Для чего образцы изготавливаются с надрезом

Испытания на ударную вязкость металла шва – что особенного?

Испытания на ударную вязкость металла позволяют как производителю, так и покупателю получить важную информацию для дальнейшей эксплуатации. Такие испытания на прочность часто проводят для металлов, швов и околошовной зоны.

С куском металла или оборудованием работать легче. Но как проводятся испытания на ударную вязкость металла шва?

Надрез для испытаний на ударную вязкость шва

Прежде всего, как и в случае с другими цельными образцами, делается надрез. Он необходим для более точной оценки. Так как с его помощью удается избежать деформаций в испытываемом объекте. К тому же, надрез дает специалисту возможность оценить способность образца к хрупкому разрушению.

Вопрос в том, как именно сделать надрез на образце, если речь идет об испытаниях на ударную вязкость металла шва. Его производят на узком ребре изделия. При этом надрез должен быть четко по середине шва. Также стоит помнить о том, что необходимо снять усиление.

Отметим также, что при определении ударной вязкости металла околошовной зоны надрез осуществляется также на узком ребре изделия (около шва). В этом случае снимать усиление шва не обязательно.

О швах в двух словах: усиление – это дополнительное наплавление металла на стык деталей изделия. А соответственно и его (стыка) увеличение в размерах. Снятие усиления шва – это зачищение, снятие лишнего металла со стыка деталей.

Для оценки непосредственно ударной вязкости шва полученные данные рассчитываются по формуле. Работу потраченную на разрушение образца делят на рабочую площадь поперечного сечения в месте надреза

Источник

Основные сведения. При выборе материала для деталей, подвергающихся динамическим воздействиям, руководствуются так называемой ударной пробой

При выборе материала для деталей, подвергающихся динамическим воздействиям, руководствуются так называемой ударной пробой. Она заключается в том, что образцы материала подвергают разрушению изгибным ударом, измеряя количество энергии, затраченной на разрушение образца.

Испытание проводится на маятниковом копре МК-З0А.

Способность материала сопротивляться ударным нагрузкам характеризуется ударной вязкостью и определяется отношением работы W, затраченной на разрушение образца, к площади поперечного сечения А в месте излома:

Согласно ГОСТ 9454-78 образцы для испытания должны иметь стандартные размеры и установленный надрез. Основной стандартный образец указан на рис. 8.1. Определяется ударная вязкость не менее чем на шести образцах.

Рис. 8.1. Испытание образца ударной нагрузкой

Удар падающего маятника должен приходиться по ослабленному месту (сечению); в зоне надреза создается объемное напряженное состояние с большой концентрацией напряжений.

Порядок выполнения и обработка результатов

После установки образца на опоры (рис. 8.1) и подъема маятника копра снимается значение энергий взведенного маятника Wвзв и заносится в журнал испытаний. Затем открывается предохранительный диск на раме копра и маятник, падая, разрушает образец.

Выполняемая работа позволяет также обнаружить пороки металла, которые являются скрытыми от статических механических испытания: трещины от закалки, рыхлость, усадочные трещины.

1. Что называется ударной вязкостью материала и что она характеризует?

2. Как определяется ударная вязкость стали?

3. Для чего образцы изготавливаются с надрезом?

4. От чего зависит величина ударной вязкости и для каких материалов она больше?

В табл. 1 приводятся значения механических характеристик (в кН/м 2 ) наиболее распространенных конструкционных матери­алов.

Источник

Динамические испытания на изгиб образцов с надрезом

Образцы с V – образным концентратором имеют те же габариты и отличаются только геометрией надреза. Третий тип образцов, предусмотренный ГОСТ 9454 – 78, имеет T – образный концентратор (надрез с усталостной трещиной). Длина L этих образцов тоже 55 мм, а высота сечения H=11 мм при B=10; 7,5 или 5 мм. Допускается применение образцов с B=2 мм и H=9 мм, B=H=10 мм и B= H=25 мм. В последнем случае L=140мм.

Образцы с V – образным концентратором являются основными и используются при контроле металлических материалов для ответственных конструкций (летательных аппаратов, транспортных средств и т.д.). Образцы с U – образным надрезом рекомендуется применять при выборе и приемочном контроле металлов и сплавов до установления норм на образцы с V – образным концентратором. Образцы с надрезом и трещиной предназначены для испытания материалов, работающих в особо ответственных конструкциях, где сопротивление развитию трещин имеет первостепенное значение.

