GSW w Grudziądzu

Mechanika i Budowa Maszyn

Katarzyna Lontkowska sem. III

SPRAWOZDANIE

WYTRZYMAŁOŚĆ MATERIAŁÓW

LABOLATORIUM

Grupa 2

Badanie udarności młotem Charpy'ego

Wykładowca

mgr inż. A. Poślednik

Grudziądz 11.02.2012

Badanie udarności młotem Charpy'ego

 

I. Cel ćwiczenia.

Elementy konstrukcji w czasie pracy narażone są bardzo często na obciążenia dynamiczne. Z tego powodu konieczna jest znajomość własności charakteryzujących zachowanie się materiału w przypadku wystąpienia nagłych zmian obciążenia. Dla określenia tych własności stosuje się próby udarowe, pozwalające zbadać odporność na uderzenia i jednocześnie pozwalające skontrolować jakość obróbki cieplnej, stwierdzić skłonność materiału do starzenia, zbadać kruchość na zimno i gorąco itp. Stosowane są następujące próby udarowe: próba rozciągania, ściskania, skręcania, zginania. W praktyce najczęściej stosuje się udarową próbę zginania, która nosi popularną nazwę próby udarności. Cechą charakterystyczną badań udarowych jest fakt, że pozwalają one na dokładniejsze określenie zmian własności wytrzymałościowych materiału poddanego procesom technologicznym niż na to pozwalają próby statyczne.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z praktycznym sposobem wykonania próby udarności zgodnie z obowiązującymi normami, użytymi do tego celu próbkami i urządzeniami oraz interpretacją wyników próby.

 II.Wiadomości uzupełniające..

 1.Określenie próby udarności.

 Miarą udarowej próby zginania jest praca zużyta na zniszczenie (złamanie) próbki. Stosunek  tej pracy do pola przekroju poprzecznego zginanej udarowo próbki przyjęto nazywać  udarnością.

K = Lu /So [J / m2]

gdzie:

Lu - [J] - wartość pracy zużytej na złamanie próbki

So - [m2] - pole powierzchni przekroju próbki w miejscu karbu

( dla próbek z karbem ), mierzone przed próbą

 Oznaczenie udarności K należy uzupełnić dodatkowym symbolem wskazującym typ próbki, na której zostało przeprowadzone badanie. Potrzeba dodatkowego oznaczenia udarności wynika stąd, że oznaczona w sposób wyżej podany udarność nie podlega prawu podobieństwa, szczególnie udarność próbek z karbem. Z tego względu wyniki uzyskane przy udarowym zginaniu z karbem są porównywalne z wynikami otrzymanymi przy badaniu w tych samych warunkach próbek o tych samych wymiarach i kształtach karbu. Udarność jest więc umownym wskaźnikiem porównawczym.

Oprócz określenia wskaźnika K w próbie udarności obserwuje się odkształcenie plastyczne próbek. Jest ono mniejsze niż analogiczne odkształcenie, które wystąpiłoby w warunkach obciążenia statycznego ( w warunkach statycznych może nawet nie dochodzić do złamania ). Spowodowane jest to tym, że odkształcenie plastyczne zachodzi znacznie wolniej niż odkształcenie sprężyste, a próba udarności trwa bardzo krótko. Niemniej jednak z charakteru przełomu można wnioskować o własnościach plastycznych materiału .Stosowane są dwie próby zginania wg Charpy'ego i wg Izoda. W metodzie Charpy'ego próbka stanowi belkę dwustronnie swobodnie podpartą, a w próbie Izoda jest belką jednostronnie utwierdzoną. W Polsce znormalizowana jest tylko próba Charpy'ego, gdyż jest ona próbą popularniejszą. Określa ją norma PN - 69 / H - 04370 dla stali i staliwa, PN - 62 / H - 83107 dla żeliwa szarego, PN - 71 / D - 04107 dla drewna.

2. Próbki.

 Do próby udarności używa się próbki w kształcie prostopadłościanów lub walców, gładkich albo z wykonanym karbem w miejscu, w którym przewidziany jest przełom. Próbki gładkie walcowe o 20 mm używane są do badania żeliwa szarego.

- Charpy U z karbem o głębokości 5 mm stosuje się wtedy, gdy materiał jest na tyle ciągliwy, że próbki typu Mesnager nie ulegają złamaniu przy użyciu całego zasobu energii młota. Norma PN - 69 / H - 04370 dopuszcza stosowanie próbek typu Mesnager i ISO Charpy V o szerokości 7,5 i 5 mm dla wyrobów, z których nie można wyciąć próbki o szerokości 10 mm oraz dla materiałów, które do złamania próbki wymagają energii powyżej 300 J.

Liczbę próbek potrzebnych do badania, miejsce ich pobrania oraz położenie osi karbu i próbki ustalają normy przedmiotowe lub warunki techniczne. Odcinki próbne, z których wykonuje się próbki należy wycinać "na zimno" na obrabiarkach do skrawania. Unikać przy tym należy miejscowego nagrzania lub zgniotu, które mogłyby 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.

Próbki powinny być całkowicie obrobione skrawaniem, a karby należy wykonać frezowaniem lub wierceniem i przecinaniem. W pewnych przypadkach przewidzianych w normach przedmiotowych dopuszcza się pozostawienie jednej z bocznych powierzchni surowej, a dla wyrobów o grubości nominalnej 10 mm i poniżej - obydwu powierzchni surowych. Gładkość powierzchni wywiera pewien, choć nieznaczny wpływ na udarność. Promień zaokrąglenia i  głębokość karbu mają bardzo duży wpływ na udarność próbki. Niedopuszczalne są na dnie karbu rysy wzdłużne widoczne nieuzbrojonym okiem.

