Politechnika Białostocka
Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska
INSTRUKCJA DO ĆWICZEC
LABORATORYJNYCH
Temat ćwiczenia: Badanie udarności metali
Numer ćwiczenia: 5.2
Laboratorium z przedmiotu: wytrzymałość materiałów
kod:
Opracowanie:
dr inż. Jarosław Malesza
Katedra Mechaniki Konstrukcji
2008
1 Wprowadzenie
Badanie udarności ma na celu odzwierciedlenie pracy konstrukcji stalowej w warunkach kry-
tycznych obciążeń dynamicznych. Próby te służą sprawdzeniu, czy nagła zmiana obciążenia nie
spowoduje wprowadzenia materiału w stan kruchości. Ponadto próby udarowe mogą także być
prowadzone dla kontroli jakości obróbki cieplnej i wykrywania wad materiałowych.
Badanie udarności, zgodnie z normą PN EN 10045-1:1994, polega na złamaniu jednym ude-
rzeniem spadającego młota wahadłowego odpowiedniej próbki.
Miarą udarności jest energia zużyta na zniszczenie próbki.
Rysunek 1: Schemat zamocowania próbki do badań udarności
1.1 Próbki do badań
Próba udarności powinna być wykonywana na próbkach prostopadłościennych o wymiarach
55 × 10 × 10mm z wyciÄ™tym, w Å›rodku jednej z bocznych Å›cian, karbem. NaciÄ™cie karbu na
próbce wykonuje się w celu wywołania spiętrzenia naprężeń powodującego pęknięcie próbki
wykonanej z materiału plastycznego. W przypadku braku karbu próbka uległaby tylko zgięciu,
czego nie można zaliczyć do oceny udarności.
Norma PN EN 10045-1 rozróżnia trzy rodzaje karbów:
" płytki w kształcie litery U (2mm)
" głęboki w kształcie litery U (5mm)
" w kształcie litery V (2mm)
Wyniki prób udarności są porównywalne tylko dla próbek o jednakowym kształcie, rodzaju
karbu i wymiarach.
Energię zniszczenia próbki oznacza się za pomocą symboli: KU dla próbek z karbem w
kształcie litery U i KV z karbem o kształcie V .
2
Rysunek 2: Próbka do badań udarności z karbem płytkim w kształcie litery U
Rysunek 3: Próbka do badań udarności z karbem głębokim w kształcie litery U
Rysunek 4: Próbka do badań udarności z karbem w kształcie litery V
1.2 Urządzenie do badań
Próby udarności wykonuje się na młotach wahadłowych typu Charpy ego o standardowej ener-
gii początkowej równej 300J. Urządzenie składa się z bijaka oraz obudowy zamocowanej na
trwałe na fundamencie. Na osi obrotu na sztywno zamocowano tarczę i wskazówkę. Tarcza
wyskalowana jest w stopniach do pomiaru kątów i w jednostkach pracy do pomiaru energii.
Wskazówka automatycznie zatrzymuje się w najwyższym punkcie. W stanie spoczynku bijak
jest podniesiony i zablokowany na wysokość h1 i tworzy z pionem kąt ą1 = 1600. Po zwolnieniu
bijaka w najniższym punkcie uderza w próbkę leżącą na stoliku. Niszcząc ją rozprasza energię o
wartości Lu. Pozostała energia zamienia się w energię potencjalną i bijak wznosi się na wysokość
h2 tworząc z pionem kąt ą2. Powrotne wahnięcie jest zatrzymywane przez hamulec.
3
Rysunek 5: Wahadłowy młot Charpy ego do badania udarności metali
2 Cel ćwiczenia laboratoryjnego
Celem ćwiczenia jest sprawdzenie odporności stalowej próbki na obciążenie impulsowe.
3 Przebieg ćwiczenia
3.1 Czynności przed wykonaniem próby
" Sprawdzić wymiary próbki,
" Sprawdzić czy młot nie ma dużych oporów. W tym celu należy zwolnić bijak z położenia
początkowego i wykonać jedno wahnięcie (bez próbki) oraz wyznaczyć procentowe straty
tarcia,
" Położyć próbkę na podporach tak, aby płaszczyzna symetrii karbu leżała w płaszczyz
nie
ruchu młota, próbka przylegała do oporów, a karb znajdował się po przeciwnej stronie
miejsca przyłożenia siły uderzenia,
" Podnieść wahadło do położenia początkowego,
" Zwolnić bijak specjalną zapadką.
