Home » Misc » В чем измеряется ударная вязкость

В чем измеряется ударная вязкость


Испытание на ударный изгиб («impact test»)

Статьи

Испытание на ударный изгиб («impact test»)

Ударная вязкость («impact elasticity») – одна из важнейших характеристик конструкционных сталей. Данная характеристика определяется при испытании на ударный изгиб и показывает величину работы, которую нужно потратить, чтобы разрушить стандартный образец с надрезом на специально разработанном для данного испытания оборудовании – маятниковом копре.

Измеряется ударная вязкость в кгc/см2 или в Дж/см2, данная размерность показывает отношение работы, потраченной на разрушение испытываемого образца, к площади его поперечного сечения.

Хрупкое разрушение – наиболее опасный вид разрушения конструкции. Его опасность заключается в том, что оно происходит без каких-либо предвестников (например, без пластической деформации). А рост трещины происходит практически мгновенно, скорость распространения трещины при хрупком разрушении приблизительно равна скорости звука в металле. Более подробно о механизме хрупкого разрушения будет рассказано в других статьях.

Теперь, когда вы поняли насколько важна такая характеристика как ударная вязкость, поговорим об образцах для испытания. Так как трещина в металле начинает расти от места скопления микротрещин (когда размер скопления достигает критического уровня), которые обязательно присутствуют в реальных конструкциях, то на образцах для испытания делают искусственный дефект – надрез. Существует два основных типа образцов для испытания на ударную вязкость, которые различаются типом надреза.

Первый тип – образец с полукруглым надрезом, который обозначают латинской буквой «U» и называют образцом «Менаже» в честь ученого, предложившего данный тип образца. Радиус у основания надреза 1 мм.

Второй тип – образец с острым надрезом, который обозначается латинской буквой «V» и называют образцом «Шарпи», также назван в честь ученого, который его предложил и впервые использовал. Радиус у основания надреза 0,25 мм. Тип образца во время экспертизы металла выбирается, исходя из нормативных документов.

Ударная вязкость состоит из двух составляющих – из работы зарождения и работы распространения трещины. Отсюда вытекает логичное умозаключение, что ударная вязкость на образцах «Шарпи» существенно меньше, чем на образцах «Менаже», за счет меньшей работы зарождения трещины.

Кроме типа надреза на величину ударной вязкости прямое влияние оказывает температура испытания. С понижением температуры испытания ударная вязкость снижается, как и меняется характер разрушения образца с вязкого (со значительно степенью пластической деформации), на хрупкий (с практически полным отсутствием пластической деформации). Переход от вязкого к хрупкому разрушению с понижением температуры обусловлен таким явлением, как хладноломкость. Хладноломкость выражена в существенном увеличении предела текучести и снижении относительного удлинении с понижением температуры и характерна для металлов с объемноцентрированной кристаллической решеткой (Fe, Cr, Mo и другие).

Внешний вид образцов после испытания на ударный изгиб, проведенного нашей компанией, представлен на фото. Хорошо видно различие между образцами, разрушенными по разным механизмам. Вязкий излом с матовой поверхностью и следами пластической деформации в зоне разрушении. И хрупкий излом с блестящей поверхностью и без следов деформации – ровный скол, будто бы образец был разделен острым ножом. Есть еще и промежуточный вид – смешанное разрушение, в котором присутствует и вязкая, и хрупкая составляющая.

Доля вязкой составляющей является второй характеристикой, после ударной вязкости, которая определяется при испытании на ударный изгиб. Долю вязкой составляющей определяют визуально, изучая строение излома образца после испытания, измеряют ее в %.

Теперь мы переходим еще к одному важному параметру, который позволяет определить испытание на ударный изгиб – критическая температура хрупкости. Это такая температура, при которой в изломе стандартного образца после испытания присутствует 50% вязкой составляющей. А вот как её определяют – проводят испытания одной стали в широком диапазоне температур (например, от плюс 20 до минус 70, охлаждение образцов происходит в растворе жидкого азота). По результатам испытаний строят сериальные кривые, показывающие зависимость доли вязкой составляющей от температуры испытания. Из этих кривых и определяют при какой температуре в изломе будет 50% вязкой составляющей.

