WSTĘP
W elementach konstrukcyjnych bardzo często pojawiają się zmienne obciążenia dynamiczne, które charakteryzują się bardzo gwałtownymi zmianami. Mówimy wtedy, że mamy do czynienia z udarnością. Zjawisko to wymaga określenia oddzielnych własności materiału. Do określania tych własności służy próba udarowa mająca na celu stwierdzenie jakości materiału po obróbce cieplnej oraz skłonności przechodzenia materiału w stan kruchy pod wpływem zwiększonej szybkości obciążenia. Stosuje się następujące próby udarowe:
Próba rozciągania
Próba ściskania
Próba skręcania
Próba zginania
Z pośród nich najczęściej stosowana jest udarowa próba zginania, która może być wykonana na próbach z karbem lub bez karbu. W pierwszym przypadku nosi nazwę próby udarności. Wyniki prób udarowych w znacznym stopniu zależą od temperatury w jakiej przeprowadza się badania. Obniżenie temperatury sprzyja przejściu materiału w stan kruchy i obniża odporność na uderzenia.
CEL ĆWICZENIA
a) wyznaczenie średniej wartości udarności dla przyjętego materiału próbki
b) określenie skłonności badanego materiału do przejściu w stan kruchości pod wpływem obciążeń udarowych;
c) kontrola obróbki cieplnej i wykrycie wad materiałach;
d) zapoznanie się z budowa i obsługą urządzeń służących do badania udarności metali.
UDARNOŚĆ: jest miara plastyczna materiału. Jest to praca potrzebna na złamanie próbki odniesienia do przekroju poprzecznego.
WARUNKI POBIERANIA I PRZYGOTOWANIA PRÓBEK.
Sposób pobierania próbek określa norma PN-75/H-04308, wg której próbki należy pobierać w sposób nie powodujący zgniotu ani zmian strukturalnych. W przypadku wycinania odcinków próbnych za pomocą palnika acetylenowego lub nożyc, brzegi gotowej próbki powinny być w takiej odległości od płaszczyzny ciecia, aby materiał próbki nie wykazywał zmian własności na skutek działania ciepła lub zgniotu. Do badan pobiera się co najmniej trzy próbki. Próbki powinny być całkowicie obrobione mechanicznie przez skrawanie zgodnie z PN-73?M-04257. Próbki nie powinny mieć na powierzchni żadnych wad widocznych gołym okiem. Parametr chropowatości powierzchni Ra nie powinien przekraczac1,25Um.
Promień zaokrąglenia i głębokość karbu maja Duzy wpływ na udarność próbki. Wyniki prób udarności są porównywalne tylko dla próbek o jednakowym kształcie.
Schemat działania wahadła w młocie typu Charpy, gdzie: O- położenie wyjściowe młota o minimalnej energii potencjalnej, 1- położenie początkowe młota o maksymalnej energii potencjalnej, 2- maksymalne wychylenie młota po zniszczeniu próbki, 3- wychylenie młota przebiegu jałowym, 4-probka, 5- podziałka.
Przebieg ćwiczenia
W zależności od spodziewanej udarności badanej próbki ustala się zakres młota na 150 lub 300 J. Następnie sprawdza się wskazania młota, opuszczając go swobodnie z najwyższego położenia. Przy prawidłowym działaniu młota, wskazówka powinna dojść na skali do zera. Jeżeli powyższy warunek nie jest spełniony, należy dźwignię zabierającą wskazówkę tak ustawić, by wskazówka doszła do zera skali. Przy badaniu próbki znormalizowanej 55x10x10 mm, odległość pomiędzy podporami powinna wynosić 40 - 0,5 mm. Do warunków przeprowadzenia próby należy wykonanie dokładnego pomiaru badanej próbki, a w szczególności karbu oraz kontrola kształtu karbu.
Badaną próbkę ustawia się na podporach, tak, aby:
przylegała do poziomej i pionowej płaszczyzny podpór,
karb znajdował się w połowie odległości między podporami,
uderzenie młota nastąpiło w płaszczyźnie symetrii karbu od strony przeciwnej do strony karbu.
