Podstawy teoretyczne

Próbę udarności przeprowadza się na młotach wahadłowych typu Charpy, przeznaczonych do badań próbek podpartych swobodnie na obu końcach. W zależności od rodzaju badanego materiału i rozmiarów próbki, stosuje się młoty o zakresach 2500 J, 750 J, 300 J, 150 J, 100 J, 70 J, 30 J, 10 J, 5 J i 0,4 J, przy czym przeważnie każdy z nich można nastawić na dwa zakresy. Zasadniczą częścią młota jest wahadło złożone z ramienia, na końcu którego zawieszony jest główny ciężar w postaci płaskiej tarczy. Wahadło przed próbą podnosi się ręcznie lub przy dużych młotach za pomocą silnika do górnego początkowego położenia określonego kątem. Przy swobodnym opadaniu wahadła, w położeniu pionowym posiada ono

największą energię kinetyczną, której wartość jest cechą charakterystyczną danego młota, zależną od jego rozmiarów i konstrukcji. Pracę uderzenia, odpowiadającą energii zużytej na złamanie próbki określa wzór:

K=mgr (cosβ - cosα)

gdzie:

m - masa wahadła młota

R - odległość od osi wahadła młota do środka próbki ustawionej na podporach

β - kąt wychylenia wahadła młota po złamaniu próbki

α - kąt wychylenia wahadła młota w położeniu początkowym (na ogół = 160˚).

Praktycznie wielkość pracy K odczytuje się wprost w [J] na odpowiedniej skali, po której po-rusza się wskazówka wprawiana w ruch przez ramię wahadła i pokazująca jego położenie krańcowe. Do górnej części jednej z kolumn przyłączona jest zapadka, na której może być zawieszone wahadło przed próbą. Kąt opadania jest ustawiony na 160˚. W lewej kolumnie jest łożysko oporowe, w którym umieszczony jest miernik piezoelektryczny do pomiaru składowej siły uderzenia. W bocznej części zabudowane jest urządzenie obciążające, za pomocą którego wywołuje się równomierną siłę ściskającą w celu wycechowania miernika piezoelektrycznego. Na ścianie wewnętrznej jednej z kolumn jest przymocowany nadajnik fotokomórki. Składa się on z obudowy, w której zabudowane są fotokomórka i lampa jarzeniowa. Pomiędzy lampą i fotokomórką znajduje się wycięcie, przez które prowadzona jest zasłona przymocowana do wahadła. Tym samym ruch wahadła jest przenoszony na nadajnik fotokomórki, która przetwarza ruch wahadła na sygnał elektryczny. Sygnał ten jest przewodami doprowadzony do piezoelektrycznego urządzenia mierniczego. Pomiar siły uderzenia następuje więc przez piezoelektryczny miernik wbudowany do łożyska oporowego, który jest połączony ze wzmacniaczem urządzenia głównego poprzez stopień elektromierza. Pomiar ugięcia próbki następuje poprzez nadajnik fotokomórki. Ten ostatni podłączony jest do układu urządzenia głównego, znajdującego się wraz ze wzmacniaczem we wnętrzu urządzenia głównego. Wytworzone w czasie próby przez obydwa mierniki napięcia są proporcjonalne do siły uderzenia i ugięcia próbki. W polu widzenia oscyloskopu urządzenia głównego ukazuje się wykres próby, który może być fotografowany.

Schemat młota wahadłowego firmy Losenhausen: 1.Podstawa, 2.Kolumny, 3.Wahadło, 4.Ramię wahadła, 5.Tarcza, 6.Zapadka, 7.Podpory, 8.Próbka, 9.Wskazówka, 10. Dźwignia, 11.Tarcza pomiarowa, 12.Dźwignia hamulca, 13.Hamulec

Opracowanie wyników

Próba udarowego zginania (udarności)

Próba udarności polega na złamaniu jednokrotnym uderzeniem młota wahadłowego próbki z karbem, podpartej swobodnie obydwoma końcami na podporach młota oraz pomiarze pracy uderzenia, odpowiadającej energii zużytej na złamanie próbki. Według obowiązującej normy PN-79/H-04370 udarność KC oblicza się w [J/ cm²] wg wzoru:

KC = = = 168,9[J/cm²]

S₀ 10 ^. 8,36 ^. 10^-2 [cm²]

gdzie:

1[kGm] = 9,806[J]

K - praca uderzeniowa

S₀ - powierzchnia początkowa przekroju próbki w miejscu karbu

Próbka z karbem V przeznaczona do badań:

Tabela 1

Rodzaj próby	Typ i rodzaj młota	Zakres pracy młota	Rodzaj próbki
Próba udarności	Wahadłowy młot udarowy PSWO 30 typu Charpy z piezoelektrycznym urządzeniem mierniczym firmy Losenhausen	300 J	Próbka z karbem w kształcie litery V o wymiarach 55x10x10

Wyniki próby

Oznacze- nie	Wymiary próbki karbu				S0	Rozstaw podpór	K	KC	złom
		szer. [mm]	dług. [mm]	głęb. [mm]	prom. [mm]	[cm^2]	[mm]	[J]	[J/ cm^2]
KCV 300/1,64/10	10	55	1,64	2	0,836	35	141,2	168,9	mieszany

Próba udarowego rozciągania

Udarowa próba rozciągania polega na rozerwaniu próbki przez jednorazowe uderzenie młota wahadłowego. Do udarowej próby rozciągania wykorzystuje się próbkę z nagwintowanymi częściami uchwytowymi. Próbkę taką mocuje się w odpowiednim uchwycie, który następnie ustala się w tarczy wahadła młota udarowego.

Wymiary próbki poddanej próbie udarowego rozciągania:

Po udarowym zerwaniu próbki i jej złożeniu mierzymy odległość między głowami próbki w celu obliczenia całkowitego wydłużenia

Δl_u= l₁ - l₀ = 22,74-19,88 = 2,86[mm]

Przy udarowej próbie rozciągania nie znamy przebiegu obciążeń, dlatego wyznaczamy tylko umowną wartość średniego obciążenia i naprężenia ze wzorów:

L_u 3,25 [kGm]

F_mu = = = 1,13[kN]

Δl_u 2,86 ^. 10^-3 [m]

L_u 3,25 [kGm]

R_mu = = = 91,64[MPa]

S₀Δl_u 12,4 ^. 2,86 ^. 10^-3 [m²]

gdzie:

L_u - praca zużyta na złamanie próbki odczytana na młocie,

Δl_u - przyrost długości próbki

S₀ - pole przekroju próbki przed próbą.

Przewężenie względne dla próbki o przekroju kołowym wynosi:

Z = [1-(d₁/d₀)²] ^. 100% = 0,383 %

gdzie:

d₀ - średnica próbki przed próbą udarowego rozciągania

d₁ - średnica próbki w miejscu zerwania

Wydłużenie względne natomiast wynosi:

l₁ - l₀ 22,74 - 19,88

A₅ = = ^. 100% = 0,143 %

l₀ 19,88

gdzie:

l₀ - długość pomiarowa próbki przed próbą

l₁ - długość pomiarowa próbki po próbie

Tabela 2

Rodzaj próby	Typ i rodzaj młota	Zakres pracy młota	Rodzaj próbki
Udarowa próba rozciągania	Młot wahadłowy firmy Amsler	70 [J]	Próbka o przekroju kołowym z głowami gwintowanymi

Wyniki próby

Obciążenie	d0 mm	l0 mm	du mm	l1 mm	S0 mm^2	Fum kN	Rmu MPa	A5 %	Z %	Lu kGm	Złom
Udarowego Rozciąganie	4,0	19,88	-	22,74	12,4	1,13	91,64	0,143	0,383	3,25	mieszany

Wnioski

Próba udarowa, przebiega bardzo szybko, co uniemożliwia dokładną obserwację i analizę zachowania materiału podczas próby. W stosunku do próby rozciągania materiału, którą przeprowadziliśmy na wcześniejszych zajęciach, możemy wysunąć mniej wniosków na temat własności wytrzymałościowych i dlatego wyniki prób udarowych nie są podstawą do obliczeń wytrzymałościowych. Po zakończeniu próby na podstawie oględzin zniszczonych próbek określamy rodzaj złomu - w obu przypadkach jest to złom złożony. Na podstawie takiego wyniku możemy wywnioskować, że w praktyce zwykle mamy do czynienia z takim rodzajem złomu. Próby udarowe prowadzi się najczęściej dla określenia ciągliwości materiału i wykrywania skłonności do kruchego pękania (im kruchszy materiał, tym mniejsza udarność).

Sekcja I Środa 10⁰⁰

Grupa IV

Kierunek: AiR

Wydział: MT

rok ak. 2000/01

sem. letni

Katedra Wytrzymałości Materiałów

i Metod Komputerowych Mechaniki

Temat:

Próby udarowe

Artur Pytel

K

14,4 [kGm]

---