3.Urządzenia do przeprowadzenia próby.

 Próbę udarności przeprowadza się na młotach typu Charpy, Amsler lub innych przeznaczonych do badań próbek podpartych na obu końcach. Najczęściej w laboratoriach krajowych stosuje się młoty Charpy .Młot jest zamocowany wachliwie na podstawie . Na osi obrotowej połączonej sztywno z wachadłem znajduje się wskazówka , która z pewnym oporem może obracać się wokół osi.Po zamocowaniu wahadła w górnym początkowym położeniu, wskazówkę powinno się dosunąć do oporu . Po zwolnieniu zaczepu młot opada na próbkę , po czym wychyla się  o kąt b, o wartość kąta wychylenia się również wskazówka i wskazuje na odpowiedniej skali wartość pracy zużytej na złamanie próbki. Po złamaniu próbki wahadło zatrzymuje się  ręcznie przy pomocy hamulca .Młoty wahadłowe powinny mieć konstrukcję sztywną oraz powinny być dostatecznie ciężkie, trwale przymocowane do fundamentu i posiadać energię uderzenia 300 10 J. Prędkość młota wahadłowego w chwili uderzenia powinna wynosić v = 4,5 - 7 m / s. Straty energii na skutek tarcia nie powinny przekraczać 0,5 % największej energii uderzenia.

 Młot wachadłowy Charpy'ego.

4.Przełomy próbek.

 Po złamaniu próbki analizuje się jej przełom. Między wartością pracy złamania a rodzajem przełomu istnieje pewna zależność, która potwierdza otrzymane wyniki i dostarcza informacje o własnościach materiału próbki, wadach wewnętrznych itp. Rozróżnia się trzy charakterystyczne rodzaje przełomów

1/ przełom rozdzielczy - próbka została zgięta, pęknięcie nastąpiło po przekroczeniu granicy plastyczności, tj. przy znacznym odkształceniu trwałym,

2/ przełom kruchy - próbka pękła nie wykazując widocznego odkształcenia plastycznego,

3/ przełom z rozwarstwieniem - wskazujący na duży stopień anizotropowości materiału spowodowany przeróbką plastyczną, lub wskazujący na obecność jednego lub więcej pasm zanieczyszczeń.

Na rodzaj przełomu oprócz własności materiału wpływają również kształt i wymiary karbu.

 5.Ocena wyników i unieważnienie próby.

 

W procesie wykonywania próbek trudno jest się ustrzec od popełnienia błędów kształtu, szczególnie błędów kształtu karbu, stąd w próbach udarności występuje duża rozbieżność wyników. Aby uzyskać miarodajne dane doświadczalne, należy badać większe liczby próbek i opierać się na wynikach średnich. Przyjęte jest, że dla wyznaczenia wskaźnika K dla danego materiału należy zbadać co najmniej trzy próbki.

1. 2.

  Wygląd próbek po zginaniu udarowym

3. 4.

 

5. 6.

  Wygląd próbek po zginaniu udarowym

 Jeżeli przełom na bocznej powierzchni próbki przebiega linią łamaną lub wykazuje pęknięcia hartownicze, próbę należy uznać za nieważną i powtórzyć próbę na jednej próbce zastępczej. W przypadku gdy próbka nie została przełamana, lecz przeszła przez podpory, należy zanotować w protokóle "nie złamana", a otrzymaną wartość udarności zapisać w nawiasie. Jeżeli próbka nie została przełamana z powodu dużej udarności materiału i niewystarczającej energii uderzenia młota, należy w protokóle umieścić "nie złamała się" i pod wartością udarności postawić znak >.

 III.Przebieg ćwiczenia.

 1.Przygotować arkusz protokółu,

2.Sporządzić w protokóle schemat podparcia i obciążenia próbki oraz zapisać dane charakterystyczne młota, typ i pole przekroju próbki. Pole przekroju próbki określa się z pomiaru suwmiarką szerokości i grubości w przekroju karbu.

3.Ułożyć próbkę na podporach. Przy tej czynności należy przestrzegać, aby:

- uderzenie młota było środkowe,

- oś karbu leżała w płaszczyźnie ruchu młota,

- karb był skierowany do podpór,

- próbka przylegała do podpór.

 

UWAGA:

Od chwili zaczepienia wahadła w górnym położeniu, aż do chwili zatrzymania go przy pomocy hamulca nie wolno nachylać się nad próbka i należy zachować jak najdalej idące środki ostrożności, gdyż uderzenie młotem grozi śmiercią lub kalectwem.

 Odczytać na skali młota i zapisać w protokóle wartość pracy Lu oraz obliczyć ze wzoru udarność.

 

IV .Nasze wyniki badań

Nr próbki	Materiał	Typ próbki	Pole pow. przekroju poprzecznego	Udarność	Praca złamania
1	Stal 45	10*10	100	2,8	Stal słabo udarna
2	ST 5	10*10	100	15,4	Stal bardzo udarna
3	NC	10*10	100	1,7	Stal słabo udarna
4	ST zespawana	10*10	100	15,4	Stal bardzo udarna
5	ST zespawana	10*10	100	1	Stal słabo udarna
6	ST zespawana	10*10	100	15,4	Stal bardzo udarna