На что влияет ударная вязкость стали

Ударная вязкость стали и других металлов

Компания ООО «Анатомика» осуществляет производственную деятельность в области металлообработки и инжиниринга. Специалисты нашей компании реализуют проекты от разработки модели детали до её полного изготовления. В частности, к видам деятельности относятся разработка 3D моделей, технологических карт, управляющих программ, оснастки и инструмента, токарные и фрезерная обработка, слесарные работы и покраска, гальваническая обработка, шлифование, сверление.

Многие знают, что одни металлы легко деформируются вручную, тогда как другие не деформируются даже при падении с высоты. Для объяснения этого явления используются понятия ударной вязкости и хрупкости, которые противоположны друг другу. Попробуем объяснить, в чем их отличие, почему металлы по-разному реагируют на внешние воздействия и что такое ударная вязкость стали. В практическом смылся это имеет значение: вязкость учитывает токарная обработка металла.

Что называют ударной вязкостью металлов

Для начала разберемся с теоретическим определением понятия. Ударная вязкость металла — это способность материала поглощать кинетическую энергию в процессе деформации и разрушения под действием ударной нагрузки. Как правило, такая энергия способна привести к пластичным и непластичным деформациям.

Лучше понять физическое определение поможет ответ на вопрос, по какой формуле определяется ударная вязкость:

KC=A/F , где A — работа, затраченная на разрушение образца, а F — площадь поперечного сечения материала. Единицы измерения ударной вязкости — Дж/м 2 .

Для вычисления опытным путем ударной вязкости используют метод маятникового копра. В лаборатории заготовки одинаковых размеров, находящихся в одних и тех же условиях, подвергают нагрузкам с постепенным их увеличением. При этом отмечают поведение образцов стали и степень их подверженности к нагрузкам.

Критическая хрупкость металлов

Снова начнем с определения. Критическая температура хрупкости — это температурный предел, при котором характер разрушения материала меняется от хрупкого к вязкому. Многим известно о том, что при нагревании металлы и сплавы переходят в мягкое, а позже — в вязкое состояние, через определенный промежуток времени, индивидуальный для каждого материала. Таким образом, при повышении температуры ударная вязкость увеличивается. А такой показатель, как хрупкость, повышается при снижении температуры.

При проверках эксплуатационных свойств металлических заготовок из стали проводят ряд экспериментов, при котором изменяется температура от очень высоких до очень низких. Критическая хрупкость металла — его разрушение при определенном температурном пороге, который ограничен максимум и минимумом.

Почему хрупкость металлов бывает различной

При постоянных условиях (низкая температура и нормальная влажность) на хрупкость металлов влияет:

1. Микроструктура. Играет роль степень зернистости, наличие примесей и посторонних включений.
2. Наличие и количество концентраторов критических воздействий. К ним относятся различные искусственные или естественные нарушения структуры материала (трещины, изломы, разрывы, полости).
3. Эффект недавних этапов производств (остаточное напряжение и другие).

Для металлов характерна нестабильность свойств. Поэтому при изготовлении деталей необходимо корректно проводить тесты. От этого зависит точность определения подходящих условий эксплуатации для заготовок.

Методы испытаний

Используют несколько вариантов лабораторных испытаний, зависящих от следующих факторов:

1. Тип нагрузки. Могут использоваться разные твердые инструменты (маятник, гиря, молот и другие).
2. Вид фиксации. Применяют специальные опоры, холодильные контейнеры и иные решения.
3. Наличие или отсутствие надреза определенной формы на одной из граней в области нанесения удара, что регулирует концентрацию предполагаемого напряжения.

Для последнего пункта предусматривают особенности прокатных изделий. Надрез делается только для листов с равномерной толщиной по всему периметру.

Все методы основаны на попытке разрушения испытуемого образца ударом падающего твердого предмета. К ним также относятся испытания по Шарпи, по Изоду и по Гарднеру, названные, как видно, в честь испытателей.

