Ćwiczenie Nr 2	Temat: Próba Udarności	Data: 16.10.2012 r.
Imię i Nazwisko: Dawid Kulczykowski	Wydział Mechaniczny Mechanika i Budowa Maszyn	Ocena:

Do określenia własności obciążeń dynamicznych elementów maszyn w czasie eksploatacji, stosuje się próby udarnościowe, pozwalające zbadać odporność na uderzanie, skontrolować jakość obróbki cieplnej, stwierdzić skłonność materiału do przechodzenia w stan kruchości pod wpływem zwiększonej szybkości obciążenia.

Stosowane są następujące próby udarnościowe:

• Próba rozciągania,

• Próba ściskania,

• Próba skręcania,

• Próba zginania.

Wynik prób pomiarowych w znacznym stopniu zależą od temperatury w jakiej przeprowadza
się badania. Generalne obniżenie temperatury sprawia, że materiał łatwiej przechodzi w stan kruchości i obniża odporność na uderzenia. Na własności udarowe metalu mają wpływ procesy technologiczne jakimi poddawane są półwyroby, z których pobierane są próbki do badań.
Próba udarności polega na złamaniu jednym uderzeniem noża młota wahadłowego próbki z karbem podpartej swobodnie obydwoma końcami na podporach młota i pomiarze pracy łamania, odpowiadającej energii zużytej na złamanie próbki. Przy czym karb usytuowany jest po przeciwnej stronie próbki.

Celem ćwiczenia jest:

• Wyznaczenie średniej wartości udarności dla przyjętego materiału próbek;

• Określenie skłonności badanego materiału do przejścia w stan kruchości pod wpływem obciążeń udarowych

• Zapoznanie się z budową i obsługą urządzeń służących do badania udarności metali.

Rysunek próbki Mesnagera:

Najbardziej rozpowszechnioną próbką do badań udarności jest próbka typu Mesnagera. Próbka ISO-Chrapy U jest stosowana do materiałów bardzo ciągliwych, do złamania których potrzebna jest energia powyżej 300 [J].
Sposób pobierania próbek określa norma PN-75/H-04308, wg której próbki należy pobrać 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 cięcia, aby materiał próbki nie wykazywał zmian własności na skutek działania ciepła lub zgniotu. Do badań pobiera się co najmniej 3 próbki.

Do przeprowadzenia prób udarnościowych używa się młotów wahadłowych o energii od 100 do 300 [J], przy czym prędkość w chwili uderzenia powinna wynosić $4 + 7\ \lbrack\frac{m}{s}\rbrack$, a dopuszczalne straty wywołane tarciem do 1 % (wg PN-79/H-04370)
Próby udarnościowe przeprowadzane są przeważnie na młotach wahadłowych typu Charpy. Schemat działania takiego młota przedstawiono poniżej:

Schemat działania młota typu Charpy:
1) Próbka Pomiarowa
2) Położenie początkowe młota o maksymalnej energii potencjalnej
3) Maksymalne wychylenie młota po zniszczeniu próbki

$$v = \sqrt{2gh}$$

L₁ = Gh ∖ n

h = 1(1−cosα)

h = 1(1−0,99) ∖ nh = 0, 01 ∖ n

Nr Próbki	h [mm]	l [mm]	h1 [mm]	a [mm]	b [mm]	K [J]
1	10	55	8	10	2	155
2	10	55	8	10	2	153
3	10	55	8	10	2	157

$$KC = \frac{K}{S_{0}}\left\lbrack \frac{J}{\text{mm}^{2}} \right\rbrack\backslash n$$

Próbka nr 1.

$${\text{KC}_{1} = \frac{K_{1}}{h_{1}*a_{2}}\ \lbrack\frac{J}{\text{mm}^{2}}\rbrack\backslash n}{\text{KC}_{1} = \frac{155}{8*10} = \frac{155}{80} = 1,94\ \lbrack\frac{J}{\text{mm}^{2}}\rbrack}$$

Próbka nr 2.

$${\text{KC}_{2} = \frac{K_{2}}{h_{2}*a_{2}}\ \lbrack\frac{J}{\text{mm}^{2}}\rbrack\backslash n}{\text{KC}_{2} = \frac{153}{8*10} = \ \frac{153}{80} = 1,91\ \lbrack\frac{J}{\text{mm}^{2}}\rbrack\backslash n}$$

Próbka nr 3.

