Laboratorium: MECHANIKA I WYTRZYMAŁOŚĆ MATERIAŁÓW

BADANIE UDARNOŚCI I WYTRZYMAŁOŚCI NA ZGINANIE TWORZYW SZTUCZNYCH

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.

Do prób udarowych zalicza się między innymi: próbę 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.

UDARNOŚĆ oznacza odporność tworzywa na złamanie udarowe. Określa się ją stosunkiem pracy potrzebnej do dynamicznego złamania próbki, odniesionej do 1 m² przekroju poprzecznego próbki w miejscu złamania.

Oprócz pracy potrzebnej do złamania, celowe jest również określenie odkształcenia próbki. W zależności od właściwości badanego tworzywa pęknięcie w czasie dynamicznego złamania próbki może być kruche - Rysunek 1 lub plastyczne - Rysunek 2.

Rys.1	Rys.2

gdzie: a' - odkształcenie sprężyste, b' - odkształcenie plastyczne. 

Badania dynamicznego złamania próbki prowadzi się podczas udarowego zginania lub rozciągania próbek z karbem lub bez karbu. W wahadłowych metodach stosowanych do tego badania są używane urządzenia elektroniczne do pomiaru siły i odkształcenia.
Znane są trzy metody badania udarności: metoda Charpy'ego, metoda Dynstat oraz metoda Izoda. Najbardziej popularna jest pierwsza z nich.

OZNACZANIE UDARNOŚCI ZA POMOCĄ MŁOTA CHARPY'EGO

Udarowe zginanie próbki uzyskuje się przez uderzenie ostrzem wahadła młota w podpartą na dwóch podporach próbkę. Zasadę pomiaru pokazano na rysunku niżej. Ważne jest, aby w chwili uderzenia styk ostrza młota wahadła z próbką był liniowy. Pomiar pracy złamania próbki powinien być wykonany w zakresie 10-80% maksymalnego zakresu skali młota. Przed badaniem należy próbki klimatyzować w normalnych warunkach.

Do prób udarności używa się młotów o stałym lub zmiennym zasobie energii potencjalnej. Ramie wahadła 2 zamocowane jest na podstawie 1. Na obrotowej osi połączonej z wahadłem znajduje się wskazówka 5. Do podstawy przymocowana jest nieruchomo podziałka 4, względem której może przesuwać się wskazówka. Odczyt pracy łamania próbki odbywa się bezpośrednio z podziałki; wyskalowana jest w jednostkach pracy. Zapadka 7 służy do utrzymywania młota w położeniu początkowym przed wykonaniem próby, a hamulec 6 z pasem blokującym zamocowanym na dźwigni służy do natychmiastowego zatrzymania młota.

	1 - korpus; 2 - ramię wahadła; 3 - próbka; 4 - skala; 5 - wskazówka; 6 - hamulec; 7 - zapadka.
Rys. 3 Budowa młota Charpy'ego

CEL ĆWICZENIA

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.

OBLICZENIE WYNIKÓW

1. Udarność

Udarność U próbek bez karbu liczy się ze wzoru:

U = A_n/S

gdzie: A_n - zużyta energia uderzenia [J, kG·cm]

S - przekrój poprzeczny próbki [cm]

(Udarność próbek z karbem U_k liczy się korzystając z tej samej zależności, tyle że S oznacza wtedy przekrój poprzeczny próbki w miejscu karbu).

Za wynik przyjmuje się średnią arytmetyczną z wyników udarności policzonej dla kilku wykonanych oznaczeń.

2. Wytrzymałość na zginanie

Wytrzymałością na zginanie statyczne ơ_z nazywamy stosunek momentu zginającego przy maksymalnym kącie zgięcia próbki lub jej złamania M do wskaźnika wytrzymałości na zginanie W:

ơ_z = M/W

Wskaźnik wytrzymałości na zginanie dla próbek prostopadłościennych o grubości h i szerokości b wynosi:

W = bh²/6

Moment zginający M w miejscu przyłożenia siły P wynosi:

M = Pl₀/4

P - siła [N]

l₀ - odległość podpór [cm] (w tym przypadku l₀ = 1,7 cm)

Sprawozdanie do ćwiczenia powinno zawierać:

- stronę tytułową: imiona i nazwiska osób obecnych wykonujących ćwiczenie, numer grupy laboratoryjnej, datę wykonania ćwiczenia;

- opis wykonania ćwiczenia, z uwzględnieniem rodzaju próbek;

- zestawienie wyników pomiarów w formie tabel:

a) przy pomiarze udarności - z uwzględnieniem energii uderzenia dla każdej próbki,

b) przy pomiarze wytrzymałości na zginanie - z uwzględnieniem siły i kąta;

- obliczenia (i JEDNOSTKI!): a) udarności próbek, b) wytrzymałości na zginanie

- wnioski (porównanie materiałów).

---