Wstęp teoretyczny
Zastosowanie i rodzaje prób udarowych
Próbę udarności stosuje się do określenia własności wytrzymałościowych materiałów związanych ze zjawiskiem udaru. W wyniku tej próby możemy stwierdzić, czy materiał jest odporny na uderzenia, skontrolować jakość obróbki cieplnej, orzec skłonności materiału do przechodzenia w stan kruchości pod wpływem zwiększonej prędkości obciążenia.
Najczęściej stosowaną metodą jest próba udarowa zginania. Oprócz tej metody można stosować jeszcze próbę rozciągania, próbę ściskania oraz próbę skręcania.
Definicja udarności
Udarnością nazywamy odporność materiału na złamanie przy uderzeniu, określaną jako stosunek pracy potrzebnej do złamania znormalizowanej próbki z karbem do pola przekroju poprzecznego tej próbki w miejscu karbu.
Zadania do wykonania
a) wyznaczenie średniej wartości udarności dla przyjętego materiału próbek,
b) określenie skłonności badanego materiału do przejścia w stan kruchości pod wpływem obciążeń udarowych,
c) kontrola obróbki cieplnej i wykrycie wad materiałowych,
d) zapoznanie się z budową i obsługą urządzeń służących do badania udarności metali,
Próbka typu Mesnagera
Warunki pobierania i przygotowania próbek
Sposób pobierania próbek określa norma PN-75/H-04308, wg. której próbki należy pobierać w sposób nie powodujący zgniotu ani zmian strukturalnych. W przypadku wycinania odcinków próbnych za pomocą palnika acetylenowego lub nożyc, brzegi gotowej próbki powinny być w takiej odległości od płaszczyzny cięcia, aby materiał próbki nie wykazywał zmian własności na skutek działania ciepła lub zgniotu. Do badań pobiera się co najmniej 3 próbki.
Próbki powinny być całkowicie obrobione mechanicznie przez skrawanie zgodnie
z PN-73/M-04257. Próbki nie powinny mieć na powierzchni żadnych wad widocznych gołym
okiem. Parametr chropowatości powierzchni Ra nie powinien przekraczać wartości 1.25 m.
Istotna jest dokładność wykonania próbek w podanych przez normę tolerancjach. Promień zaokrąglenia i głębokość karbu mają duży wpływ na udarność próbki. Wyniki prób udarności są porównywalne tylko dla próbek o jednakowym kształcie.
Schemat młota wahadłowego typu Charpy
1.Korpus 5.Wskazówka
2.Ramię wahadła 6.Hamulec
3.Próbka 7.Zapadka
4.Skala
Wzór na pracę łamania próbki
Młot z położenia 1 o wysokości h opada do położenia wyjściowego 0 osiągając maksymalną prędkość , gdzie: g = 9.81 m/s2 - przyśpieszenie ziemskie. Po złamaniu próbki młot wznosi się na wysokość h w położeniu 2. Młot puszczony luzem z położenia 1 osiąga położenie 3. Uwzględniając to, że straty spowodowane tarciem w młocie nie mogą przekraczać 1%, możemy przyjąć, że L = L0 oraz h = h0. W związku z tym energia potencjalna młota w położeniu 3 lub 1 wynosi:
L1 = , gdzie : G - ciężar młota zredukowany do środka uderzenia
Energia potencjalna młota po złamaniu próbki w położeniu 2 wynosi :
L2 =
Zatem energia zużyta na zniszczenie próbki wynosi :
a)
b) , gdzie : lr - długość zredukowana wahadła fizycznego
Po podstawieniu wzorów a) i b) do zależności : , otrzymamy :
Maksymalną prędkość wahadła obliczamy wstawiając do zależności związek
; otrzymamy
Tabela wyników pomiarów, pracy łamania i wymiarów przekrojów dla poszczególnych próbek
Próbka |
Wymiary [mm] |
|
S0 |
K |
KC |
|||||||
|
l |
c |
l1 |
b |
h |
h1 |
[mm2] |
[J] |
[J/mm2] |
|||
S1 |
55,5 |
2,1 |
27,7 |
10,0 |
10,0 |
7,9 |
79 |
74 |
0,936 |
|||
S2 |
55,3 |
2,2* |
27,6 |
10,0 |
10,1 |
7,9 |
79 |
114 |
1,443 |
|||
S3 |
55,2 |
2,1 |
27,7 |
10,1 |
9,9 |
7,9 |
79,8 |
102 |
1,278 |
|||
Symbol (*) - wymiar nie mieści się w tolerancji
Dokładność pomiaru udarności :
K = 2 J
h1 = 0.1 mm b = 0.1 mm
Opracowanie wyników
Obliczenia udarności i analiza dokładności
Dla S1
Dla S2
Dla S3
Do oszacowania dokładności używamy różniczki zupełnej w postaci :
, czyli :
Dla próbki 1
(KC)1 = 0.046J/mm2
Dla próbki 2
(KC)2 = 0.057 J/mm2
Dla próbki 3
(KC)3 = 0.054 J/mm2
Określenie błędów :
S1 : KC1 =0,936J/mm2 ± 0.046 J/mm2
S2 : KC2 = 1,442 J/mm2 ± 0.057 J/mm2
S3 : KC3 =1,278 J/mm2 ± 0.054 J/mm2
Wartość średnia dokładności :
Względna dokładność pomiaru wynosi :
; ; ;
Wartość średnia udarności i jej przedział ufności
Wartość średnia (oczekiwana) udarności : ;
Odchylenie standartowe wyników :
, Sn - odchylenie standartowe wyników próby
;
Przedział ufności dla wartości średniej :
Przedział ufności określa się z rozkładu prawdopodobieństwa t - Studenta dla przyjętego poziomu istotności , według wzoru :
, gdzie : t - kwantyl rozkładu t - Studenta odczytany z tablic dla (n-1) stopni swobody
Kwantyl dla (n-1) = 2 stopni swobody i poziomu istotności = 5 % odczytany z tablic wynosi t = 4,303
Podstawiamy do wzoru :
Z powyższego wynika, że przedział ufności dla wartości średniej zawiera się w granicach
od 0,611 do 1.828
wnioski
Omówienie rodzajów przełomów próbek
a) próbka 1 - przełom mieszany, posiada nieregularną zygzakowatą linię pęknięcia ,
o przewadze cech plastycznych.
b) próbka 2 - Materiał bardziej plastyczny , silniej zarysowana linia zygzakowata ,
znacznie lepsze własności plastyczne , większa udarność.
c) próbka 3 - Przełom o własnościach anizotropowych , związanych z przeróbką
plastyczn --> [Author:MiAK] ą.
1