливий вплив на механічні характеристики неоднорідності розподілу внутрішніх напружень.

і ін.), але і від багатьох інших факторів, а саме: виду деформаційного стану (розтяг, згин, крутіння і ін.), швидкості додатка навантаження (статичне, знакозмінне, ударне з різними швидкостями), форми і розмірів зразків, наявності концентраторів напружень.

s_max

умовами випробування підрозділяються на три види: при нормальні&# 636e45g 1081; температурі, при підвищеній температурі, при зниженій температурі.

конструкційних матеріалів.

характеристик в¢

Для випробувань на ударний згин використовують зразки з надрізами-концентраторами трьох видів: U – подібним з r_н= 1 мм, V – подібним з r_н= 0,25 мм і кутом 45 , T – з втомною тріщиною. Співвідношення ширини, висоти зразка й глибини надрізу на зразках різних видів наведені в табл. 5.1 і на рис. 5.3.

викликати концентрацію напружень, які виникають при додатку навантаження, і локалізувати пластичну деформацію в більш вузькому об¢

(5.1)

руйнування крихких матеріалів.

Які три види надрізів-концентраторів мають місце на зразках при випробуванні на ударний згин?

q

до заданої температури, а потім їх швидко переносять на опори копра і випробовують.

Які копри застосовують для дослідження поведінки і властивостей металів при високих швидкостях навантаження?

¢

Для практичного масового контролю найбільш простим є метод випробування на ударний згин призматичних зразків з надрізом при кімнатній температурі на маятникових копрах. В Україні прийняте випробування на ударний згин зразків, що вільно лежать на двох опорах, за допомогою навантаження падаючого маятника. При випробуванні зразка надріз розташовують на стороні, що розтягується. В Америці і Англії використовують метод ударного випробування по Ізоду, при якому один кінець консольного зразка жорстко закріплюється, а по вільному вдаряють маятником (рис. 5.5).

зразок і схема випробування на консольний згин за Ізодом

(5.2)

Маятникові і вертикальні копри застосовуються для випробувань на ударний згин металів і їхніх сплавів з підвищеною схильні&# 636e45g 1089;тю до крихкого зламу (цинкові, берилієві та ін. сплави) Для цих матеріалів випробування дією ударного навантаження проводять на зразках без надрізу.

(5.3)

а_в) від температури, що змінюється в широкому діапазоні. У всякому разі, зміна а_в) повинна бути вивчена в діапазоні температур від -20 до +40° С. Дослідження на згин ударом проводять аналогічно випробуванням на ударну в'язкість

При цих випробуваннях вимірюють роботу «довбні» (вага «довбні» помножена на висоту падіння) і залишкову стрілу прогину зразка, що позначається h.

Для випробувань при знижених температурах зразки спочатку охолоджують в спеціальні&# 636e45g 1081; камері, де температура може бути знижена до

руйнування зразка?

9. По якій величині судять про схильні&# 636e45g 1089;ть матеріалу до крихкого  руйнуванню у випадку випробувань на ротаційних копрах?

В результаті випробувань зразків з надрізом на маятникових копрах визначають або всю роботу, витрачену на деформацію і руйнування зразка даного типу (А_н)_а або, частіше, питому роботу на одиницю площі (ударну в'язкість) (а_н)= A _н/S₀, де S₀ — площа поперечного перерізу зразка в місці надрізу до випробування. Сучасні копри комплектуються пристроями, які дозволяють в процесі випробування записувати криву «навантаження

(5.4)

Л.С.Лифшиц і А.С.Рахманов запропонували інший метод випробування для визначення роботи, що витрачається на розвиток народженої тріщини. Серію однакових стандартних зразків для визначення ударної в'язкості досліджуваного матеріалу випробовують при одній і тій же температурі таким чином. Маятниковий копер піднімається на кут, свідомо недостатній для того, щоб зруйнувати зразок. При ударі зразок згинається на деякий кут, але не руйнується. Наступний зразок піддають ударному згину із трохи більшим запасом енергії маятника. Кут згину зразка виходить трохи більшим. Нарешті, запас енергії піднятого маятника виявляється достатнім, щоб у дна надрізу з'явилася тріщина. При цьому кут згину зразка досягає максимуму. Наступний зразок розбивається з повного підйому маятника. Дослідами встановлено, що кут згину, що утворюється при складанні двох половинок зруйнованого зразка, практично дорівнює куту згину, при якому на дні надрізу з'явилася тільки тріщина.