$${\text{KC}_{3} = \frac{K_{3}}{h_{3}*a_{3}}\backslash n}{\text{KC}_{3} = \frac{157}{8*10} = \frac{157}{80} = 1,96\ \lbrack\frac{J}{\text{mm}^{2}}\rbrack}$$

Analiza dokładności poszczególnych próbek:

∆a=0,1 [mm]
∆K= 2[J]
∆h=0,11 [mm]

$$\left( K_{n} \right) = \frac{1}{h_{n}*a_{n}}*k + \frac{k}{h_{n}}*\frac{- 1}{{a_{n}}^{2}}*b + \frac{k}{a_{n}}*\frac{- 1}{{h_{n}}^{2}}*h$$

Próbka nr 1.

$$\left( K_{1} \right) = \frac{1}{8*10}*2 + \frac{1,94}{8}*\frac{- 1}{10^{2}}*0,1 + \frac{1,94}{10}*\frac{- 1}{8^{2}}*0,11 = 0,02449\ \lbrack\frac{J}{\text{mm}^{2}}\rbrack$$

Próbka nr 2.

$$\left( K_{2} \right) = \frac{1}{8*10}*2 + \frac{1,91}{8}*\frac{- 1}{10^{2}}*0,1 + \frac{1,91}{8}*\frac{- 1}{10^{2}}*0,11 = 0,02449\ \left\lbrack \frac{J}{\text{mm}^{2}} \right\rbrack$$

Próbka nr 3.

$$\left( K_{3} \right) = \frac{1}{8*10}*2 + \frac{1,96}{8}*\frac{- 1}{10^{2}}*0,1 + \frac{1,96}{8}*\frac{- 1}{10^{2}}*0,11 = 0,02448\ \lbrack\frac{J}{\text{mm}^{2}}\rbrack\backslash n$$

$$(\overset{\overline{}}{K}) = \frac{0,02449 + 0,02449 + 0,02448}{3} = 0,024486\ \lbrack\frac{J}{\text{mm}^{2}}\rbrack$$

Rodzaje przełomów. Rozróżnia się trzy charakterystyczne rodzaje przełomów:

• Plastyczny (rozdzielczy)- gdy pęknięcie nastąpiło przy znacznych odkształceniach plastycznych, ma wgląd matowy i włóknisty

• Kruchy- gdy pęknięcie nastąpiło bez widocznego odkształcenia plastycznego, ma wygląd błyszczący i ziarnisty

• Z rozwarstwieniem- wskazujący na anizotropowość materiału spowodowaną przeróbką plastyczną, ma pasma zanieczyszczeń lub inne wady materiałowe, posiada nieregularną, zygzakowatą linię przełomu

Średnie wartości próbek 1,2,3:

$${\overset{\overline{}}{\text{KC}} = \frac{\text{KC}_{1} + \text{KC}_{2} + \text{KC}_{3}}{3}\backslash n}{\overset{\overline{}}{\text{KC}} = \frac{1,94 + 1,91 + 1,96}{3} = 1,9366\ \lbrack\frac{J}{\text{mm}^{2}}\rbrack}$$

Obliczamy względną dokładność KC:

$${\overset{\overline{}}{K} = 1,9366\ \left\lbrack \frac{J}{\text{mm}^{2}} \right\rbrack\backslash n}{\overset{\overline{}}{h} = 8\ \left\lbrack \text{mm} \right\rbrack\backslash n}{\overset{\overline{}}{a} = 10\ \lbrack mm\rbrack\backslash n}{\frac{KC}{\text{KC}} = \frac{K}{\overset{\overline{}}{K}} + \frac{h}{\overset{\overline{}}{h}} + \frac{a}{\overset{\overline{}}{a}}}$$

$${\frac{KC}{\text{KC}} = \frac{2}{155} + \frac{0,1}{10} + \frac{0,11}{8}\backslash n}{\frac{KC}{\text{KC}} = 0,03665\ \backslash n}$$

Wnioski

$$KC = \frac{K}{S_{0}}$$

• Do tej próby używa się młota typu Charpiego, natomiast najczęściej używanego próbki Mesnagera

• Wyniki uśrednione dla naszych 3 prób $1,9366\ \lbrack\frac{J}{\text{mm}^{2}}\rbrack \pm 0,0244866\ \lbrack\frac{J}{\text{mm}^{2}}\rbrack$

• We wszystkich 3 próbach powstał przełom z rozwarstwieniem

• Rozróżniamy 3 rodzaje przełomów- przełom plastyczny, przełom kruchy oraz przełom z rozwarstwieniem