На удельную ударную вязкость

Цель работы:

Определение удельной ударной вязкости металла при испытании стандартных образцов.

Общие сведения

При испытании стандартных образцов на излом при ударной нагрузке выявляется способность материала сохранять свои пластические свойства (вязкость) и противостоять хрупкому разрушению.

Хрупкому разрушению металлов способствует высокая скорость деформации при ударе, концентрация напряжений в месте надреза образца. У дна надреза образца (рис. 1) при ударе вследствие резкого изменения площади поперечного сечения, наряду с напряжениями вдоль оси образца, появляются напряжения, перпендикулярные к оси образца, то есть возникает объемное напряженное состояние с положительными главными напряжениями.

Эти напряжения затрудняют пластическую деформацию в материале образца и облегчают переход материала в хрупкое состояние. Надрез сосредотачивает всю деформацию, поглощающую энергию удара, в сравнительно небольшом объеме материала.

Характеристикой материала при ударном испытании на изгиб надрезанных образцов является удельная ударная вязкость. Удельной ударной вязкостью а_н называется отношение работы, затраченной на разрушение надрезанного образца A_н к площади ослабленного сечения А_н

Чем пластичнее материал, тем больше величина работы, затраченной на его разрушение. Величина удельной ударной вязкости зависит не только от материала образца, но и от его размеров и формы, а также формы ударяющего тела. Поэтому испытание необходимо проводить в строгом соответствии с требованиями ГОСТа. Форма и размеры стандартного образца для испытания на изгиб ударной нагрузкой показаны на рис. 1. Надрез образца должен быть строго перпендикулярен к его граням. Образец не должен иметь следов обработки в виде поперечных рисок, заусенцев на ребрах, искривлений или закалочных трещин.

Испытательная машина

Испытание образцов проводят на маятниковых копрах (рис. 2) с предельной энергией копра до 300 Н×м. Копёр состоит из станины 1 с двумя вертикальными стойками 2. В верхней части этих стоек на горизонтальной оси подведен тяжелый маятник 3. Он представляет собой стальной плоский диск с вырезом. В начале испытания образец 8 помещают горизонтально на две стальные опоры, которые привинчены внизу к стойкам машины, затем поднимают вручную маятник 3 с помощью рукоятки 7 в верхнее исходное положение и удерживают в этом положении защёлкой 5.

После спуска защёлки 5 маятник свободно падает и разрушает образец, после чего он продолжает свое движение и взлетает на некоторый угол b.

Чем больше работы затрачено на разрушение образца, тем угол взлёта маятника меньше. Маятник имеет шкалу 4, по которой определяется угол его взлёта после излома образца. Для остановки маятника служит специальный тормоз 6.

Порядок выполнения работы

1. Определить размеры испытуемого образца штангенциркулем с точностью до 0,05 мкм.

2. С помощью рукоятки 7 произвести подъем маятника на небольшую высоту и установить образец 8 на опоры копра, чтобы надрез образца был обращен в сторону, противоположную удару. После этого произвести подъем маятника на максимальную высоту h₁, определяемую углом a и зафиксировать защелкой 5. При подъеме маятника и установке образца категорически запрещается стоять в плоскости качания маятника.

3. Освободить защёлку 5. При падении с высоты h₁ маятник разрушает образец и поднимается на высоту h₂.

4. Остановить качающийся маятник ременным тормозом при помощи рукоятки 6.

5. По шкале 4 зафиксировать угол взлёта b маятника после разрушения образца.

6. Определить работу удара после разрушения образца по таблице, данной в характеристике копра или по формуле

где Q - вес маятника, R - радиус центра тяжести маятника, b - угол взлета маятника. Угол подъема маятника a фиксируется и равен 158^о52¢.

7. Определить величину ударной вязкости по формуле (1).

8. Отчет оформить по прилагаемой форме.

ОТЧЕТ 16

Цель работы:………………………………………..…………………………..

………………………………………..……………………………………………

Испытательная машина…………………………………………………………

Измерительные приборы………………………………………………………..

Схема и размеры образца

l =……… см; b = …………см; d = …………см.

Схема и характеристики маятникового копра

Вес маятника Q = ……………..Н.

Радиус центра тяжести маятника R = ………….см.

Угол подъема маятника a = 158^о52¢.

Результаты опыта:

1. Угол взлета маятника b = ……………

2. Работа, затраченная на разрушение образца:

а) вычисленная по таблице

A_н = …………………..

б) вычисленная по формуле

=………………..= ………….Дж.

3. Удельная ударная вязкость

=…………….=…………………. .

Выводы по работе………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………………….

Отчет принял

……………………………..