Критическая температура хрупкости – очень важный критерий при оценке качества сталей, который показывает до какого момента сталь разрушается преимущественно по вязкому механизму. Использование стали при температурах ниже критической температуры хрупкости нежелательно.

Россия в значительной степени северная страна, где отрицательные температуры сохраняются в течение длительного времени. Освоение полярных и при полярных территорий, богатых природными ресурсами, с одновременным усложнением архитектурной конфигурации возводимых сооружений, ставит задачу по разработкам сталей с высоким уровнем сопротивления хрупкому разрушению. О способах повышения ударной вязкости в сталях я расскажу в следующих статьях.

<<<предыдущая статья следующая статья>>>

механические испытания,

ударный изгиб,

ударная вязкость,

температура хрупкости,

хладноломкость,

экспертиза-металлов

Испытания на ударную вязкость

Испытание материалов на ударную вязкость основано на разрушении стандартного образца с концентратором (надрезом) посередине ударом на маятниковом копре. При испытании на удар оценивают работоспособность металла в сложных условиях нагружения и выявляют его склонность к хрупкому разрушению.

Образцы для испытания на ударную вязкость

ГОСТ 9454 предусматривает испытания образцов трех типов:

  1. Образцы Шарпи - образцы сечением 10x10 мм, длиной 55 мм и с U-образным надрезом шириной и глубиной 2 мм и радиусом 1 мм;
  2. Образцы Менаже - образцы того же сечения и длины и V-образным надрезом той же геометрии, что и первый образец;
  3. Т-образные образцы длиной 55 мм, высотой 11 мм и шириной 10 мм с Т-образным концентратором (надрез, имитирующий усталостную трещину).

Образцы с V-образным надрезом являются основными и их и используют при контроле металлопродукции для ответственных конструкций (транспортных средств, летательных аппаратом др.), а образцы с U-образным надрезом применяют при приемочном контроле металлопродукции; образцы с Т-образным надрезом предназначены для испытания материалов, работающих в особо ответственных конструкциях.

Методика проведения испытания

При испытании металлов на удар определяют ударную вязкость, которую обозначают КС. Ударная вязкость КС - это отношение работы К разрушения стандартного образца к площади его поперечного сечения F в месте надреза:

КС= K/F, Дж/м2

В зависимости от вида концентратора в образце (U, V, Т) в обозначении ударной вязкости вводят третий индекс, согласно виду концентратора: KCU, KCV, КСТ. Испытание на ударную вязкость проводят на копрах маятникового типа, как показано на схеме.

Стандартный образец устанавливают на опорах стоек копра так, чтобы удар маятника 2 приходился против надреза. Маятник массой G при помощи специальной рукоятки поднимают на высоту Н в верхнее исходное положение I. При падении маятник ударяет по образцу, разрушает его и поднимается в положение II -высоту h. Для остановки маятника имеется тормоз.

Если запас потенциальной энергии маятника обозначить через GH, то работа, затраченная на деформацию и разрушение образца, равна разности энергии маятника в его положениях I и II (до и после удара), т. е.:

К = GH -Gh = G(H - h)

Выразив высоту маятника в положении до и после удара через силу маятника l и углы α и β, получим выражение для определе­ния работы, затраченной на деформацию и разрушение образца:

К= Gl (cos β - cos α),

где α — угол начального подъема маятника; β — угол подъема маят­ника после разрушения образца, фиксируемый на шкале 3. Масса груза и длина маятника известны. Угол α является величиной постоянной. Зная угол β по результатам испытаний, опре­деляют работу К и ударную вязкость КС.

Определение ударной вязкости при пониженных температурах

Ударная вязкость является показателем надежности работы металла в критических условиях, связанных с проявлением концентрации напряжений. Факторами, вызывающими концентрацию напряжений является высокая скорость нагружения, геометрические концентраторы и понижение температуры. С понижением температуры ударная вязкость снижается, поэтому, наряду с испытаниями при нормальной температуре, применяются ударные испытания с предварительным охлаждением до температур от -400С до -800С.

Для охлаждения металла применяются камеры холода, источником низкой температуры в которых, может являться жидкий азот или спирт.

Самое простое устройство для охлаждения стали – емкость, наполненная керосином и сухим льдом. Определенная пониженная температура достигается изменением количества сухого льда в смеси.