Испытания на изгиб проводят на маятниковых копрах с предельной энергией, не превышающей 300 Дж1. Копры должны соответствовать требованиям ГОСТ 10708 – 82.

Маятник копра закрепляется в исходном верхнем положении. По шкале фиксируется угол подъема маятника α. Затем крепящую защелку вынимают, маятник свободно падает под собственной тяжестью, ударяет по образцу, изгибает и разрушает его, поднимаясь относительно вертикальной оси копра на угол β. Этот угол тем меньше, чем большая работа K (при испытании стандартных образцов обозначается KU, KV или KT в зависимости от геометрии надреза) затрачена маятником на деформацию и разрушение образца.

Величина работы деформации и разрушения определяется разностью потенциальных энергий маятника в начальный (после подъема на угол α) и конечный (после взлета на угол β) моменты испытания:

где P – вес маятника; H и h – высоты подъема и взлета маятника (рис. 2.69).

Эта формула и служит для расчета работы K по измеренным углам α и β (P и L постоянны для данного копра). Шкала копра может быть проградуирована в единицах работы, если угол подъема маятника α фиксирован.

Зная полную работу деформации и разрушенияK, можно рассчитать основную характеристику, получаемую в результате испытаний – ударную вязкость:

где F – площадь поперечного сечения образца в месте надреза до испытания.

Ударные испытания, как и статические, можно проводить при отрицательных и повышенных температурах. Методика этих испытаний также регламентирована ГОСТ 9454 – 78. Испытания проводят с использованием тех же образцов, что и при комнатной.

В массовых динамических испытаниях на изгиб образцов с надрезом ударная вязкость – единственная выходная характеристика испытания. Диаграмма деформации обычно не записывается, так как это сопряжено со значительными экспериментальными трудностями. Общее время испытания измеряется долями секунды, поэтому для фиксации зависимости нагрузки от деформации требуются малоинерционные чувствительные датчики

и быстродействующий прибор для записи диаграмм. Обычно используют пьезокварцевые и шлейфовые осциллографы.

Ударная вязкость – это сложная, комплексная характеристика, зависящая от совокупности прочностных и пластических свойств материала. Работа, затрачиваемая на пластическую деформацию и разрушение, определяется площадью под диаграммой динамического изгиба. Ее величина, следовательно, будет тем больше, чем выше пластичность и уровень напряжений течения на всем протяжении испытания.

Характеристики пластичности – стрелу изгиба и угол загиба – легко определить, сложив две половины разрушенного образца точно так же, как при испытаниях на статический изгиб.

При ударных испытаниях на изгиб образцов с надрезом напряжения и пластическая деформация концентрируются в ограниченной части объема образца вокруг надреза. Именно здесь поглощается практически вся работа удара. На рис. 2.70 а показаны границы области распространения пластической деформации при разной глубине надреза. Видно, что ширина этой области соизмерима с высотой сечения образца и увеличивается по мере уменьшения глубины надреза.

На рис. 2.70 б дана схема распределения продольных нормальных напряжений S₁ в сечении надреза. В районе вершины надреза, помимо S₁, действуют поперечные нормальные напряжения S₂ и S₃ (S₃ не показано на рис. 2.70 б, так как оно перпендикулярно плоскости чертежа). Их появление вызвано торможением поперечной деформации объемами образца, примыкающими с двух сторон к надрезу. Чем глубже и острее надрез и больше ширина сечения, тем больше величина всех трех нормальных напряжений в точке M и меньше работа K.

Повышение ударной вязкости материала часто сопровождается и увеличением деформируемого объема в области надреза.

Возникновение схемы объемного растяжения, концентрация напряжений у надреза, а также рост предела текучести в результате ускорения деформации при мало меняющейся хрупкой прочности (см. схему Иоффе на рис. 2.41) создают наиболее благоприятные условия для хрупкого разрушения.

