Механические свойства, определяемые при динамических нагрузках

При работе деталей машин возможны динамические нагрузки, при которых многие металлы проявляют склонность к разрушению. Опасность разрушения усиливают надрезы − концентраторы напряжений. Для оценки склонности металла к разрушению под влиянием этих факторов проводят динамические испытания на ударный изгиб на маятниковых копрах (рис. 4.11). Стандартный образец устанавливают на две опоры и посредине наносят удар, приводящий к разрушению образца. По шкале маятникового копра определяют работу К, затраченную на разрушение, и рассчитывают основную характеристику, получаемую в результате этих испытаний, − ударную вязкость:

КС = K/S¢_o, (4.16)

где S¢_o — площадь поперечного сечения образца в месте надреза.

Единица измерения ударной вязкости − МДж/м².

Рис. 4.11. Схема маятникового копра (а) и испытание под удар (б):

1 − образец; 2 − маятник; 3 − шкала; 4 − стрелка шкалы; 5 − тормоз

В соответствии с ГОСТ 9454-78 предусмотрены испытания образцов с концентратором напряжений трех видов: U-образным (радиус надреза r = 1мм); V-образным (r = 0,25 мм) и Т-образным (трещина устало­сти, созданная в основании надреза). Соответственно ударную вязкость обозначают KCU, КСV, KCT.

Основным критерием ударной вязкости является KCU. Она состоит из двух составляющих:

ксU = кс ₃ + кс_р, (4.17)

где КС₃ — работа зарождения трещины; КС_р» КСТ — работа рас­пространения трещины.

Чем острее надрез, тем меньше КС₃. Критерий КСТ является критерием трещиностойкости, характеризующей сопротивле­ние материала распространению трещины.

Ударная вязкость из всех характеристик механических свойств наи­более чувствительна к снижению температуры. Поэтому испытания на ударную вязкость при пониженных температурах используют для опре­деления порога хладноломкости — температуры или интервала темпера­тур, в котором происходит снижение ударной вязкости. Хладноломкость — свойство металлического материала терять вяз­кость, хрупко разрушаться при понижении температуры. Хладнолом­кость проявляется у железа, стали, металлов и сплавов, имеющих ОЦК- или ГП- решетку. Она отсутствует у металлов с ГЦК- решеткой.

На переход от вязкого разру­шения к хрупкому указывают из­менения строения излома и рез­кое снижение ударной вязкости (рис. 4.12) в интервале темпера­тур (t_B − t_x) (граничные значе­ния температур вязкого и хруп­кого разрушения). Строение из­лома изменяется от волокнисто­го матового − при вязком разруше­нии (t > t_B)до кристаллическо­го блестящего − при хрупком раз­рушении (t < t_x). Порог хлад­ноломкости обозначают интерва­лом температур (t_B − t_Н), либо одной температурой t₅₀, при которой в изломе образца имеется 50% волокнистой составляющей и КСТ снижается наполовину.

Рис. 4.12. Влияние температуры ис­пытания на процент вязкой соста­вляющей в изломе (В) и ударную вязкость материала KCU, КСТ