Politechnika Koszalińska 2006/2007	Laboratorium z Wytrzymałości Materiałów
Wydział Mechaniczny Kierunek: BiEPS Grupa: M04	UDAROWA PRÓBA ZGINANIA
Ćwiczenie nr 1	Patryk Grabiński
Data wykonania 08.03.07r	Ocena	Data zaliczenia	Podpis prowadzącego

Cel ćwiczenia:

Określenie udarności próbki U [kJ/m²].

CZĘŚĆ TEORETYCZNA:

Próba udarowa - jest to próba dynamiczna, występuje bardzo szybki przyrost siły.
Istota próby: pomiar pracy (energii) zużytej na złamanie próbki normowej.

Kruchość - zdolność do wytrzymywania jedynie małych odkształceń

Temp. kruchości na zimno t_k - temp. od której udarność stali gwałtownie maleje

Zastosowanie próby:

- kontrola obróbki cieplnej;

- badanie kruchości materiału na zimno;

- badanie kruchości materiału na gorąco.

Rodzaje prób udarowych:

- udarowa próba rozciągania;

- udarowa próba ściskania;

- udarowa próba skręcania;

- udarowa próba zginania (przeprowadzona najczęściej).

Próbki normowe:

Karb - nacięcie, które powoduje, że zniszczenie próbki następuje w tym osłabionym miejscu, nacięcie może być tylko w kształcie literki U lub V.

Udarność U - zdolność materiału do przenoszenia obciążeń dynamicznych (stosunek pracy L_u <energii> zużytej na złamanie próbki do pola przekroju w miejscu karbu S_o).

Zależy od przekroju poprzecznego, objętości próbki i temperatury.

.

Próbę przeprowadzamy na młocie Charpy'ego.

Tabliczka znamionowa:

Młot Charpy'ego PWS 30

Zakres pracy: W = 0-5 [kpm] = 0-49,03 [Nm]

Ramię młota: l = 380 [mm]

Masa młota: M = 6,784 [kg]

Temp. badania: ok. 18 [^oC] (T = t+273,15 = 18+273,15 = 291,15 [K]).

Jednostki:

1 kG (kilogram-siła) = 1 kp (kilopond) = 9,80665 N

1 kGm = 1 kpm = 9,80665 J = 9,80665 Nm

CZĘŚĆ PRAKTYCZNA:

1. długość = 55 mm

2. wysokość = 5,5 mm

3. szerokość = 5,5 mm

4. wysokość poniżej karbu = 3,5 mm

Tabela pomiarowa

Lp.	RODZAJ MATERIAŁU	WYMIARY			kąt 	Lu [kpm]	Lu [Nm]	U [Jcm^-2]
				b [mm]					h [mm]	S [mm^2]
1	Stal 40 (hartowana w 850^oC, chłodzona w wodzie)	5,5	5,5	30,25	135^o	0,6	5,8	19,17
2	Stal 45 normalizowana	5,5	5,5	30,25	102^o	1,9	18,6	61,48

O B L I C Z E N I A:

• powierzchnia przekroju próbki
  :

- stal 40

= 0,3025 [cm²]

- stal 45

= 0,3025 [cm²]

• energia zużyta na złamanie próbki L_u [Nm]:

• stal 40

0,6 [kpm] = 0,6 * 9,80665 = 5,884 [Nm]

• stal 45

1,9 [kpm] = 1,9 * 9,80665 = 18,633 [Nm]

• udarność

• stal 40

[Jcm^-2]

• stal 45

[Jcm^-2]

WNIOSKI:

Próba udarności do dziś pozostaje podstawową próbą, pod względem odporności materiału na pękanie stosowaną przy odbiorze stali w hutach. Służy ona do oceny ciągliwości i odporności na pękanie materiałów w warunkach gwałtownych zmian obciążenia zachodzących przy zginaniu. Wzrost prędkości obciążenia powoduje podwyższenie granicy plastyczności i wytrzymałości materiału oraz zmniejszenie odkształceń plastycznych. Materiał staje się bardziej kruchy (zmniejsza się jego udarność).

W przeprowadzanym doświadczeniu obie próbki były jednakowych wymiarów, a próby przeprowadzone były w takiej samej temp., mamy zatem pewność iż otrzymane wyniki są wiarygodne. Istnieje oczywiście możliwość błędów pomiarów wymiarów próbek, nie powinny one jednak wpływać znacząco na nasze wyniki.

Próbka nr 1 to stal 40, hartowana w temp. 850 ^oC i chłodzona w wodzie. Taki zabieg sprawia iż materiał posiada znaczne naprężenia wewnętrzne (cieplne i strukturalne <przemiany fazowe>) spowodowane szybkim chłodzeniem (różnicą temp.) po hartowaniu. Dlatego też energia potrzebna na złamanie materiału była mała (5,8 J) a jego udarność wyniosła zaledwie ok. 19 J/cm². Stal po zahartowaniu zyskuje na: twardości, wytrzymałości, wzrasta jej granica plastyczności i sprężystości, maleje zaś: udarność.

Gdyby do danej stali zastosować odpuszczanie, zwiększyłyby się wszystkie wskaźniki określające plastyczność stali (wydłużenie, przewężenie) i odporność na pękanie (udarność), natomiast obniżyłyby się własności wytrzymałościowe.

Próbka nr 2 to stal 45 normalizowana. Normalizacja (wyżarzanie normalizujące) umożliwia uzyskanie jednolitej, drobnoziarnistej struktury, co powadzi do polepszenia właściwości plastycznych oraz usunięcia naprężeń wewnętrznych lub przygotowania struktury do ostatecznej obróbki plastycznej. Normalizacje stosuje się też często przed dalszą obróbką cieplną w seryjnej produkcji celem nadania stali jednakowej struktury wyjściowej, co ma wpływ na własności stali po obróbce cieplnej. Dlatego też energia potrzebna na złamanie materiału była już 3 razy większa niż poprzednio (18,6 J) a jego udarność wyniosła ok. 60 J/cm² co jest już wynikiem zadowalającym.

Przeprowadzone doświadczenie jednoznacznie dowodzi iż mając wybór miedzy dwiema niemal jednakowymi rodzajami stali węglowej lepiej jest wybrać stal normalizowaną (poddanej obróbce cieplnej) gdyż posiada ona niemal 4-krotnie większą udarność a co za tym idzie mniejszą kruchość. Może ona być wykorzystana wszędzie tam gdzie potrzebujemy materiału odpornego na pęknięcia przy zmiennych obciążeniach dynamicznych.

2

3

---