Количественную величину деформируемого объекта при ударном испытании определить трудно. Поэтому при расчете ударной вязкости полную работу деформации и разрушения относят не к объему, а к площади F поперечного сечения в надрезе, что, строго говоря, не имеет физического смысла. При испытании стандартных образцов величина F постоянна и, следовательно, ударная вязкость прямо пропорциональна полной работе K. Поскольку в разных материалах или при различных температурах испытания пластически деформируются различные объемы, то при одинаковых значениях K получаются разные величины удельной работы (в расчете на единицу объема). Ударная же вязкость в этом случае оказывается одинаковой.

Таким образом, характеристика ударной вязкости KС является условной, и это необходимо учитывать при сопоставлении разных материалов.

Температуры, ниже которых K_разр материала близки к нулю, опасны для его практического использования, поскольку возникшая по какой-либо причине трещина может самопроизвольно развиваться, не требуя для своего роста почти никакой подводимой извне энергии.

Динамические испытания образцов с надрезом являются самыми жесткими среди стандартных механических испытаний. Поэтому их часто используют для оценки температуры хрупко-вязкого перехода (см.раздел 6.3). Они позволяют выявить эту температуру в тех случаях, когда статические испытания не дают такой возможности (образцы пластичны вплоть до глубоких отрицательных температур). Полезны они и для оценки этой температуры у материалов, которые могут подвергаться ударным нагружениям при эксплуатации. Наконец, ударные испытания часто используют для определения «максимальной» T_хр. Действительно, переход в хрупкое состояние в условиях динамического нагружения происходит при более высоких температурах, чем при статических испытаниях. Поэтому оценка склонности к хрупкому разрушению в наиболее жестких условиях представляет самостоятельный практический интерес.

Помимо ударной вязкости по результатам ударных испытаний можно определить динамическую вязкость разрушения K_Iд. Ее величина меньше статической K_Iс, поскольку с увеличением скорости деформации вязкость разрушения снижается (рис. 2.72).

Для экспериментального определения K_Iд можно использовать стандартный образец с трещиной, но при этом необходимо записывать диаграмму изгиба, чтобы определить разрушающую нагрузку P_max, необходимую для расчета:

где B и H – ширина и высота сечения образца; Y – коэффициент, зависящий от отношения длины надреза и трещины к высоте сечения (h/H); M – расстояние между опорами маятникового копра.

По результатам ударных испытаний образцов с надрезом и трещиной может быть определено и критическое раскрытие трещины

где α – угол изгиба.

Ударная вязкость, особенно КСТ, и характеристики динамической вязкости разрушения, определяя в основном сопротивление материала разрушению, зависят от состава и структуры металла и сплавов во многом аналогично характеристикам трещиностойкости при статическом нагружении (см. раздел 2.5).

Высокая ударная вязкость (более 20 – 80 Дж/см 2 у разных групп сплавов) характерна для чистых по примесям, высокопластичных однофазных металлов и сплавов или гетерогенных по структуре сплавов с небольшим количеством избыточных фаз или оптимальными их размерами и распределением. Легирование чаще всего снижает ударную вязкость. Очистка от примесей, особенно приводящих к образованию хрупких избыточных фаз, повышает ударную вязкость.

2.5.4. Испытания на изгиб (Статика)

Применение испытаний на изгиб обусловлено широкой распространенностью этой схемы нагружения в реальных условиях эксплуатации и большей ее мягкостью по сравнению с растяжением, что дает возможность оценивать свойства материалов, хрупко разрушающихся при растяжении. Испытания на изгиб удобны для оценки температур перехода из хрупкого состояния в пластичное (например, у хладноломких о.ц.к. металлов и интерметаллидов).

При испытаниях на изгиб применяют две схемы нагружения образца, лежащего на неподвижных опорах: 1) нагрузка прикладывается сосредоточенной силой на середине расстояния между опорами (рис. 2.55, а) и 2) нагрузка прикладывается в двух точках на одинаковом расстоянии от опор (см. рис. 2.55, б). Экспериментально первую схему реализовать гораздо проще, поэтому она нашла наибольшее распространение. Следует учитывать, что вторая схема «чистого изгиба»во многих случаях обеспечивает более надежные результаты, поскольку здесь максимальный изгибающий момент возникает на определенном участке длины образца, а не в одном сечении, как при использовании первой схемы.

