Стандартные испытания на ударную вязкость

Рис. 1. Пластический и хрупкий изломы ударных образцов

То обстоятельство, что работа удара относится к поперечному сечению образца в месте надреза, не имеет строгого обоснования См. также F. F e t t w e i s. Arch. Eisenhuttenw., 2, 1928--1929, S. 625--674. Величина ударной вязкости скорее является лишь относительной мерой полной работы, затраченной на разрушение или изгиб образца. При испытании по Изоду, применяемому в аглосаксонских странах, определяют общую работу удара. Наряду с величиной энергии, израсходованной на разрушение образца, в качестве характеристики материала рассматривают также характер излома образца. При этом за меру склонности материала к разрушению путем отрыва принимают выраженное в процентах отношение части сечения, соответствующей зоне пластичного разрушения, к другой части, соответствующей зоне хрупкого разрушения.

Поскольку разрушение начинается вблизи надреза, решающее значение для поведения материала имеет напряженное состояние и скорость деформации в этом месте. Зависимость обеих этих величин от формы и размеров образца, формы надреза, расстояния между опорами и скорости движения маятника в момент удара не носит явно выраженной формы. О напряженном состоянии в ударном образце в настоящее время в сущности известно лишь то, что в месте надреза оно по всей вероятности, двуосное К р и ш (A. Krisch. Arch. Eisenhuttenw., 21, 1950, S. 403--411) при помощи простого устройства определил остаточную деформацию в месте надреза и, исходя из предположения об абсолютной пластичности материала, рассчитал величины возникающих здесь главных напряжений.

Если при данных условиях испытания материал сохраняет способность деформироваться, то после значительного поглощения энергии удара наступает пластичное разрушение (высокое значение ударной вязкости). В других случаях после незначительного поглощения энергии удара происходит разрушение путем отрыва с малой степенью деформации (низкое значение ударной вязкости). Переход от пластичного разрушения к хрупкому может быть достигнут применением более жестких условий испытания, например, уменьшением радиуса надреза, увеличением ширины и длины образца и повышением скорости движения маятника в момент удара. Проще всего при прочих равных условиях этого можно достигнуть понижением температуры испытания (рис. 2). Температуру перехода из пластичного состояния в хрупкое, определенную по кривой зависимости ударной вязкости от температуры, можно считать мерой чувствительности материала к разрушению путем отрыва. Изменения свойств материала, ведущие к увеличению его хрупкости, например в результате старения, или отпускной хрупкости, повышают температуру перехода в хрупкое состояние, т. е. повышают чувствительность к разрушению путем отрыва.

Изменения же, повышающие вязкость материала, т.е уменьшающие чувствительность к разрушению путем отрыва, понижают эту температуру.

Для чистого железа переход от пластичного разрушения к хрупкому происходит в довольно узком температурном интервале. Наличие резкого провала ударной вязкости в определенном температурном интервале является общим свойством металлов с кубической объемноцентрированной решеткой, причем отличие их друг от друга при этом состоит лишь в различной абсолютной величине температуры перехода.

Рис. 2. Зависимость ударной вязкости от температуры (схематическая кривая)

В технических сплавах и, в частности, в сталях, вследствие равномерной гетерогенной структуры, этот провал распространяется на довольно широкий температурный интервал. Плавный ход кривой обнаруживают материалы с ярко выраженной волокнистой структурой. В области перехода из вязкого в хрупкое состояние результаты испытаний имеют довольно значительный разброс, так как незначительные отклонения в условиях испытания оказывают особенно большое влияние. R. Mai lander. Werkstoffhandbuch Stahl u. Eisen, 3. Aufl., Blatt D I Dussel-dorf, 1953. Чем резче выражен этот переход, тем сильнее разброс результатов испытания.

Для определения ударной вязкости применяют образцы различных размеров и с различной формой надреза См., например, DIN. 15I15. Поскольку условия напряженного состояния и деформации в месте надреза в сильной степени зависят от формы образца и условий испытания, значения ударной вяз-: кости, полученные на образцах различной формы, нельзя непосредственно сравнивать между собой. Лишь, в области максимальных значений ударной вязкости данные, полученные на различных образцах, можно сопоставлять 3.

