Wstęp.
Tematem zajęć laboratoryjnych była próba udarności, którą przeprowadziliśmy zgodnie z warunkami opisanymi w normie PN-EN 10045-1.
Udarność jest to odporność materiału na kruche pękanie. Próba udarności polega na złamaniu próbki z karbem podpartej swobodnie obydwoma końcami na podporach młota i pomiarze energii K zużytej na złamanie próbki. Celem przeprowadzania próby udarności oprócz pomiaru energii jest określenie:
- zachowania materiału już podczas pękania,
- określenie energii propagacji, czyli energii, którą materiał przeciwstawia rozwojowi pęknięcia,
- ocena zachowania stali pod wpływem ostrego karbu, dużej szybkości przyrostu odkształcenia, obniżonej temperatury.
Wyniki próby są wykorzystywane przy doborze materiałów do budowy różnego rodzaju maszyn, pojazdów Np. Statków.
Opis
Próba została przeprowadzona za pomocą Młota Charpy'ego o energii początkowej 300 J, masie młota 20kg na próbkach charpy V o przekroju 10/10 mm w różnych temperaturach(23+-5, -15,-35)
Pierwszą badaną próbką była stal maszynowa [40Cr-4 (40H)] w temperaturze pokojowej(23+-5)
Młot został podniesiony i zaklinowany. Umieszczono próbki na podporach zwracając uwagę na dokładne ustawienie i odwróceniu karbu od strony bijącej. Po zwolnieniu młota opadł on z prędkością
5-5,5 m/s łamiąc próbkę w miejscu karbu. Energia potrzebna do złamania próbki odczytana na skali młota wyniosła 13 J. Przełom był prawie cały kruchy, na obrysie ciemniejszy, matowy (ok.1mm)
Świadczy to o dużej podatności materiału na kruche pękanie.
Drugą badaną próbką była stal konstrukcyjna niestopowa [S235 (St3s)]
Pierwsze jej łamanie zostało przeprowadzone w temperaturze pokojowej na tym samym młocie charpy'ego. Energia łamania wyniosła 160 J ,a przełom był pofałdowany, rozwinięty, ciągliwy, wystąpiły duże odkształcenia plastyczne.
Materiał ma dużą odporność na pękanie w temp. pokojowej. Próbka nie pękła cała, co oznacza dużą energię propagacji stali.
Drugie łamanie próbki ze stali konstrukcyjnej niestopowej zostało przeprowadzone po uprzednim schłodzeniu próbki do temperatury -15 C. Schładzanie zostało przeprowadzone za pomocą ciekłego azotu przez zalanie nim próbki. Po uzyskaniu przez próbkę odp. Temperatury dzięki odczytom z termometru szybko umieściliśmy ją na miejsce badawcze i zadaliśmy siłę.
Wartość energii potrzebnej na złamanie wyniosła 90 J. Próbka jednak znowu nie została zniszczona. Przełom był ciągliwy, w pewnym miejscu kruchy. Materiał zachował pewną odp. na pękanie, jednak ukazują się symptomy przełomu kruchego.
Ostatnią próbę przeprowadziliśmy też na stali konstrukcyjnej, jednak w temperaturze
-35 C uzyskanej przez schłodzenia tak jak poprzednio.
Wynikiem była wartość energii około 16 J. Przełom był w przeważającej wielkości kruchy. Po drugiej stronie karbu można było zobaczyć mały matowy pasek.
Materiał stracił prawie całą odporność na kruche pękanie, która spadła dzięki zmniejszeniu temperatury.
Wnioski
Stal konstrukcyjna niestopowa posiada znacznie większą odporność na kruche pękanie niż stal maszynowa. Dlatego lepiej nadaje się do budowy maszyn narażonych na kruche pękanie.
Wpływ na tą odporność może mieć zawartość węgla w stopie oraz to czy materiał był hartowany. Większa ilość węgla pogarsza odporność. Podobnie jest w przypadku hartowania, które też ją obniża.
Jednak lepiej jest posiadać materiał o lepszej energii propagacji. Stal konstrukcyjna szybko traci na udarności po spawaniu.