3.2 Czynności po wykonaniu próby
" Po wykonaniu jednego wahnięcia zatrzymać bijak za pomocą hamulca,
" Odczytać na podziałce młota wartość pracy zużytej na złamanie próbki.
" Wyniki pomiarów zestawić w tabeli pomiarowej.
4
4 Opracowanie wyników badań
4.1 Ocena pęknięcia próbki
Jeżeli podczas badania próbka nie została złamana, a jedynie zgięła się i przeszła przez pod-
pory, uzyskana energia nie może być traktowana jak wynik udarności. W takim przypadku w
protokole badania należy podać energię, przy której próbka nie została złamana.
Na podstawie obserwacji złomów po przeprowadzonej próbie zginania udarowego uzyskujemy
informacje o własnościach mechanicznych badanego materiału. Rozróżniamy cztery charakte-
rystyczne rodzaje złomów:
" Złom poślizgowy oznacza, że próbka została zgięta, pęknięcie nastąpiło po przekrocze-
niu granicy plastyczności tj. przy znacznym odkształceniu trwałym,
" Złom kruchy oznacza, że próbka pękła nie wykazując widocznego odkształcenia pla-
stycznego,
" Złom mieszany wykazuje cechy złomu poślizgowego i kruchego, na części przełomu
(najczęściej zewnętrznej) występują odkształcenia trwałe, a na pozostałej części występuje
przełom kruchy. Wówczas określa się procentowy udział przełomu kruchego w przekroju,
" Złom specyficzny z rozwarstwieniem wskazuje na duży stopień anizotropowości ma-
teriału spowodowany obróbką plastyczną lub wskazujący na obecność jednego lub więcej
pasm zanieczyszczeń.
Rysunek 6: Złomy próbek po badaniu udarności: a) złom poślizgowy, b) złom
kruchy, c) złom specyficzny z rozwarstwieniem
4.2 Wyniki badania - na podstawie bezpośredniego odczytu energii
Energię K zużytą na złamanie próbki możemy odczytać wprost z urządzenia. Wynik próby
udarności oblicza się wówczas ze wzroru:
K
KC =
S0
gdzie: K - jest energią zużytą na złamanie próbki nazywaną też pracą łamania,
S0 - powierzchnią przekroju próbki w miejscu karbu (pod karbem)
5
4.3 Wyniki badania - na podstawie odczytu kątów położenia wahadła
Ustalenie energii zużytej na złamanie próbki może odbywać na podstawie kątów położenia wa-
hadła przed i po uderzeniu. Wynik próby udarności oblicza się korzystając z zasady zachowania
energii, ze wzroru:
K = m · g · (h1 - h2)
gdzie: m - jest masÄ… bijaka,
h1 - wysokość uniesienia bijaka przed uderzeniem, której odpowiada kąt uniesienia ą1 = 1600
zgodnie z normÄ…,
h2 - wysokość uniesienia bijaka po uderzeniu, której odpowiada kąt ą2 odczytany na skali urzą-
dzenia,
5 Wymagania BHP
Urządzenie do badania udarności jest obsługiwane wyłącznie przez pracowników laboratorium.
Studenci sprawdzają wymiary próbki do badań, odczytują wskazania urządzenia.
6
Politechnika Białostocka
Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska
Sprawozdanie z zajęć laboratoryjnych
z wytrzymałości materiałów
kod:
Numer ćwiczenia: 5.2
Temat ćwiczenia: Badanie udarności metali
...................................................................................................
(imiÄ™ i nazwisko studenta)
rodzaj studiów: dzienne, zaoczne
kierunek:
specjalność:
semestr:
grupa:
prowadzący ćwiczenia:
...........................................
(data wykonania ćwiczenia)
OCENA: .............................
..............................................
(data i podpis prowadzÄ…cego)
Pomiar udarności na młocie Charpy ego
Bezpośredni pomiar energii z urządzenia
Badany materiał:
Rodzaj karbu:
K
Udarność: KC =
S0
S0 - pole powierzchni przekroju próbki w miejscu karbu,
K - energia zużyta na złamanie próbki,
Nr Wymiar pod S0 K KC
karbem [mm] [cm2] [J] [J/cm2]
Na podstawie kątów położenia wahadła
Masa bijaka: m =
Ustalenie wysokości położenia bijaka przed uderzeniem:
- kąt położenia bijaka ą1 = 1600
- wysokość h1 =
Ustalenie wysokości położenia bijaka po uderzeniu:
- kąt położenia bijaka ą2 =
- wysokość h2 =
Energia zużyta na złamanie próbki:
K = m · g · (h1 - h2) =