Определение порога хладноломкости стали

При пониженных температурах, кроме определения необходимой работы для разрушения образца, ещё определяется порог хладноломкости - температура резкого снижения вязкости.Данная характеристика определяется на серии образцов одной плавки. Испытания проводят при разных температурах. Таким образом получается некая диаграмма, по которой и определяется порог хладноломкости стали. Чем ниже порог хладноломкости, тем более надежна сталь при эксплуатации в определенных условиях. Температуре хладноломкости соответствует вид излома при котором доля хрупких и вязких участков находится в соотношении «50:50». Поэтому она называется также «температурой полухрупкости» -Т50. Разницу между реальной температурой эксплуатации и Т50 называют «запасом вязкости».

Также, испытания на ударную вязкость проводят и при повышенных температурах

Испытание на удар по Изоду (с надрезом) ASTM D256, ISO 180

Испытание на удар по Изоду (с надрезом по Изоду) ASTM D256, ISO 180 является общепринятым испытанием для определения чувствительности пластмасс к надрезам.

Область применения:
Испытание на удар по Изоду с надрезом — это одноточечное испытание, которое измеряет сопротивление материала удару качающегося маятника. Удар по Изоду определяется как кинетическая энергия, необходимая для начала разрушения и продолжения разрушения до разрушения образца. Образцы по Изоду имеют надрезы для предотвращения деформации образца при ударе. Это испытание можно использовать в качестве быстрой и простой проверки качества, чтобы определить, соответствует ли материал конкретным ударным свойствам, или сравнить материалы по общей ударной вязкости.

Процедура испытания:
Образец зажимают в приспособлении для испытания на удар маятника стороной с надрезом, обращенной к ударной кромке маятника. Маятник отпускают, и ему дают возможность ударить по образцу. Если поломки не произошло, используется более тяжелый молоток до тех пор, пока не произойдет поломка. Поскольку многие материалы (особенно термопласты) демонстрируют более низкую ударную вязкость при пониженных температурах, иногда целесообразно испытывать материалы при температурах, имитирующих предполагаемую среду конечного использования.

Процедура испытания при пониженной температуре:
Образцы кондиционируют при указанной температуре в морозильной камере до тех пор, пока они не достигнут равновесия. Образцы быстро вынимают по одному из морозильной камеры и ударяют. Ни ASTM n, ни ISO не определяют время кондиционирования или время, прошедшее от момента замораживания до удара — типичные значения из других спецификаций составляют 6 часов кондиционирования и 5 секунд от замораживания до удара.

Размер образца:
Стандартный образец для ASTM имеет размеры 64 x 12,7 x 3,2 мм (2½ x ½ x 1/8 дюйма). Наиболее распространенная толщина образца составляет 3,2 мм (0,125 дюйма), но предпочтительнее толщина составляет 6,4 мм (0,25 дюйма), поскольку вероятность того, что он погнется или сломается, меньше. Глубина под надрезом образца составляет 10,2 мм (0,4 дюйма).

Стандартный образец для ISO представляет собой многоцелевой образец типа 1А с обрезанными концевыми выступами. Полученный тестовый образец имеет размеры 80 х 10 х 4 мм. Глубина под надрезом образца 8 мм.

Данные:
Энергия удара по ASTM выражается в Дж/м или фут-фунт/дюйм. Ударная вязкость рассчитывается путем деления энергии удара в Дж (или фут-фунт) на толщину образца. Результатом испытания обычно является среднее значение 5 образцов.

Ударная вязкость ISO выражается в кДж/м2. Ударная вязкость рассчитывается путем деления энергии удара в Дж на площадь под надрезом. Результатом испытаний обычно является среднее значение 10 образцов.

Чем выше полученное число, тем прочнее материал.

 

**Обратите внимание, что это описание теста намеренно носит общий характер и предназначено для предоставления описательного резюме для улучшения понимания теста. Стандарты можно получить в соответствующих органах по стандартизации.

Сопутствующие услуги:

  • Испытания ASTM для пластмасс и полимеров

Нужна помощь или есть вопрос? 0800 5855888

 

Нужна помощь или есть вопрос?