Відкладені на горизонтальні&# 636e45g 1081; прямій графіка експериментальні точки відповідають інтегральні&# 636e45g 1081; ударній в'язкості:

A (5.5)

А_пр

А_пл

А_р

= A_н – А_пр – А_пл  (5.6)

Повну роботу А_н (або ударну в'язкість а_н) можна розділити на складові, які визначають роботу зародження і роботу розвитку тріщини методом, запропонованим японським дослідником Отані. Так само, як і в методі Лифшица і Рахманова, виготовляють серію однакових стандартних зразків з досліджуваного металу. Кожний зразок випробовують двома згинаючими ударами. Перший удар наносять маятником, піднятим на свідомо менший кут, чим необхідно для повного руйнування. Перший, слабкий удар вибирають так, щоб зразок не зруйнувався, але створилася тріщина. Потім наносять другий, руйнуючий зразок удар, піднявши маятник на висоту, яку використовують при стандартних випробуваннях, фіксують величину ударної в'язкості а_н' і вимірюють глибину отриманої при першому ударі тріщини l, наприклад, за допомогою 10 %-ного лужного розчину двохлористої міді, що офарблює тріщину внаслідок осадження на її поверхні шару міді. Виходячи з того, що при другому ударі робота, пропорційна а_н витрачається тільки на розвиток тріщини, будують діаграму в координатах довжина тріщини l – а (а = а_н а_н'), де а_н — стандартна, ударна в'язкість, отримана в результаті однократного удару (рис. 5.9). Точка перетинання прямої l – а з віссю абсцис дає величину а₃, пропорційну роботі зародження тріщини, а різниця а_н

Отані

Поділ ударної в'язкості на дві складові (а₃ і а_р) можна здійснити і в результаті побудови залежності а_н від радіуса кривизни надрізу r. Дія дуже гострого надрізу аналогічна дії зародкової тріщини. Тому при значеннях радіуса закруглення надрізу, менших якогось критичного, величина ударної в'язкості буде постійна. Ця залежність буде мати вигляд, схематично показаний на рис. 5.10.

Постійний рівень значень ударної в'язкості при r < r_кр, відповідає значенню а_р, пропорційній роботі розвитку тріщини, а величина а₃ = а_н – а_р.

Схема випробувань за методом Гуляєва

¢язку з тим, що зміна ударної в'язкості залежно від гостроти надрізу підкоряється приблизно лінійному закону, було запропоновано екстраполювати цю залежність до r = 0 і отримане значення (a_н вважати рівним приблизно роботі, що витрачена на розвиток тріщини віднесеної до площі перерізу зразка).

На рис. 5.11 схематично показана ця побудова. За двома значеннями а_н, одному при надрізі з радіусом r = 1 мм, іншому при надрізі з r = 0,25 мм, будується пряма. Продовжуючи цю пряму до перехрещення з віссю ординат, визначають значення a_p. Проводячи такі випробування при різних температурах зразків того самого металу, можна одержати критичні температури для а_н, а₃ і а_р.

Останнім часом одержала поширення осцилографічна методика поділу ударної в'язкості на складові. О.А.Бакши, А.Н.Монашков і ін. запропонували простий і зручний спосіб визначення складових ударної в'язкості. У процесі випробування записується осцилограма ”зусилля – час” (рис. 5.12). Повна робота, що витрачається на деформування і руйнування надрізаного зразка, пропорційна площі під осцилограмою. Форма кривої залежить від максимального навантаження і тривалості удару. Через максимальне значення ординати осцилограми проводять пряму, перпендикулярну осі абсцис, що розділяє площу під кривою на дві частини (I і II). Перша частина пов'язана із процесом пружної і пластичної деформації зразка до моменту утворення тріщини, друга характеризує зміну зусилля в процесі розвитку цієї тріщини. Витрати енергії, що характеризуються I і II частинами осцилограми, віднесені до площі перерізу зразка, і є складовими ударної в'язкості а₃ і а_р.

2. Який фізичний сенс кожної зі складових ударної в'язкості і як вони позначаються?

складові.

6. У чому полягає спрощений метод поділу ударної в'язкості на дві складові, запропонований А.П.Гуляєвим?

7. Що являє собою осцилографічна методика поділу ударної в'язкості на складові?