Po ułożeniu próbki, zamocowuje się wahadło w górnym początkowym położeniu za pomocą zapadki (7), zaś wskazówkę (5) sprowadza się do położenia początkowego. Następnie zwalnia się wahadło z zapadki, młot opadając łamie próbkę, po czym wychyla się o kąt b. Po zatrzymaniu wahadła za pomocą urządzenia do hamowania, odczytuje się z położenia wskazówki na skali, pracę zużytą na złamanie próbki.
TABELA POMIAROWA
| L.P | Jednostka [J] | Jednostka [KPM] | Kąt | Materiał |
|---|---|---|---|---|
| 1. | 136 | 13,6 | 93 | Stal żeliwna |
| 2. | 130 | 13,0 | 95 | Stal żeliwna |
| 3. | 122 | 12,2 | 98 | Stal żeliwna |
OBLICZENIE:
h=10mm
b=7mm
S0=b*h=7*10=70mm2
KC1=136/70=1,94 [J/mm2]
KC2=130/70=1,86 [J/mm2]
KC3=122/70=1,74 [J/mm2]
Dokładność pomiaru udarności :
| Nr PRÓBKI | h1 |
|---|---|
| S1 | 7 |
| S2 | 7,5 |
| S3 | 7 |
k = 2 J
h1 = 0,1 mm
b = 0,1 mm
Do oszacowania dokładności używam różniczki zupełnej w postaci :
czyli :
próbka nr1 (KC)1= 0,024 + 0,021 + 0,027 = 0,072 [J/mm2 ]
próbka nr2 (KC)2 = 0,024 + 0,023 + 0,028 = 0,075 [ J/mm2]
próbka nr3 (KC)3 = 0,024 + 0,024 + 0,031 = 0,079 [J/mm2]
Określenie błędów :
S1 : KC1 = 1,94 J/mm2 0,072 J/mm2
S2 : KC2 = 1,86 J/mm2 0,075 J/mm2
S3 : KC3 = 1,74 J/mm2 0,079 J/mm2
Wartość średnia dokładności :
Wartość średnia (oczekiwana) udarności :
Odchylenie standartowe wyników :
Sn - odchylenie standartowe wyników próby
Przedział ufności dla wartości średniej :
Przedział ufności określa się z rozkładu prawdopodobieństwa t - Studenta dla przyjętego poziomu istotności, według wzoru :
gdzie : t kwantyl rozkładu t - Studenta odczytany z tablic dla (n-1) stopni swobody
Kwantyl t( n-1) dla (n-1) = 2 stopni swobody i poziomu istotności t= 5 % odczytany z tablic wynosi t = 2.9200
Podstawiam do wzoru :
Estymator KC zawiera się więc w granicach: ( 1,36 ; 2,32)
6.WNIOSKI:
Po wykonaniu próby udarności dowiedzieliśmy się, iż jest ona podstawową próbą, pod względem odporności materiału na pękanie. Służy ona do oceny ciągliwości i odporności na pękanie materiałów w warunkach gwałtownych zmian obciążenia. 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 wszystkie 3 próbki były jednakowych wymiarów, a próba udarności przeprowadzona była w takiej samej temp., mamy zatem pewność, iż otrzymane wyniki są wiarygodne. Istnieje oczywiście możliwość błędów pomiarów wymiarów próbek, jednak są one niewielkie dlatego nie powinny wpływać znacząco na nasze wyniki.
Na zniszczonej próbce widać odkształcenia plastyczne- włókniste. Na dnie karbu uwidaczniają się zygzakowate pęknięcia. Próbki, na których przeprowadzaliśmy badania wykazały przełomy z rozwarstwieniem.
LITERATURA:
Praca zbiorowa pod redakcją Grzegorza Gasiaka, Skrypt uczelniany nr 168 „Ćwiczenia labolatoryje z wytrzymałości materiałów”, Opole 1994r.