Marcin Rzeszotarski

Inżynieria Materiałowa

Sem. V, gr. poniedziałkowa

Badanie Udarności metali

1.Cel ćwiczenia:

Cel ogólny ćwiczenia - zapoznanie się z próbą udarności stali i żeliwa.

Cel szczególny - zbadanie wpływu kształtu karbu i rodzaju materiału na udarność.

2.Definicja udarności:

Próba udarności polega na złamaniu jednym uderzeniem młota wahadłowego próbki z karbem podpartej na obu końcach, na podporach w warunkach określonych normą PN-EN 10045-1 i pomiarze pracy zużytej na jej złamanie.

Miarą udarności na zginanie jest praca zużyta na zniszczenie (złamanie) próbki jednorazowym uderzeniem. Stosunek tej pracy do pola przekroju poprzecznego zginanej udarowo próbki przyjęto nazwać udarnością

K [J] - praca zużyta na złamanie próbki

S₀ [cm²] - pole powierzchni przekroju poprzecznego próbki w miejscu karbu przed próbą

3.Warunki pobierania i przygotowania próbek

Liczbę próbek potrzebnych do badań, miejsce ich pobrania oraz położenia osi karbu i próbki ustalają normy przedmiotowe lub warunki techniczne. Odcinki próbne, z których wykonujemy próbki, należy wycinać „na zimno”, na obrabiarkach do skrawania metali. Unikać przy tym należy miejscowego nagrzania lub zgniotu, które mogłoby zmienić własności próbki. Dopuszczalne jest wycinanie odcinków próbnych za pomocą palnika acetylenowego lub nożyc, ale należy wówczas przewidzieć taki naddatek przeznaczony do usunięcia za pomocą obróbki wiórowej, aby mieć pewność, że własności materiału samej próbki nie uległy zmianie. Obróbka samych próbek powinna być całkowicie wiórowa. W pewnych przypadkach, przewidzianych w normach przedmiotowych, dopuszcza się pozostawienie jednej z bocznych powierzchni surowej, a dla wyrobów o grubości nominalnej 10mm i poniżej - obydwu powierzchni surowych. Karb wykonuje się za pomocą frezowania. Niedopuszczalne są na dnie karbu rysy wydłużone widoczne nieuzbrojonym okiem, pochodzące od obróbki wiórowej. Wyniki prób udarności są porównywalne tylko dla próbek o jednakowym kształcie. Nacięcie karbu na próbce wykonuje się w celu wywołania spiętrzenia naprężeń powodującego pęknięcie próbki wykonanej z materiału plastycznego. Przeprowadzanie próby udarności próbki bez karbu wykonanej z takiego materiału byłoby w ogóle niemożliwe, ponieważ próbka ulegałaby tylko zgięciu. Nie należy stosować do badań: próbek skrzywionych i z pęknięciami hartowniczymi, próbek z wgniotami i zadziorami na krawędziach.

4.Kryteria oceny wyników próby i rodzaj złomów

położenie próbki

Próbka powinna leżeć prostopadle na podporach i przylegać do podpór w taki sposób, ażeby odległość płaszczyzny symetrii karbu od płaszczyzny symetrii podpór nie była większa niż 0,5mm. Próbka powinna leżeć na podporach w taki sposób, by ostrze noża wahadła uderzało próbkę po przeciwnej stronie karbu.

temperatura badania

O ile temperatura badania nie jest określona w odpowiedniej normie na wyrób, badanie powinno być przeprowadzone w temperaturze 23°C ± 5°C. O ile temperatura badania jest określona w odpowiedniej normie na wyrób, lecz bez określonych dopuszczalnych odchyłek, powinna ona być utrzymana w zakresie ± 2°C. Do przeprowadzenia badań w temperaturze innej niż pokojowej, próbka powinna być zanurzona do oziębiającego lub ogrzewającego ośrodka na czas wystarczający ażeby wymagana temperatura została osiągnięta w całej objętości próbki (na przykład, co najmniej 10 minut w ciekłym ośrodku lub co najmniej 30 minut w gazowym ośrodku). Próbka powinna być złamana w przeciągu 5 sekund od czasu wyjęcia jej z ośrodka. Urządzenie do przenoszenia próbki powinno być tak zaprojektowane, aby temperatura próbki była zachowana w dopuszczalnym zakresie.

1. ocena wyników próby

Jeżeli podczas próby próbka nie została złamana, lecz tylko zgięła się i przeszła przez podpory, zużyta energia nie może być traktowana jak wynik udarności. W takim przypadku w protokole badania należy podać energię, przy której próbka nie została złamana.

Podkreśla się, że tylko wyniki otrzymane na próbkach o takim samym kształcie, rodzaj karbu i wymiarach mogą być porównywalne. Nie ma ogólnej metody przeliczania wyników otrzymanych jedną metodą badania na wartości, które można otrzymać inną metodą badania.

Pomiędzy wartością pracy K [J] przy udarowym zginaniu, a rodzajem złomu istnieje pewna zależność. Dlatego obserwacje złomów po przeprowadzonej próbie zginania udarowego potwierdzają otrzymane wyniki własności mechanicznych. Rozróżniamy cztery charakterystyczne rodzaje złomów:

• złom poślizgowy - oznacza, że próbka została zgięta, pęknięcie nastąpiło po przekroczeniu granicy plastyczności tj. już przy znacznym odkształceniu trwałym

• złom kruchy - oznacza, że próbka pękła nie wykazując widocznego odkształcenia plastycznego

• 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 z rozwarstwieniem - wskazuje na duży stopień anizotropowości materiału spowodowany obróbką plastyczną, lub wskazujący na obecność jednego lub więcej pasm zanieczyszczeń

5.Opracowanie wyników

Lp.	Materiał	Rodzaj karbu	Wymiary pod karbem [mm]	S0 [cm^2]	K [J]	KC [J/cm^2]	Uwagi
1	Stal	Półokrągły	10x8	80	208	2,6	Duża udarność
2	Stal	Kwadratowy	10x8	80	170	2,125
3	Stal	Prostokątny	10x8	80	176	2,2
4	Stal	Trójkątny	10x8	80	236	2,95	Największa udarność
5	żeliwo	Półokrągły	8,1x10	81	2	0,025	Kruchy materiał

Przykład:

6.Wnioski

Najmniejszą udarność posiada żeliwo, jako że jest to materiał kruchy. Z próbek stalowych jakie badaliśmy wyniki zawierały się w przedziale 2,2÷2,95 [J]. Wymiary przekrojów poprzecznych oraz gabaryty próbek były niemal identyczne. Różnice w udarności zależą od kształtu i rozmiaru karbów. Karb prostokątny i kwadratowy ułatwia możliwość pęknięcia próbki - udarność w granicach 2,2 J. Dla karbów półokrągłych i trójkątnych udarność jest zauważalnie większa.

Najbezpieczniejszy jest karb trójkątny. Najmniej - karb kwadratowy.

---