В изгибаемом образце создается неоднородное напряженное состояние, зависящее от геометрии образца и способа нагружения. При чистом изгибе узких образцов с прямоугольным сечением напряженное состояние в каждой точке можно считать линейным. В широких образцах (с отношением ширины к высоте сечения более трех) при обеих схемах изгиба (см. рис. 2.55) создается двухосное напряженное состояние из-за затруднения поперечной деформации. Нижняя часть образца оказывается растянутой, верхняя – сжатой. К тому же напряжения, связанные с величиной изгибающего момента, различны по длине и сечению образца. Максимальные напряжения возникают вблизи поверхности. Все это затрудняет оценку средних истинных напряжений и деформаций, строго характеризующих механические свойства при изгибе.

Образцы для испытаний на изгиб не имеют головок. Это еще одно преимущество по сравнению с растяжением, так как изготовление образцов с головками, особенно из хрупких материалов, значительно сложнее. На изгиб испытывают прямоугольные или цилиндрические стержни. Для определения свойств отливок из чугуна используют цилиндрические образцы диаметром 30±1 и длиной 340 или 650 мм (при растяжении между опорами 300 и 600 мм соответственно). Для исследовательских целей испытания на изгиб обычно ведут на цилиндрических образцах с d₀ = 2÷10 мм и расстоянием между опорами l ≥ 10d₀ или плоских образцах с высотой h = 1÷3, шириной b=3÷15 мм и l ≥ 10h. Для оценки характеристик конструкционной прочности рекомендуется применять образцы большого сечения до 30 х 30 мм.

Условное нормальное напряжение в крайнем растянутом волокне σ = M/W, где M – изгибающий момент, а W – момент сопротивления сечения. В случае нагружения силой (см. рис. 2.55, а)

Для прямоугольного образца

а для цилиндрического

W = πd/32.

Следовательно, рабочей формулой для расчета упругих напряжений при изгибе образцов прямоугольного сечения является

а для цилиндрических образцов

σ = 8Pl/ πd. (2.21)

По формулам (2.20) и (2.21) часто рассчитывают все прочностные характеристики при изгибе. Но достаточно точные результаты получаются только при определении пределов пропорциональности и упругости.

Из-за неравномерности распределения напряжений по сечению изгибаемого образца определяют два предела текучести – номинальный и реальный. Номинальный предел текучести при изгибе рассчитывают по формулам (2.20) и (2.21), предполагая, что напряжения линейно возрастают по оси образца до его поверхности, где и достигается заданный допуск на удлинение. Реальный предел текучести определяют с учетом действительного распределения напряжений по сечению как истинное напряжение, при котором в поверхностных волокнах возникает остаточная деформация заданной величины.

На практике чаще находят номинальный предел текучести, используемый в инженерных расчетах. Для большинства металлических материалов он на

20% выше условного предела текучести при одноосном растяжении.

Предел прочности при изгибе σ можно рассчитать по формулам (2.20) и (2.21) только в случае хрупкого разрушения. При значительных пластических деформациях эти формулы, строго говоря, неприменимы.

Графические методы определения прочностных свойств по первичной диаграмме изгиба (см. рис. 2.56) аналогичны применяемым при растяжении. Допуски на величину деформации при определении σ, σи σ задаются по величине стрелы прогиба, которая связана с относительным удлинением крайнего растянутого волокна в изогнутом образце.

При испытаниях на изгиб, как и в случае сжатия, достаточно пластичные материалы не разрушаются. Образец при этом загибается вплоть до параллельности его частей, расположенных по обе стороны от ножа.

В качестве характеристик пластичности при изгибе используют стрелу прогиба и загиба β, являющийся дополнительным до 180° к углу изгиба α (см. рис. 2.57). Угол β возрастает по мере повышения деформационной способности материала, а угол α уменьшается.

