POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska

Katedra Mechaniki Konstrukcji

WYTRZYMAŁOŚĆ MATERIAŁÓW

Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

Temat ćwiczenia:

Próba udarności na młocie Charpy'ego

Kod:

Opracował:

Dr inż. Janusz Krentowski

Białystok, 2013

Własności mechaniczne materiałów konstrukcyjnych określamy w wyniku statycznych prób rozciągania i ściskania. Materiały wykazujące wyraźną granicę plastyczności badamy w tzw. próbach „zwykłych”. Materiały niewykazujące wyraźnej granicy plastyczności powinny być poddane badaniom w próbach tzw. „ścisłych”.

1. CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest przeprowadzenie próby udarności stali, a następnie określenie udarności badanego materiału.

Próba udarności polega na złamaniu jednym uderzeniem młota wahadłowego próbki z karbem (o kształcie i wymiarach wskazanych w normach), podpartej na obu końcach, w warunkach określonych normą PN-69/H-04370 i pomiarze pracy zużytej na jej złamanie.

2. PODSTAWY TEORETYCZNE

Udarność wyraża się stosunkiem pracy zużytej na złamanie próbki do pola powierzchni jej przekroju poprzecznego w miejscu osłabienia karbem:

,

- praca zużyta na złamanie próbki; pracę tą określa się mierząc ubytek energii potencjalnej młota.

- pole powierzchni przekroju poprzecznego próbki w miejscu karbu, mierzone przed próbą.

Normy, np. PN-69/H-04370 określają trzy typy próbek do prób udarności stali:

- typu Mesnager,

- typu ISO - Charpy U, stosowaną do określania udarności materiałów bardzo ciągliwych,

- typu ISO - Charpy V.

Jeśli z elementów nie można pobrać próbki o szerokości 10mm, lub
jeśli złamanie próbki wymaga energii powyżej 300J, stosuje się próbki
typu Mesnager i ISO-Charpy V o szerokości 7,5mm lub 5,0mm.

Rys. 1. Wymiary próbek do badań udarności

3. SCHEMAT I ZASADA DZIAŁANIA MASZYNY POMIAROWEJ

Próby udarności przeprowadza się na młotach wahadłowych typu Charpy'ego lub analogicznych. Największa energia uderzenia młota nie powinna przekraczać 300 (+/- 10) J.

Dopuszcza się stosowanie młotów o mniejszej energii uderzenia, jednak nie mniejszej niż 150J. Należy wówczas w oznaczeniu podać wskaźnik wyrażający wartość stosowanej energii uderzenia.

Prędkość noża wahadła w chwili uderzenia
gdzie
g - przyspieszenie ziemskie, h - wysokość wzniesienia noża wahadła przed złamaniem próbki.

Na Rys. 2 przedstawiającym omawiany młot: l - oznacza podstawę młota, 2 - wahadło, 3 - próbkę, 4 - skalę, 5 - wskazówkę, 6 - dźwignię hamulca, 7 - zaczepy z trzpieniem blokującym.

Rys. 2. Młot Charpy'ego

4. PRZEBIEG ĆWICZENIA

Badania rozpoczynamy od sprawdzenia wymiarów próbki w miejscu karbu z dokładnością do 0,05 mm. Po weryfikacji wymiarów próbki kontrolujemy prawidłowość działania młota poprzez „jałowe” (bez uderzenia próbki) opuszczenie wahadła z położenia początkowego „1” i wykonanie jednego wahnięcia. Wskazówka młota powinna wskazywać na podziałce zero z dokładnością do 1J lub wskazywać kąt β = α₀ ≈ α, z dokładnością do 0,5°.

Następnie ustawiamy próbkę tak, aby:

• płaszczyzna symetrii karbu leżała w płaszczyźnie ruchu młota,

• próbka przylegała do „oporów”,

• karb znajdował się po przeciwnej stronie miejsca przyłożenia energii uderzenia wahadła.

Po raz klejny podnosimy wahadło do położenia początkowego „1” i unieruchamiamy je zapadką. Po sprawdzeniu prawidłowości pozycji wahadła oraz osadzenia próbki, zwalniamy zapadkę wahadła. Po wykonaniu jednego wahnięcia zatrzymujemy wahadło za pomocą hamulca. Po zahamowaniu odczytujemy na podziałce młota wartość zużytej pracy na złamanie próbki z dokładnością do 1J.

Próbka powinna ulec całkowitemu przełamaniu, jak pokazano na szkicu.

5. OPRACOWANIE WYNIKÓW

Dane pomierzone i uzyskane w wyniku badania:

V - typ karbu próbki, 10x10mm - wymiary próbki, m = 18,75 kg ,

W = L = …………… J , S₀ = 0,8cm² , R = 825mm ,

α = 160° , β = …………° .

Obliczenia:

.

Obliczenie L na drodze analitycznej:

,

.

6. WNIOSKI

Udarność materiału, np. stali zależy od kształtu elementu oraz od temperatury pracy elementów konstrukcyjnych.

Należy sformułować wniosek o zależności wartości parametru udarności materiału od zmian temperatury oraz jaki wpływ na udarność ma zawartość węgla w różnych gatunkach stali, np. poprzez analogię do prób rozciągania stali nisko i wysokowęglowej.

5

---