Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa

w Nysie

Zarządzanie Produkcją i Usługami

Studia dzienne

Rok akademicki 2003/2004 sem.II

Bonar Marta L4

Sprawozdanie z laboratorium z materiałoznawstwa.

Ćwiczenie nr 5

Temat: Badanie udarności młotem Charpiego.

Data wykonania:21.04.2004

Data oddania: 06.05.2004

Ocena:

Podpis prowadzącego:

CZĘŚĆ TEORETYCZNA

UDARNOŚĆ - jest to techniczna odporność materiału na pękanie przy obciążeniach udarowych (przy uderzaniu). Udarność określa się jako iloraz energii zużytej na złamanie próbki przy zginaniu i pola przekroju poprzecznego w miejscu karbu naciętego na próbce. Do wyznaczania udarności najczęściej stosuje się młoty udarowe i próbki o przekroju kwadratowym z naciętym karbem w kształcie litery V (próbki typu Charpy). Materiały kruche mają małą udarność, a materiały plastyczne - dużą.

Miarą udarności U jest praca L zużyta na złamanie próbki - odniesiona do przekroju próbki S w miejscu karbu (przekrój mierzony przed próbą).

L - praca mierzona w kg•m

S - przekrój mierzony w cm²

Udarność wyraża się stosunkiem pracy K zużytej na złamanie określonej próbki do powierzchni jej przekroju poprzecznego w miejscu złamania S_0.

Znormalizowana próbka zostaje umieszczona na dwóch podpórkach. Wzniesienie na określona wysokość „h1” wahadło o ciężarze „G”, spadając łamie próbkę, tracąc przy tym część energii, wskutek czego jego wzniesienie po drugiej stronie osi jest mniejsze i wynosi „h2”.

Praca zużyta na złamanie próbki równa się różnicy energii potencjalnych wahadła w pozycji wyjściowej (górne położenie) oraz w położeniu odpowiadającym po wykonaniu pracy (dolne położenie).

m - masa wahadła młota (kg)

g - przyspieszenie ziemskie (9.81 m/s²)

R - odległość od osi wahadła młota do środka powierzchni zetknięcia noża wahadła z próbką (mm)

ß - kąt wzniesienia wahadła młota poza położenie równowagi po złamaniu próbki

α - kąt wzniesienia wahadła młota przed uderzeniem

Próbę udarności przeprowadza się na młotach wahadłowych typu Charpy`ego. Do próby udarności stosuje się 2 typy próbek: z karbem w kształcie litery U, i karbem w kształcie litery V.

W górnej części młota umieszczona jest podziałka kątowa, wyskalowana w stopniach oraz wskazówka(tzw. bierna), która po powrocie młota z położenia II pozostaje w położeniu odpowiadającym wysokości wzniesienia „h2” młota. Aby zbadać udarność materiałów podlegających kontroli, pobiera się próbki z każdej partii materiału, bądź też z każdego wsadu. Próbki wycina się z samych przedmiotów obrabianych albo też z naddatków materiałowych (przy odkuwkach). Można też przygotować próbki specjalne z tego samego materiału co przedmiot i obrabiać je cieplnie wraz z całym wsadem. Próbki materiałowe wycina się na obrabiarkach do skrawania metali na zimno, unikając przy tym miejscowego nagrzania lub zgniotu, które mogłyby zmienić własności mechaniczne próbki. Próbki pobrane z blach, powinny mieć oś karbu usytuowaną prostopadle do powierzchni walcowej. Próbki pobrane z kształtowników lub kęsów powinny mieć oś karbu usytuowaną prostopadle do powierzchni wyrobu. Dla wyrobów o przekrojach kołowych kierunku osi karbu nie określa się. Karb na próbce może być wykonany przez przecięcie, wiercenie, frezowanie lub szlifowanie. Cała próbka powinna być obrobiona skrawaniem. Jako obróbkę końcową zaleca się stosowanie szlifowania. Nie należy stosować próbek:

a)ze zgniotami i zadziorami na krawędziach.

b)skrzywionych.

c)z pęknięciami hartowniczymi.

d)z rysami wzdłużnymi na dnie karbu, pochodzącymi z obróbki wiórowej, a widocznymi nie uzbrojonym okiem.

CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

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. Określenie w dżulach energii zużytej na zniszczenie próbki.

Wyposarzenie

Suwmiarka uniwersalna mierząca z dokładnością do 0,05 mm

Próbka do badania udarności

Młot Charpiego.

Szkic próbki

Tabela:

nr próbki

rodzaj materiału

typ próbki

wymiary w miejscu karbu

parametry młota wahadłowego

praca K [J]

udarność KC [J/cm^2]

a [mm]

b [mm]

S0[cm^2]

m [kg]

R [mm]

α [st]

β [st]

1.

Stal 35

U

2

10

0,8

22,3

795

160

117

84,47

105,59

Obliczenia:

a = 2 (mm) = 0,002 m

b = 10 (mm) = 0,01 m

S₀ = 0.08 (cm²)

M = 22,3 (kg)

R = 795 (mm) = 0,795 m

α = 160⁰ cos 160⁰ = - 0,4539

ß = 117⁰ cos 117⁰ = - 0,9396

=22,3 kg * 9.81 m/s² * 0.795 m (cos117⁰-cos160⁰) =

=22,3 kg * 9.81 m/s² * 0.795 m (-0,4539- -0,9396) = 173,916585 (0,4857) = 84,47 (J)

=
= 105,59 J/cm²

Uwagi i wnioski końcowe

Na podstawie badania wytrzymałości materiałów pod obciążeniem powoli wzrastającym nie możemy określić, jak będą się one zachowywać wówczas, gdy będzie wzrastać bardzo szybko. Na to pytanie można uzyskać odpowiedź przeprowadzając próby udarnościowe. Pozwalają one określić wytrzymałość materiału na obciążenia zmienne, dzięki czemu możemy określić stopień przydatności i możliwości użycia materiału, oraz obserwować jego zachowanie.

Z przeprowadzonego doświadczenia wynika, Stal narzędziowa, z której wykonana została próbka ( z karbem U) odznacza się twardością uzyskaną podczas obróbki cieplnej, ale podczas próby udarności pęka, lecz się nie łamie. Z tego względu w wielu przypadkach rezygnuje się z uzyskania bardzo dużej twardości materiału na korzyść utrzymania znacznej odporności materiału na uderzenia.

W wyniku próby udarności próbka ta uległa znacznym odkształceniom występującym wzdłuż włókien (złom- kruchy, więc próbka nie pękła ulegając odkształceniom, nie pozwalającym na powrócenie do pierwotnego stanu). Próbka ta mogła, więc zawierać większą ilość węgla, który powoduje zwiększenie kruchości stali i podatności na jej pękanie przy gwałtownym wzroście obciążenia.

W próbce tej można wyraźnie zauważyć:

• ognisko złomu, który zapoczątkował proces pękania;

• strefę złomu zmęczeniowego - wykazują ślady pęknięć rozwijających się przy wzroście naprężęń i zatrzymujących się przy naprężeniach malejących; powierzchnia tej strefy jest gładka oraz drobnoziarnista;

• strefę złomu cząstkowego, czyli obszar, który osłabiony pęknięciem zmęczeniowym i koncentracją naprężeń - ulega gwałtownemu złomowi; obszar ten ma strukturę ziarnistą;

Próbka po wykonaniu zadania wyglądała w następujący sposób:

2

c

b

a

---