Источник

Образец с надрезом

Смотреть что такое «Образец с надрезом» в других словарях:

образец с надрезом — Тип образца, содержащего надрез, бороздку типа «дыра и щель» имеющую форму замочной скважины, обычно используемый в испытаниях на динамический изгиб. [http://www.manual steel.ru/eng a.html] Тематики металлургия в целом EN keyhole… … Справочник технического переводчика

образец с выращенной трещиной — Образец с надрезом, предназначенный для механических испытаний, который подвергают воздействию циклических напряжений до появления трещины в вершине надреза. [http://www.manual steel.ru/eng a.html] Тематики металлургия в целом EN precracked… … Справочник технического переводчика

Образец с выращенной трещиной — Precracked specimen Образец с выращенной трещиной. Образец с надрезом, предназначенный для механических испытаний, который подвергают воздействию циклических напряжений до появления трещины в вершине надреза. (Источник: «Металлы и сплавы.… … Словарь металлургических терминов

МЕНАЖЕ ОБРАЗЕЦ — образец (см. рис.) с U образным надрезом для испытания материалов на ударную вязкость при ударном изгибе на маятниковых копрах. См. также Шарпи образец. К ст. Менаже образец … Большой энциклопедический политехнический словарь

ШАРП И ОБРАЗЕЦ — [по имени франц. инженера Ж. Шарпи (G. Charpy; 1865 1945) ] образец с V образным надрезом для испытания материалов на ударную вязкость при ударном изгибе на маятниковых копрах. См. также Менаже образец … Большой энциклопедический политехнический словарь

Менаже – образец — Менаже – образец – образец с U – образным надрезом для испытания материалов на ударную вязкость при ударном изгибе на маятниковых копрах. [Новый политехнический словарь, Москва, Научное издательство, 2000г.] Рубрика термина:… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

менаже — I. МЕНАЖЕ ménager. Менаже, образец с надрезом. Доллингер 1955 345. Менаже образец стандартный образец с надрезом для испытания материалов на ударную вязкость при ударном изгибе на маятниковых копрах. 1995 Машиностр. Лекс. Политехн. сл. менаже/.… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

сопротивление — 3.93 сопротивление (resistance): Способность конструкции или части конструкции противостоять действию нагрузок. Источник: ГОСТ Р 54382 2011: Нефтяная и газовая промышленность. Подводные трубопроводные системы. Общие технические требования … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ 19109-84: Пластмассы. Метод определения ударной вязкости по Изоду — Терминология ГОСТ 19109 84: Пластмассы. Метод определения ударной вязкости по Изоду оригинал документа: 1. «Перевернутый образец» Образец, установленный в зажиме прибора так, чтобы надрез располагался на стороне, противоположной маятнику… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Надрез производится посредством сверления, фрезерования и применения абразивного камня. Допускается дополнительная обработка ( доводка, шлифовка) дна надреза. При изготовлении надреза не допускается нагрев образца, влияющий на механические свойства металла. [17]

Надрез производится путем сверления, фрезерования или с помощью абразивного камня. Допускается дополнительная обработка ( доводка, шлифовка) дна надреза. При изготовлении надреза не допускается налрев образца, так как это оказывает влияние на механические свойства металла. В тех случаях, когда испытанию должен быть подвергнут термически обработанный образец, термическая обработка его производятся до выполнения надреза. Надрез должен быть перпендикулярен к продольной оси образца. [19]

При полной оценке усталостной прочности материала, несмотря на несомненную условность испытаний гладких образцов на усталость, эти испытания следует проводить. Необходимо также оценивать чувствительность к надрезу при соответствующих режимах и условиях нагружения; при этом способ изготовления надреза и его форма должны как можно больше соответствовать применяемым при изготовлении реальных деталей из изучаемого металла. [23]

Надрез производится на сверлильных, фрезерных или заточных станках. На поверхности надреза не должно быть рисок, видимых без применения оптических приборов. Допускается дополнительная обработка ( доводка, шлифовка) дна надреза. При изготовления надреза не допускается нагрев образца, влияющий на механические свойства металла. [25]

Направление вырезки образцов обязательно указывается в технических условиях и в протоколах испытаний. Надрез у образцов, изготовленных из листов проката, труб, должен быть перпендикулярен к направлению прокатки. Обработка места надреза осуществляется сверлением, фрезерованием или абразивным кругом. При этом на поверхности образца не допускается рисок, видимых без оптических приборов. При изготовлении надрезов не допускается нагрев образцов, влияющий на механические свойства металла. Обработку граней производят на плоскошлифовальном станке. Образцы, имеющие дефекты изготовления в виде трещин, заусенцев и следов обработки, не допускаются к испытаниям. [28]

Источник