Маятниковый копер

Разновидности копра зависят от:

• характера деформации (сжатие, кручение, срез, изгиб или растяжение);
• величины нагрузки (обычные, скоростные и сверхскоростные);
• числа ударов (один или интервально несколько);
• условий проведения эксперимента (влажность, температура).

Копер популярен для проведения испытаний благодаря своей несложной конструкции и точности измерения ударной вязкости.

Понятие того, что такое ударная вязкость прописано в ГОСТ 9454. В соответствии с требованиями этого документа подбираются образцы:

1. Наиболее распространенный — заготовка по Менаже. Образец используется для отбраковки деталей, предназначенных для высокоточных приборов. Заготовка квадратного сечения 10×10 мм с двух миллиметровым V-образным концентратором напряжения, пропиленным на глубину 2 мм.
2. По Шарпи — образец применяется в случаях, которые не требуют сверхточности. Отличается от первого формой канавки. Здесь она напоминает букву U.
3. Т-образные с определенными габаритами (a×b×h=55×10×11 мм). Применяют для самых серьезных исследований.

Важной характеристикой ударной вязкости является концентратор напряжений, он определяет информативность эксперимента и точность полученных данных. Обозначается критерий по-разному:

• KCV — по Менаже;
• KCT или KCU,от которого ударная вязкость зависит в большей степени.

KCU=KC_З+KC_Р, где KC_З — работа зарождения трещины, KC_Р — работа распространения трещины. В международной системе единиц ударная вязкость выражается в Дж/м 2 .

Определение ударной вязкости — важный этап при производстве металлических и стальных деталей. От него зависит качество и эксплуатационные характеристики готового продукта. Как например, высокоточная металлообработка.

Рассчитайте свой заказ

Отправьте нам чертеж или описание на [email protected] или заполните форму и мы рассчитаем стоимость и сроки выполнения заказа

Анатомика

Оставьте свой номер телефона и наш специалист свяжется с вами в ближайшее время

Меню

Контакты

• Россия, Казань, ул. Монтажная д.15
• +7 (903) 305-54-03
• [email protected]
• С 8 до 17.00

Особенности испытания на ударный изгиб. Как определяется ударная вязкость оборудования?

Ударная вязкость оборудования – важная характеристика многих конструкционных сталей. Чтобы определить ударную вязкость изделия в центре Кипсал проводятся испытания на ударный изгиб.

Тестирование образцов проходит при помощь маятникового копра. Благодаря ему специалисты Кипсал могут определить количество работы, которое необходимо применить, чтобы разрушить испытываемое оборудование.

Одной из самых главных характеристик качества стали считается её сопротивляемость к хрупкому разрушению. Именно эта характеристика выражается в величине ударной вязкости.

Хрупкое разрушение в определении ударной вязкости оборудования

Хрупкое разрушение оборудования является наиболее опасных из всех видов разрушения. Его невозможно обнаружить на ранних стадиях разрастания повреждения. Трещины хрупкого разрушения появляются практически мгновенно, как при скорости звука. Поэтому ударная вязкость должна быть определена до тиражирования выпускаемого продукта из стали.

Образцы для испытания на ударную вязкость

Большие и глубокие трещины в оборудовании возникают из-за того, что в поврежденном месте постепенно начинают скапливаться сотни и тысячи микротрещин. Для проведения исследования ударной вязкости продукта на образце создается искусственный дефект (надрез).

Для тестирования создаются надрезы разного типа:

1. Образец Менаже – надрез полукруглой формы, обозначаемый латинской буквой U.
2. Образец Шарпи — острый надрез, который обознается латинской буквой V.

Тип надреза для исследования ударной вязкости выбирается на основании технического задания.

Ударная вязкость и температурный режим

На ударную вязкость тестируемого объекта сильно влияет температурный режим. В условиях низких температур ударная вязкость становится ниже, также меняется характер разрушения оборудования с вязкой деформации на хрупкую. Такой эффект возникает за счет явления хладноломкости металлов.