0800 5855888

Уилтон, Великобритания:
+44 1642 435 788
Бенилюкс:
+31 88 126 8888
США:
+1 413 499 0983
Азиатско-Тихоокеанский регион:
+65 6805 4800
Швейцария:
+41 61 686 4800
Мексика:
01 800 5468 3783
+52 55 5091 2150
Бразилия:
+55 11 2322 8033
Австралия:
+61 1300 046 837
Индия:
+91 22 4245 0207
Видео испытаний на удар по Изоду с надрезом

Посмотрите, как мы проводим измерения для испытания на удар по Изоду с надрезом.

Новости и события о полимерах

K-SHOW:  Посетите нас на K2022: поддержка разработки полимеров и материалов

НОВАЯ УСЛУГА:  CircularAssure — услуги, которые помогут вам замкнуть цикл в экономике замкнутого цикла для пластмасс

5 ART

:  Программы переработки и оценки переработанных пластиковых материалов

СТАТЬЯ:   Программы тестирования обеспечения качества клеев

СТАТЬЯ:   Содействие развитию полимерных нетканых материалов

Примерное исследование: Резолюция загрязнения поверхности полимеров

ТЕМЕРСКИ : Ударная вязкость по Изоду с надрезом

Итак, вы определились с тем, какой материал вам нужен, благодаря нашей серии «Узнайте больше о вашем пластиковом листе» — теперь пришло время загрузить техпаспорт и взглянуть на рабочие характеристики материалы, которые мы возим. Но если вы новичок в отрасли или не работаете в технической сфере, информация, указанная в технических описаниях материалов, может ввести вас в большее замешательство, чем когда вы только начинали.

Если вы когда-либо чувствовали себя так после просмотра паспорта материала, то эта следующая серия блогов Impact Plastics посвящена теме «Понимание паспорта материала» для вас. В этой следующей серии блогов мы рассмотрим тесты ASTM, которые обычно встречаются в технических описаниях материалов для термопластичных смол. В нашем предыдущем посте обсуждались плотность и удельный вес — теперь мы переходим к другой часто встречающейся спецификации — ударопрочности. Продолжайте читать, чтобы узнать больше!

Американское общество по испытаниям и материалам (ASTM) — это организация, которая определяет и устанавливает стандарты для обеспечения хорошего качества и мастерства. Более 12 000 стандартов ASTM действуют во всем мире, включая тесты, специфичные для пластмасс, чтобы помочь потребителям быть уверенными в том, что продукты, которые они приобретают, будут работать так, как они ожидают.

Одним из методов испытаний пластика по ASTM, который часто встречается в технических паспортах, является испытание на ударопрочность. Этот тест часто встречается под обозначением ASTM D256 и упоминается как «ударная вязкость по Изоду с надрезом». Использование этого теста может быть быстрой и простой проверкой контроля качества, чтобы определить, соответствует ли материал определенным требованиям к ударной нагрузке, или сравнить ударную вязкость разных материалов. Прочность материала — это фактор его способности поглощать энергию при пластической деформации. Хрупкие материалы, например, имеют низкую ударную вязкость из-за минимальной деформации, которую они могут выдержать. На ударную вязкость данного материала также могут влиять изменения температуры — обычно ударная вязкость снижается при понижении температуры.

Испытание на удар по Изоду с надрезом — это одноточечное испытание, которое измеряет сопротивление материала удару качающегося маятника. Удар по Изоду определяется как кинетическая энергия, необходимая для начала разрушения и продолжения разрушения до разрушения образца. Образец, используемый в испытании на удар по Изоду с надрезом, имеет надрез для предотвращения деформации образца при ударе.

Для проведения этого испытания образец с надрезом зажимают в приспособлении для испытания на удар маятника стороной с надрезом, обращенной к ударной кромке маятника. Затем маятник отпускают, позволяя ему ударить по образцу. Если поломки не произошло, к маятнику добавляют более тяжелый груз или молоток до тех пор, пока не произойдет поломка. 92), что указывает на ударопрочность данного материала. Требования ASTM D256 предписывают собирать как минимум пять отдельных точек данных для определения средней ударопрочности для конкретного материала. Чем выше значение, тем прочнее материал.

Поскольку многие термопластические материалы демонстрируют более низкую ударную вязкость при пониженных температурах, это испытание часто проводят при более низких температурах, чтобы имитировать предполагаемую среду конечного использования материала. Для проведения этого испытания при низких температурах образцы выдерживают при указанной температуре в морозильной камере, быстро извлекают и ударяют по одному.

Learn more