udarność1

/

Ćwiczenie 4

PRÓBA UDARNOŚCI METALI W TEMPERATURZE POKOJOWEJ

Celem ćwiczenia jest wykonanie zgodnie z normą PN-79/H-04370 próby udamości stali. Próba ta pozwala zbadać zachowanie się metalu w warunkach sprzyjających kruchemu pękaniu. Warunki takie uzyskuje się na skutek udarowego działania siły na próbkę z karbem.

4.1. WPROWADZENIE

Nowoczesne maszyny w czasie pracy często są narażone na obciążenia dynamiczne. Istnieje więc konieczność badania właściwości charakteryzujących zachowanie się materiału w przypadku wystąpienia nagłych zmian obciążeń. W tym celu stosuje się próby dynamiczne, w których działanie siły trwa bardzo krótko, a nagły wzrost obciążenia powoduje duże szybkości odkształcenia. W czasie badań udarowych można dokładniej niż podczas badań statycznych określić zmiany właściwości wytrzymałościowych materiału poddanego procesom technologicznym. Otrzymuje się inne wyniki udamości w zależności od położenia próbki względem kierunku walcowania, stopnia zgniotu (zgniot obniża udarność), zawartości węgla (wzrost zawartości węgla obniża udamość). Inne też one będą w różnych temperaturach. Na ogół udamość obniża się wraz ze spadkiem temperatury. Każda stal charakteryzuje się tzw. temperaturą krytyczną, poniżej której wartość udamości gwałtownie spada. Ponadto próba udamości pozwala łatwiej niż próba statyczna wykryć wady strukturalne materiału, powstałe wskutek nieprawidłowej obróbki cieplnej.

Rozróżnia się następujące próby udarowe: rozciąganie, ściskanie, skręcanie i zginanie. W praktyce najczęściej stosuje się próbę ostatnią, która nazywa się próbą na zginanie udarowe - w przypadku gdy wykonana jest na próbkach bez karbu, oraz próbą na udarność - w przypadku gdy wykonana jest na próbkach z karbem.

Zastosowanie karbu do próby na udamość ma na celu zlokalizowanie pęknięcia i stworzenie warunków do powstania kruchego pęknięcia w materiałach ciągliwych. Kruchym pęknięciem materiału nazywane jest takie pęknięcie, przy którym nie dostrzega się objawów odkształcenia materiału (np. zwężenia przekroju przy pęknięciu). Przełom w próbie udamościowej jest na ogół błyszczący, ziarnisty a nie matowy oraz włóknisty jak przy próbie na rozciąganie.

Wartości udarowe uzyskane na próbkach różnego kształtu nie są ze sobą porównywalne. Stosuje się na świecie różne kształty próbek udamościowych. W Polskich Normach zaleca się próbki o przekroju prostokątnym i wymiarach 55x10x10 mm z karbem w kształcie litery U, o wysokości w miejscu karbu h = 8 mm. h = 1 mm oraz h = 5 mm oraz próbki z karbem w kształcie litery V, o wysokości w miejscu karbu h = 8 mm. Schematy przykładowych próbek przedstawiono na rys. 4.1.

Rys. 4.1. Próbki pomiarowe: a) Mesnager, b) ISO-Charpy U, c) TSO-Charpy V

Liczbę próbek potrzebnych do badań, miejsce ich pobrania oraz położenie osi karbu ustalają normy przedmiotowe lub warunki techniczne. Zwykle do badań pobiera się trzy próbki. Warunki pobrania próbki powinny być takie, aby nie spowodować podczas cięcia próbki zgniotu i zmian strukturalnych. Obróbka samych próbek powinna być całkowicie wiórowa. Karb wykonuje się za pomocą frezowania lub wiercenia i przecinania. Duży wpływ na udamość ma promień zaokrąglenia i głębokość karbu, niedopuszczalne są na dnie karbu rysy widoczne gołym okiem.

Próbę udamości przeprowadza się przy użyciu młotów wahadłowych. Próbę należy przeprowadzić tak, aby uderzenie młota było środkowe oraz oś karbu leżała w płaszczyźnie mchu młota i karb był po stronie przeciwnej do uderzenia (rys. 4.2).

Do próby udamości służy wg PN młot wahadłowy typu Charpy. Schemat działania młota wahadłowego przedstawiono na rys. 4.3. Po opuszczeniu luzem