Что такое ударная вязкость металла

При производстве любой высокопрочной детали стоит знать, как их важнейшие характеристики проявятся и изменяются на практике многолетнего применения. По этой причине в фокусе внимания ударная вязкость материала, то есть его способность поддаваться деформации пластически под влиянием динамической нагрузки.

По этой причине непременно учитывайте этот параметр во время проектирования объекта из металлоконструкции, в частности сложного, предназначенного для применения в жестком климатическом условии: при пониженной температуре, при постоянно изменяющемся микроклимате, при повышенном механическом давлении, физическом воздействии и многом другом.

«Центр сварочных решений» осуществляет воплощение проектов по выпуску продукции и монтажу металлоконструкций. Лазерная резка металлов, шлифовальные работы, отжиг металла, плазменная резка металла – все это услуги нашей компании.

Что такое ударная вязкость?

Ударная вязкость стали является показателем количества работы, который нужен для хрупкого разрушения сырья. Подсчитывается опытным способом, по итогам многочисленных проведенных тестов способом маятникового копра.

Любую проверку проводят на стандартизованном образце – стержне с квадратным сечением и нанесенным на какую-то его грань искусственный концентратор напряжения. Последний бывает в виде:

• литеры V либо U;
• усталостной трещины.

В результате подсчитывают не просто нужный параметр, но и качество и характер деформаций области, а потом и соотношение частей повреждения. Это бывают либо только визуальный анализ, либо более тщательный, с проведением оценки текстуры и слоев цифровыми и компьютерными технологиями.

При рассмотрении понятия ударной вязкости стали, необходимо понимать, что это сопротивление удару именно конкретно взятого металла или сплава.

Металлы имеют различную хрупкость: почему

При больших нагрузках при воздействии постоянно пониженных температур свое воздействие оказывают такие факторы, как:

1. Микроструктура – она бывает крупно- либо мелкозернистая, высокой чистоты либо с сильнозагрязненным посторонним включением.
2. Концентраторы критических влияний – не сплошные участки, трещины с разрывами.
3. Остаточное напряжение и иные состояния, которые сохранились после того, как провели все необходимые операции на прежних стадиях процесса техпроизводства.

Способы испытания металлов на ударную вязкость

Вначале рассмотрим классификацию, чтобы вы могли понять, почему нужно выбирать тот или иной способ. Доступные на сегодняшний день лабораторные изыскания принято разделять на пару категорий по следующим характеристикам:

1. Наличие либо отсутствие концентратора напряжений;
2. Тип крепежа;
3. Характер влияния.

Особенности отбора образца

Межгосударственная норма, которая относит ударную вязкость металла к ГОСТу 9454, и учитывая с ним подходящие для осуществления испытаний считаются такие виды:

• испытания по шарпи – заготовка 55 мм с квадратным сечением (10 на 10 мм), с U-образным вырезом по центру с радиусом около 1 мм и глубиной пропил 2 мм;
• по Менаже – геометрия с габаритами такие же, как выше, лишь канавка уже в виде перевернутого треугольника;
• Т-образный – их ДхШхВ равны 55х10х11 мм.

Подготовка к проверке и ее проведение

Схема испытаний на ударную вязкость:

Стержень прикрепляется к опорной стойке – таким образом, чтобы место контактирования было напротив концентратора напряжения.

1. Маятник приводят в исходное состояние.
2. Провоцируют падение, в итого которого боек может слететь, ударяет по образцу и выполняет обратное движение на отдалении h.
3. Остановка осуществляется тормозами.

Все положения фиксируют, а затем по разности потенциалов и подсчитывается работа, нужная для хрупкого разрушения.

Рассмотрим, каким образом обозначают ударную вязкость. Она бывает и с 3 индексами, которые обозначают вид применяемого концентратора напряжений. Показатели бывают следующие: KCV (по Менаже), KCT либо kcu ударная вязкость (по Шарпи).

Как сравнивать материалы по ударной вязкости?

