AKADEMIA BYDGOSKA
Im. Kazimierza Wielkiego
W BYDGOSZCZY
Instytut techniki
Sprawozdanie z ćwiczenia
Wyznaczenie udarności
Wykonanie: Mariusz Rut
Łukasz Dzięcioł
II WT/C
Bydgoszcz 2003
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie udamości różnych materiałów konstrukcyjnych.
2. Opis stanowiska badawczego.
Rys. l. Schemat stanowiska: l-korpus stanowiska, 2- wahadło, 3- podpora, 4- próbka, 5- dźwignia hamulca, 6- przełącznik pracy młota, 7- przełącznik zakresu, 8- przyciski uruchamiające opadanie młota, 9- wskaźnik wykonanej pracy.
Stanowisko badawcze jest młotem udarnościowym Charpyego typu Psd 15/50, umożliwiającym wykonanie pracy o wartości 50[J]. Głównym elementem stanowiska jest wahadło 2 zakończone ciężką głowicą z ostrzem. Badana próbka 4 spoczywa swobodnie na podporze 3. Do zatrzymania wahadła po wykonanej próbie udarności służy hamulec 5. W górnej części stanowiska znajduje się zestaw przełączników i przycisków sterujących. Ustawieniu przełącznika 6 w położeniu
odpowiada postój młota, podczas którego układa się próbkę na podporach, położenie
tego przełącznika umożliwia uruchomienie młota. Ponadto przełącznik 6 służy do zerowania wskaźnika pracy. .Przełącznikiem 7 zmienia się zakres pracy młota. Przyciski 8 służą do uruchomienia podniesionego wahadła pod warunkiem ich jednoczesnego naciśnięcia. Wartość pracy zużytej na złamanie próbki odczytuje się na wskaźniku 9.
3. Podstawy teoretyczne
Udamość, czyli odporność materiału na udarowe działanie obciążeń określana jest jako stosunek pracy potrzebnej do zniszczenia próbki materiału do pola jej przekroju poprzecznego w miejscu zniszczenia.
gdzie: U = udarność w J/ cm2
L = praca użyta na zniszczenie próbki, w J
Ao = pole przekroju poprzecznego próbki, mierzona przed zniszczeniem.
Najczęściej stosowaną próbą udarnościową jest próba zginania udarowego metodą Charpy ego. Polega ona na łamaniu podpartej swobodnie na dwóch podporach próbki (rys.2) za pomocą ciężkiego wahadła uderzającego w próbkę w połowie odległości między podporami.
Rys. 2. Schemat badania udarności:
1- próbka,
2- ostrze wahadła.
Próbki mają przekrój prostokątny, na ogół kwadratowy. W przypadku niektórych materiałów, np. stali, narzyna się na nich karby ułatwiające złamanie. Wymiary h i b przekroju poprzecznego próbki oraz wymiary karbu są określone przez normy dotyczące udarności dla różnych materiałów.
Rys. 3. Schemat działania młota wahadłowego Charpy`ego.
Schemat działania młota wahadłowego Charpy`ego przedstawia rys.3. Wahadło młota podniesione i unieruchomione w pozycji początkowej, określonej wysokością h1 środka ostrza wahadła, ma określoną energię potencjalną. W czasie opadania wahadła energia ta przekształca się w energię kinetyczną, co umożliwia wykonanie pracy potrzebnej do zniszczenia próbki. Po złamaniu próbki wahadło wznosi się na pewną wysokość h2. Praca zużyta na złamanie próbki jest równa:
L = G (h1 - h2)
gdzie G jest ciężarem wahadła sprowadzonego do środka jego ostrza.
4. Przebieg ćwiczenia
1`. Zmierzyć szerokość b i wysokość h wyznaczonych do badania próbek materiałów w połowie ich długości, za pomocą suwmiarki z dokładnością 0,1 mm.
+ zalecane wymiary próbek:
- dla próbek bez karbu w mm;
długość 80, szerokość 4± 0,2, wysokość 10±0,5,
- dla próbek z karbem w mm:
długość 80, szerokość 4± 0,2,
wysokość 10±0,5,
szerokość karbu 2± 0.2,
głębokość karbu 6,7± 0,3,
promień zaokrąglenia karbu 0,2.
Próbki z karbem normalnym:
a) duża;
b) średnia;
c) mała;
d) duża z tworzyw warstwowych z karbem w kierunku równoległym do warstw;
e) duża z tworzyw warstwowych z karbem w kierunku prostopadłym do warstw;
2`. Unieść wahadło młota do położenia początkowego.
3`. Umieścić pierwszą próbkę na podporach, próbki z karbem należy układać tak, aby karb znajdował się po przeciwnej stronie do działania ostrza wahadła i aby oś karbu znajdowała się dokładnie w połowie odległości między podporami.
4`. Zwolnić wahadło przez jednoczesne naciśnięcie lewą i prawą ręką na przyciski uruchamiające wahadło.
5`. Odczytać na wyświetlaczu cyfrowym młota wartość pracy L [J] zużytej na złamanie próbki.