Важное значение при испытании на ударную вязкость имеет напряженное состояние в месте надреза. Ударный способ приложения напряжений лишь делает условия испытания более жесткими. В соответствии с этим склонность к разрушению путем отрыва можно определить также и при статических испытаниях образцов с надрезом, но в ужесточенных условиях испытания, например при увеличении ширины образца, или снижении температуры испытания'. Необходимо отметить, что весьма важную роль в понимании освещаемого вопроса сыграли именно статические испытания образцов с надрезом (в результате наблюдений и анализа структуры излома больших образцов с надрезом, имеющих неблагоприятное для пластической деформации напряженное состояние), наряду с ударными испытаниями динамически высоконагруженных деталей, например броневых плит 2. Чувствительность к разрушению путем отрыва можно определить также путем статических и ударных испытаний на растяжение, проводимых на образцах с крутым и очень острым надрезом 3. В этом случае легче определить напряженное состояние в месте надреза, однако изготовление таких образцов и само проведение испытаний связано с большей трудоемкостью, чем при испытании на ударную вязкость, которое несложно и проводится быстро.

Сравнительно простое напряженное состояние получается в том случае, когда закрытая с обоих концов труба, находящаяся под внешней осевой нагрузкой или без нее, подвергается воздействию возрастающего ступенями внутреннего давления (испытание трубы на внутреннее давление) ударный вязкость хладоломкость сталь

В этом случае можно показать, что если несколько материалов имеют при одноосном растяжении практически одинаковые значения предела текучести, предела прочности, удлинения и сужения, но разные I значения ударной вязкости, то материал, имеющий высокую ударную; вязкость обнаруживает пластичное разрушение, а материал с низким ! значением ударной вязкости разрушается хрупко, разлетаясь на большое количество маленьких кусков (рис. 32). При этом (по крайней мере для представленного на рис. 32 случая испытания хромоникелевой стали) для тех и других образцов невозможно установить различия в характере напряженного состояния и величине объемного расширения, зависящего от величины внутреннего давления. В соответствии с этим разная чувствительность к хрупкому разрушению проявляется иногда лишь в различном характере разрушения, причем хрупкое разрушение по своим последствиям обычно значительно опаснее, чем пластичное,

так как в хрупких материалах может произойти преждевременное рушение в момент начала пластической деформации 1.

В связи с этим следует упомянуть об испытании пластичности путем взрыва, при котором в центре открытого с обеих сторон полого цилиндра высотой, например 60 мм, внешним диаметром 28 мм и внутренним диаметром 14 мм взрывают определенный заряд взрывчатого вещества. Вес заряда, необходимый для появления первых трещин в результате бочкообразного распухания, а также оценка формы излома

Рис. 32. Характер разрушения при испытании на внутреннее давление трубы хромоникелевой стали с 0,25% С; 0,23% Si 0.53% Мп; 0,035% Р; 0,90% Сг и 3,48% в вязком состоянии (пластичное разрушение -- слева) и в хрупком состоянии (хрупкое разрушение -- справа). [По Н. Be: nek, E. Houdremont u. R. Mailai der. Arch. Eisenhuttenw , 24, 1953,1 S. 315--321.]

Термическая обработка:

левый образец -- закалка с 820 ° в масле, отпуск при 620 °, охлаждение в воде: отсутствие отпускной хрупкости; правый образец -- закалка с 820 о в масле, отпуск при 620 °, охлаждение с печь наличие отпускной хрупкости

поведения материала при деформации служат мерой его чувствительности к разрушению путем отрыва. Это сравнительно недорогое испытание, разработанное вначале для сталей, используемых для изготовления орудийных стволов, можно с успехом применять, например, для. определения склонности материалов к разрушению путем отрыва при низких температурах. Результаты этих испытаний характеризуют материал с той же стороны, что и результаты ударных испытаний.

С целью испытания на чувствительность к разрушению путем отрыва сталей, применяемых для изготовления сварных конструкций (испытание чувствительности к хрупкому разрушению в зоне сварки),: обычно стремятся применять такие методы, которые учитывали бы влияние происходящих в процессе сварки изменений в области сварного шва. Это достигается, например, при испытании сварных образцов на гиб с перегибом (см. стр. 568), а также, отчасти, при испытании образцов с более или менее острым надрезом, или при применении внецентренного растяжения, изменения температуры испытания и т. Д. Обстоятельства, обусловливающие применение того или иного метода.

Здесь не рассматриваются, так как обоснование каждого из них исходит из принципиально отличной точки зрения.

Так как в сущности все столь различные методы испытания чувствительности к разрушению путем отрыва основываются на применении одних и тех же принципиальных положений, проведенное при соответствующих условиях определение ударной вязкости можно считать принципиально достаточным для испытания этой чувствительности материала, пока не станет возможным точное определение в конечном итоге решающих, физически однозначных величин.

Размещено на Allbest.ru