Udarnością nazywa się odporność materiału na działanie obciążeń dynamicznych, wyrażającą się stosunkiem pracy K zużytej na złamanie określonej próbki do powierzchni jej przekroju poprzecznego w miejscu złamania S_o:

K

KC= , J/cm²

S_o

Próba udarności polega na złamaniu jednym uderzeniem młota wahadłowego próbki z karbem, podpartej swobodnie na obu końcach, i pomiarze pracy odpowiadającej energii zużytej na jej złamanie. Stosuje się ją dla oceny zachowania się materiału lub niekiedy elementu konstrukcyjnego w warunkach sprzyjających kruchemu pękaniu, wytworzonych w próbce obecnością karbu i dużą szybkością odkształcania wywołaną dynamicznym działaniem siły, a w niektórych przypadkach również działaniem temperatury.

Próba udarności metali

Zgodnie z Polską Normą PN-79/H-04370 próbę udarności metali przeprowadza się na młotach wahadłowych typu Charpy, przeznaczonych do łamania próbek podpartych swobodnie na obu końcach. Młoty muszą być odpowiednio sztywne, ciężkie i trwale przymocowane do fundamentu. Początkowa energia uderzenia młota K_max powinna wynosić 300, 150, 100, 50, 10 lub 5 J, a straty energii na skutek tarcia nie powinny przekraczać 0,5% tej wartości. Prędkość ostrza wahadła w chwili uderzenia winna wynosić V= 5,0 do 5,5 m/s ( dla młotów o K_max mniej niż 150 J wartość V może być niższa, a dla młotów starszej konstrukcji dopuszcza się V= 4,5 do 7,0 m/s). Oblicza się ją ze wzoru:

V≈ 2g R(1-cos )= 2gH ,

W tym:

g- przyśpieszenie ziemskie (9,81m/s²),

R- odległość od osi wahadła młota do środka powierzchni zetknięcia się noża wahadła z próbką, m,

• kąt wzniesienia wahadła młota przed uderzeniem,...^o,

H- wysokość wzniesienia wahadła młota przed uderzeniem, m.

Próbę przeprowadza się w zasadzie w temperaturze od 15 do 30^oC.

Do próby udarności stosuje się dwa typy próbek: z karbem w kształcie litery U i z karbem w kształcie litery V. W pierwszym wypadku głębokość karbu może wynosić 2,3 lub 5 mm, w drugim - zawsze wynosi 2 mm. Niezależnie od kształtów i wymiarów, próbki muszą być całkowicie obrobione skrawaniem. Przed próbą należy sprawdzić wymiary próbki w miejscu karbu z dokładnością do 0,02 mm.

Próbkę umieszcza się na podporach młota w ten sposób, by płaszczyzna symetrii karbu leżała w płaszczyźnie pionowej, przechodzącej w połowie odległości między podporami a uderzenie młota nastąpiło w płaszczyźnie symetrii karbu próbki od strony przeciwnej względem karbu. Po złamaniu próbki wartość pracy K zużytej na złamanie odczytuje się bezpośrednio ze skali młota w J (kGm), bądź też, jeśli skala młota wycechowana jest w stopniach kąta wychylenia wahadła, oblicza się ze wzoru:

K = mgR (cos - cos ) J,

W którym:

m- masa wahadła, młota, kg,

g- przyśpieszenie ziemskie, 9,81 m/s²,

R- odległość od osi wahadła mota do środka powierzchni zetknięcia noża wahadła z próbką, mm,

-kąt wzniesienia wahadła młota przed uderzeniem,

-kąt wzniesienia wahadła młota poza położenie równowagi po złamaniu próbki.

Dzieląc zmierzoną wartość pracy K przez powierzchnie przekroju poprzecznego próbki w miejscu jej zniszczenia, oblicza się jej wartość udarności z dokładnością do 1J/cm² dla udarności powyżej 10J/cm² lub 0,1J/cm² dla udarności do 10J/cm².

