Определение ударной вязкости сталей

Известно, что стали, имеющие большую пластичность при комнатной температуре, в условиях низких температур могут стать хрупкими, т.е. разрушаются без пластической деформации. Такое явление получило название хладноломкости. Переходу металлов в хрупкое состояние способствует не только понижение температуры, но и увеличение скорости нагружения (ударная нагрузка), т.е. переход от статической к динамической нагрузке. Кроме того, хрупкому разрушению способствует наличие в металле концентраторов напряжений (надрезов, выточек, непроваров в сварных швах, резких переходов одного сечения к другому). В ряде случаев влияние динамической нагрузки и надрезов в металле может оказаться настолько существенным, что переход металла из вязкого состояния в хрупкое может наблюдаться и при нормальной положительной температуре.

Для оценки склонности металла к хрупкому разрушению следует проводить испытания в таких условиях, которые бы предусматривали учет всех факторов, способствующих переходу металла в хрупкое состояние.

Такие условия создаются при ударном испытании на изгиб стандартного образца, ослабленного надрезам (рис.1). Испытание проводится на приборе, который называется маятниковым копром.

 

Удар по образцу наносится в ослабленном надрезом сечении со стороны, противоположной этому надрезу (рис.1). Для разрушения образца маятник поднимают вверх от положения равновесия, сообщив тем самым ему запас потенциальной энергии:

,

где – вес маятника; – высота его подъема до испытания.

Затратив на разрушение образца часть своей потенциальной энергии, маятник отклоняется в другую сторону от положения равновесия на меньший угол. Запас его потенциальной энергии при этом останется равным:

.

Если пренебречь сопротивлением от трения и сопротивлением воздуха, значения которых ничтожно малы по сравнению с тем сопротивлением, которое оказывает передвижению маятника образец при его разрушении, то можно утверждать, что работа по разрушению (деформации) образца равна:

.

Эта работа характеризует способность образца поглощать энергию удара. При этом удельная работа, отнесенная к площади поперечного сечения в месте разрушения, обозначается и называется ударной вязкостью металла:

,

где F₀ - площадь ослабленного надрезом сечения образца, в котором произошло разрушение.

Чем больше склонность металла к хрупкому разрушению, тем меньше значение ударной вязкости.

На маятниковом копре КМ–5 в зависимости от веса груза энергия разрушения образца определяется по конкретной шкале (№ 1, 2 или 3). Волокнистый матово-серый излом свидетельствует о вязком разрушении, а блестящий кристаллический – о хрупком. Причем, чем больше доля блестящего кристаллического излома, тем выше склонность металла к переходу в хрупкое состояние.