6`. Obliczyć udamość U [J/cm2] z dokładnością 0,1 J/cm2.
7`. Powtórzyć ćwiczenie dla kolejnych próbek.
5. Udarność materiałów.
Tworzywa sztuczne.
Poliwęglan (PC)
Udarność z karbem (Charpy) 37,1 KJ/m2
Poli(tereftalan etylenu) (PET)
Udarność bez karbu (Charpy) 32 KJ/m2
Poli(metakrylan metylu) PMMA
Udarność bez karbu (Charpy) 17.5 KJ/m2
b) Drewno
w kierunku wzdłuż włókien
b) w kierunku promieniowym
c) w kierunku stycznym
BRZOZA
Udarność a-5 b-10,0 c-13,0 J/cm2
BUK
Udarność a- 3 b-10 c-19 J/cm2
DĄB
Udarność a- 1 b-6 c-16 J/cm2
SOSNA
Udarność a-1,5 b-4,0 c-13,0 J/cm2
c) Metale
Stal
Udarność 2,25 J/cm2
Mosiądz
Udarność 1,29 J/cm2
Miedź
Udarność 1,08 MJ/m2
Tablica 4.1. Porównanie gatunków stali i własności według norm |
||||||||
Norma |
Gatunek stali |
Własności wytrzymałościowe |
||||||
|
|
Re [N/mm2] |
Rm [N/mm2] |
Wydłużenie [%] lub udarność [J/cm2] |
||||
PN-88/H-84020 |
St0S |
Min 195 |
Do 3 mm 320÷570, 3÷40 mm 300÷540 |
A50 do 2 mm 12 |
A80 Od 2 mm Do 3 mm 14 |
A5 Od 3 mm Do 40 mm 20 |
|
|
|
St3SX |
Min 235 |
Do 3 mm 380÷520 3÷100mm 360÷490 |
A50 do 2 mm 16 |
A80 Od 2 mm Do 3 mm 19 |
A5 Od 3 mm Do 40 mm 26 |
||
|
St3SY |
|
|
|
|
|
||
|
St3S |
|
|
|
|
|
||
|
St4SX |
Min 275 |
Do 3 mm 440÷580 3÷100 mm 420÷550 |
A50 do 2 mm 13 |
A80 Od 2 mm Do 3 mm 16 |
A5 Od 3 mm Do 40 mm 20 |
||
|
St4SY |
|
|
|
|
|
||
|
St4S |
|
|
|
|
|
||
|
St4SU |
Min 255 |
410÷510 |
A50 Wzdłużne 27 Poprzeczne 25 |
Udarność -30°C - 29,43 +20°C - 58,86 |
|||
PN-83/H-84017 |
10H |
Min 345 |
Min 470 |
A5 Do 3 mm 11 |
A5 Pow. 3 mm 12 |
|||
|
10HA |
|
|
A5 Do 3 mm 12 |
A5 Pow. 3 mm 22 |
|||
PN-86 H-84018 |
18G2 |
Min 335 |
490÷630 |
A5 Wzdłużne 22 Poprz. 20 |
Udarność według uzgodnień |
|||
|
18G2A |
|
|
|
|
|||
|
18G2ACu |
|
|
|
|
|||
PN-93 H-84019 |
08X |
Min 175 |
Min 295 |
A5 Min 35 |
||||
PN-89/H-84023 |
St1X |
Min 190 |
310÷390 |
A5 Min 33 |
|
|||
|
08J |
- |
315÷430 |
A5 Dla 1,5 mm 17 |
A5 Pow. 1,5 mm 20 |
|||
|
St2SX |
Min 205 |
330÷420 |
A5 Min 28 |
||||
|
08XA |
- |
Max 390 |
A5 Min 33 |
||||
|
UST37-2 |
Min 235 |
Do 3 mm 360÷510 od 3 do 100 mm 340÷470 |
A80 |
A5 |
|||
DIN 17100 |
|
|
|
2÷2,49mm Wzdł. 20 Poprz. 18 |
2,5÷ 2,99mm Wzdł. 21 Poprz. 19 |
3,0÷4,0mm Wzdł. 26 Poprz. 24 |
||
|
RST37-2 |
Min 235 |
|
|
|
|
||
|
S235JR |
235 |
340÷360 |
A80 17÷21 |
||||
EN 10025 |
S235JRG1 |
|
|
|
||||
|
S235JRG2 |
|
|
|
||||
|
S355JR |
355 |
510÷680 |
A80 14÷18 |
||||
|
S355J0 |
|
|
|
||||
|
S355J2G3 |
|
|
|
||||
1)Zawartość miedzi w gatunkach stali St3SCuX, St3SCuY, St3SCu, St4SCuX, St4SCuY, St4SCu wynosi 0,20 ÷ 0,40% (stale przeznaczone na wyroby o grubości do 12 cm). Gatunki stali wymienione w tabeli nadają się do spawania powszechnie stosowanymi metodami. Norma DIN 17100 została zastąpiona przez normę DIN-EN 10025. |
||||||||
|
||||||||
|
2