Краткие теоретические сведения

Лабораторные работы

по дисциплине «Материаловедение»

 

Выполнил:

Проверил:

2010

ЛАБОРАТОРНая работа № 2

Тема: Определение ударной вязкости стали.

Цели: изучить устройство и работу маятникового копра; приобрести навыки определения величины ударной вязкости стали.

Измерительные приборы, инструмент, материалы: маятниковый копер; стандартные образцы; штангенциркуль.

Краткие теоретические сведения

Испытания на ударную вязкость проводят для определения поведения материала в условиях эксплуатации, а также для установления его склонности к хрупкому разрушению, что особенно важно для строительных и конструкционных сталей.

Ударная вязкость является механической характеристикой вязкости материала. Она равна работе, расходуемой для разрушения стандартного образца, отнесенной к площади поперечного сечения образца в месте надреза:

, (3.1)

где - ударная вязкость, ;

- работа, затраченная на разрушение стандартного образца, Дж;

- площадь поперечного сечения образца в месте надреза, м².

Для испытания на ударную вязкость применяют призматические образцы с надрезами различных типов. Наиболее распространенными типами являются образцы с U – образными и V – образными надрезами.

 

 

Рисунок 3.1. Образцы для испытаний на ударную вязкость

	а - с U- образным надрезом; б - с V- образным надрезом.

 

Испытание образцов на ударную вязкость производят на маятниковых копрах.

 

Рисунок 3.2. Схема маятникового копра

 

Маятниковый копер состоит из чугунной станины - 1; двух чугунных стоек - 2, укрепленных жестко на станине; маятника - 4 с зубчатым диском, смонтированного в стойках на шариковых подшипниках; двух опор - 7, укрепленных в нижней части стоек и служащих для установки испытуемого образца - 6; стопорного механизма для удержания маятника в приподнятом состоянии; шкалы - 3 и стрелки - 5, связанной с маятником, служащих для измерения угла α - угла первоначального подъема маятника и угла β - угла отклонения маятника.

В начале испытания маятник поднимают на угол α в верхнее исходное положение.

Рисунок 3.3. Схема испытания на ударную вязкость

H – высота поднятия, h – высота вылета маятника после удара, l – длина маятника, ά – угол подъема маятника, β – угол вылета маятника после удара

Если высоту поднятия его центра тяжести обозначить через Н, вес маятника через G, то запас потенциальной энергии маятника составит:

или (3.2)

, (3.3)

где Е – запас потенциальной энергии, Дж;

G – вес маятника, Н;

H - высота поднятия, м;

l – длина маятника, м.

Затем маятник отпускают, и он свободно падает под собственной тяжестью, ударяет по образцу, изгибает и разрушает его, поднимаясь в противоположную сторону на высоту h и_ отклоняясь относительно вертикальной оси копра на угол β. Этот угол тем меньше, чем большая работа затрачена маятником на деформацию и разрушение образца. Остаток энергии после излома образца составит:

или (3.4)

, (3.5)

где Е₁ – остаточная энергия маятника после разрушения образца, Дж;

h – высота вылета маятника после удара, м.

Величина работы, расходуемой на деформацию и разрушение образца, определяется разностью потенциальных энергий маятника в начальный (после подъема на угол α) и конечный (после вылета на угол β) моменты испытания:

или (3.6)

, (3.7)

где А_н – величина работы, расходуемой на деформацию и разрушение образца, Дж.

Зная величину и подсчитав площадь поперечного сечения образца, определяют ударную вязкость :

, (3.8)

где КС – ударная вязкость, Дж/м²,

- площадь поперечного сечения образца в месте надреза, м².

 

Ударная вязкость - это сложная, комплексная характеристика, зависящая от совокупности прочностных и пластических свойств материала.

Вязкость материала зависит от скорости, с которой наносится удар, от температуры, формы и размеров образца. Ударная вязкость резко снижается при высоких ударных скоростях, при температурах значительно ниже нуля, а также при профиле детали, способствующем концентрации напряжений. Очень хрупкие материалы (чугун, силумины, закаленная инструментальная сталь) не испытываются на ударную вязкость.