Oznaczenie pracy uderzenia K lub udarności KC uzupełnia się literą U lub V, zależnie od kształtu rowka oraz liczbami odpowiadającymi kolejno początkowej energii młota w J, głębokości karbu w mm oraz szerokości próbki w mm. Dodatkowych liczb nie podaje się jedynie w przypadku:

• młota o początkowej energii K_max=300 J,

• próbek o szerokości b= 10mm,

• karbu w kształcie litery U i głębokości 5mm,

• karbu w kształcie litery V i głębokości 2 mm.

Np. oznaczenie KCU 150/3/5 odpowiada udarności wyznaczonej za pomocą młota o początkowej energii K_max= 150J, na próbce z karbem w kształcie litery U o głębokości 3mm, przy szerokości próbki 5 mm.

Badania udarności można przeprowadzać również na elementach konstrukcyjnych (np. płaskich złączach spawanych lub zgrzewanych), należy jednak pamiętać, że wartości udarności określane na próbkach różnych typów i wymiarów nie mogą być bezpośrednio porównywane, gdyż brak jest ogólnej zależności między tymi wartościami.

Próba udarności w temperaturach podwyższonych

Znormalizowaną próbę w temperaturach podwyższonych (PN-74/H-04372) przeprowadza się analogicznie, jak opisaną powyżej próbę udarności, ale po uprzednim nagrzaniu próbek do dowolnej temperatury, nie przekraczającej jednak 1000^oC. Dokładność pomiaru temperatury do 600^oC - ±5^oC, powyżej 600^oC - ± 8^oC.

Nagrzewanie i wygrzewanie próbek w temperaturze do 100^oC przeprowadza się w wodzie, w wyższych temperaturach - w labolatoryjnych piecach muflowych, względnie w oleju lub w innych obojętnych cieczach grzewczych.

Oznaczanie udarności składa się z liter KC i dodatkowego symbolu wskazującego typ próbki oraz liczby odpowiadającej temperaturze próby, np. KCU₆₀₀150/3/5, KCU₃₀₀, KCU₁₀₀.

Próba udarności w niskich temperaturach

Znormalizowaną próbę udarności w niskich temperaturach (PN-74/H-04371) przeprowadza się również analogicznie, jako próbę udarności w temperaturze otoczenia, ale po uprzednim ochłodzeniu próbki do temperatur 0, -20, -40, -60, -80 lub -100^oC (a w razie potrzeby do dowolnej temperatury w zakresie od 0 do -196^oC). Jako ośrodek chłodzący do temperatury -70^oC stosuje się dwutlenek węgla (sztuczny lód)zmieszany z cieczą, która nie zamarza w temperaturze próby i nie działa żrąco na badaną próbkę, np. z alkoholem etylowym.

Niższe temperatury uzyskuje się mieszając ciekły azot z alkoholem etylowym (-70 do -100^oC), z eterem (-100 do -150^oC) lub z freonem -22 (-150 do -196^oC). Dokładność pomiaru temperatury do -100^oC - ±2^oC, poniżej -100^oC - ±5^oC.

Oznaczenie udarności w tym przypadku jest identyczne, jak udarności w temperaturach podwyższonych, np. KCV₀, KCU_-40, KCV_-20 itd. Badania w każdej temperaturze wykonuje się, na co najmniej 3 próbkach.

Próba udarności żeliwa szarego

Jest to również znormalizowana próba (PN-62/H-83107), polegająca na złamaniu jednym uderzeniem młota wahadłowego, kolejno kilku próbek o średnicy 20 ± 1mm i długości 120 ± 2mm, podpartych na obu końcach i pomiarze średniej pracy zużytej na ich złamanie.

Próbe udarności żeliwa szarego przeprowadza się na młocie wahadłowym typu Charpy, trwale przymocowanego do fundamentu. Największa energia uderzeniowa młota winna wynosić 50 J (5 kGm), straty na tarcie 0,5% a prędkość ostrza wahadła w chwili uderzenia 3,6-4,2 m/s. Średnią udarności żeliwa szarego oznacza się symbolem E_r i oblicza z wzoru:

E_ri

E_r= n J (kGm),

w którym:

E_ri- praca zużyta na złamanie próbki, odczytana ze skali młota w J,

n- liczba złamanych próbek.

---