Сравнение проводится опытным способом, выполняя тесты своими силами, отмечая полученные результаты и далее. Однако намного быстрее и легче использовать метод Изода. Таким образом можно сэкономить время.

Выше мы рассмотрели способы испытания, подсчета, определение и особенности ударной вязкости. Подробно рассмотрели, какие ударная вязкость единицы измерения имеет.

Нужна консультация?

Оставьте свои данные и специалист свяжется с вами в ближайшее время

Контактные данные

г. Зеленодольск, ул. Футбольная 8

Ударная вязкость (сопротивление хрупкому разрушению)

При создании высокотвердых, прочных материалов необходимо учитывать такое их свойство как вязкость или сопротивление хрупкому разрушению, определяющее способность материала пластически деформироваться в условиях динамических нагрузок.

Хрупкий тип разрушения – самый опасный, так как трещина возникает мгновенно, в течение долей секунды, быстро растет, превращаясь в так называемую магистральную трещину. В случае линий трубопровода магистральная трещина может пройти вдоль нескольких труб за считанные секунды.

Особое внимание на возможность сталей сопротивляться хрупкому разрушению уделяют при расчете металлоконструкций, предназначенных для эксплуатации в условиях северных широт, так как низкие температуры способствуют охрупчиванию металла. В ходе инженерных расчетов используют такой критерий, как ударная вязкость, которая количественно описывает сопротивление материала хрупкому разрушению.

Ударная вязкость

Ударная вязкость показывает, сколько нужно энергии (работы) для разрушения образца заданного поперечного сечения. Испытание для определения ударной вязкости относится к динамическим и осуществляется с помощью маятникового копра. Принцип действия заключается в падении бойка с определенной высоты на испытываемый стандартный образец металла. После чего, основываясь на разнице энергий бойка до и после удара, определяется работа, потраченная на разрушение образца. Чтобы полученные на разных образцах значения можно было сравнивать, их приводят к площади сечения испытываемого образца.

Образцы для испытаний стандартизованы и имеют вид стержня с квадратным сечением площадью 1 см2. В середине образца на одной из сторон наносят искусственный концентратор напряжений, имеющий три варианта исполнения:

• в форме буквы U;
• в форме буквы V;
• в виде усталостной трещины.

При испытаниях на ударную вязкость оценивают также поверхность разрушения образца и определяют соотношения доли вязкой и хрупкой составляющей в изломе. Такой анализ выполняется либо визуально, либо с применением цифровых методов текстурного анализа, реализованных в анализаторе изображений Thixomet.

Если металл после испытания на ударную вязкость при нормальных климатических условиях показывает хрупкий излом, то его эксплуатация при пониженных температурах недопустима.

Критическая температура хрупкости

Как уже отмечалось выше, температура окружающей среды и, соответственно, самого металла, оказывает существенное влияние на его сопротивление хрупкому разрушению. Это явление называется хладноломкостью, и обусловлено переходом металла из вязкого состояния в хрупкое при снижении температуры.

Температура момента такого перехода называется критической температурой хрупкости Tхр (порог хладноломкости) и соответствует наличию в изломе образца равных долей вязкой и хрупкой составляющей. Для определения Tхр материала проводят серию испытаний на ударную вязкость при температурах от +20 до -70°С.

На основании полученных результатов строят график зависимости доли вязкой составляющей от температуры. Точка перегиба на получившейся кривой соответствует критической температуре хрупко-вязкого перехода Тхр. Чем выше ее значение, тем выше склонность металла к хрупкому разрушению.

Почему металлы имеют различную хрупкость?

Помимо низких температур и высокой скорости нагружения к хрупкому разрушению могут приводить следующие факторы:

• состояние микроструктуры металла (крупное зерно, загрязненность неметаллическими включениями, выделение твердых фаз по границам зерен, недопустимые структурные составляющие);
• напряженное состояние и остаточные напряжения, сохранившиеся после технологических операций производства;
• концентраторы напряжений в виде дефектов типа трещин, несплошностей, газовых пузырей.

Внешний вид изломов ударных образцов