Технология испытаний на ударный изгиб

Среди многочисленных методов ударных испытаний наиболее широкое практическое применение нашел метод испытания на ударный изгиб с измерением величины ударной вязкости. Эта характеристика играет огромную роль при оценке служебных свойств конструкционных, а также инструментальных сталей.

В процессе эксплуатации деталей могут возникнуть внешние факторы, под воздействием которых материал становится хрупким:

- увеличение скорости деформирования (возникновение ударных нагрузок);

- понижение температуры;

- возникновение двухосного и трехосного напряженных состояний;

- образование концентраторов напряжений – надрезов, трещин и т. д.

Склонность стали к хрупкому разрушению возрастает также под воздействием внутренних факторов:

- повышенное содержание фосфора, концентрирующегося по границам зерен;

- крупнозернистая структура;

- наличие карбидов по границам зерен;

- полосчатость и т. д.

Определение ударной вязкости при динамических испытаниях на ударный изгиб является основным практическим методом оценки склонности стали к хрупкому разрушению.

Испытание на ударный изгиб основано на разрушении образца с концентратором напряжений ударом маятникового копра. Концы образца располагают на опорах (рис. 12.1). В результате испытания определяют полную работу, затраченную при ударе, и рассчитывают ударную вязкость. Роль концентратора сводится к следующему. При испытаниях стальных образцов на ударный изгиб напряжения и деформации локализуются в ограниченном объеме металла вокруг надреза. Именно здесь поглощается практически вся работа удара. Чем глубже и острее надрез и больше ширина сечения образца, тем больше величина продольных и поперечных нормальных напряжений в районе вершины надреза и тем меньше работа удара. ГОСТ 9454-78 предполагает три вида (формы) концентраторов: U-образный с радиусом в вершине R=1 мм, V-образный с R = 0,25 мм и Т-образный с усталостной трещиной. В соответствии с этим, при записи ударной вязкости (КС) в ее обозначение вводится третья буква, указывающая вид надреза – KCU, KCV, KCT.

Рисунок 12.1 – Форма и размеры образца для испытаний на ударную вязкость

Величина KCU характеризует ударную вязкость материала при отсутствии ярко выраженного концентратора напряжения. Величина KCV характеризует ударную вязкость материала при наличии концентратора напряжения. Данный параметр используют, например, при оценке пригодности материалов для сосудов давления, трубопроводов и других конструкций повышенной надежности. Известно, что работа разрушения состоит из работы зарождения трещины и работы распространения трещины. Величина KCT характеризует работу распространения трещины при ударном изгибе и оценивает способность материала сопротивляться начавшемуся разрушению. Он учитывается при выборе металлов и сплавов для конструкций особо ответственного назначения (летательные аппараты, роторы турбин и т. п.).