Próby udarowe.pdf

III. PRÓBY UDAROWE

1. CELE ĆWICZENIA

1) zapoznanie się ze sposobami przeprowadzaniai opracowania wyników prób udarowych:

a) udarowej próby zginania (próby udarności),

b) udarowej próby rozciągania,

2) rozpoznawanie i określanie rodzajów złomów.

2. WPROWADZENIE DO ĆWICZENIA

Obciążenia, jakim poddawane są układy mechaniczne - maszyny, elementy maszyn, in-

strukcje budowlane itp. mają często charakter szybkozmienny, dynamiczny. Doświadczenie

uczy, że różne materiały wykazując przy obciążeniach statycznych podobne własności wy-

trzymałościowe przy obciążeniu udarowym mogą wykazywać zasadniczo różne skłonności do

pękania a przez to ich charakterystyki statyczne tracą swą ważność dla oceny zdolności prze-

noszenia tego typu obciążeń. Z tego względu jako bardziej miarodajne dla oceny własności

wytrzymałościowych w warunkach obciążeń udarowych przyjmuje się wyniki prób prowa-

dzonych na umownie przyjętych próbkach obciążanych udarowo - wyniki tzw. prób udaro-

wych.

W zależności od rodzaju wywołanego w badanej próbce stanu naprężenia wyróżnia się

próby udarowe:

- zginania

- rozciągania

- ściskania

- skręcania.

Wynikiem próby jest zniszczenie próbki mające charakter złomu.

Złomy klasyfikuje się na:

- 1 -

- rozdzielcze

- plastyczne

- mieszane.

Ze złomem rozdzielczym mamy do czynienia gdy naprężenia rozciągające osiągną war-

tość odpowiadającą wytrzymałości granicznej na rozciąganie zanim naprężenia styczne osią-

gną wartość graniczną wytrzymałości na odkształcenia postaciowe. Powierzchnia pęknięcia

rozdzielczego przebiega najczęściej w płaszczyznach łupliwości wewnątrz kryształu, jest

błyszcząca i ma charakter ziarnisty. Gdy naprężenie styczne wcześniej przekroczy opór pośli-

zgu następuje trwałe plastyczne odkształcenie próbki, któremu towarzyszy umocnienie , przy

którym opory poślizgu rosną szybciej niż wytrzymałość rozdzielcza. Jeżeli dalszy wzrost na-

prężeń mimo to powoduje wcześniejsze przekroczenie granicznej wytrzymałości na odkształ-

cenie postaciowe niż na rozciąganie to, następuje zniszczenie przez poślizg, wynikiem które-

go jest złom plastyczny - ciągliwy. Powierzchnia złomu ma strukturę włóknistą. Jednoczesne

występowanie lokalnych złomów rozdzielczych i plastycznych stanowi złom mieszany. Na

rodzaj występującego złomu istotny wpływ ma rodzaj obciążenia. Na rys. 2.1 przedstawione

są koła Mohra odpowiadające stanom naprężenia w pręcie skręcanym (a), rozciąganym (b) i

poddanym złożonemu stanowi obciążenia (c).

Rys. 2.1 Koła Mohra odpowiadające stanom naprężenia w pręcie: a) skręcanym b) rozciąganym, c) złożone

Widoczne jest, że w pierwszym przypadku największa wartość naprężeń stycznych jest

równa największej wartości naprężeń normalnych, w drugim wartość ta jest równa połowie

największej wartości naprężeń normalnych, w trzecim przypadku stosunek ten może być jesz-

cze mniejszy. Stąd też niebezpieczeństwo złomu rozdzielczego kolejno w tych przypadkach

jest coraz znaczniejsze.

- 2 -

W metalach ze wzrostem prędkości odkształcenia znacznie rośnie opór poślizgu. Wiąże

się to z ruchem dyslokacji, który towarzyszy temu zjawisku. Niewielki natomiast jest wpływ

prędkości odkształcenia na wytrzymałość rozdzielczą. Stąd też należy się spodziewać pewnej

krytycznej wartości prędkości odkształcenia, powyżej której nastąpi złom rozdzielczy (rys.

2.2).

Rys. 2.2

Rys. 2.3

W stalach nieaustenicznych i stopach cynku spadek temperatury próby wiąże się ze znaczniej-

szym wzrostem granicznych naprężeń stycznych niż naprężeń normalnych. Stąd graniczna

temperatura, poniżej której następuje złom rozdzielczy (rys. 2.3).

Miedź, mosiądz, brąz, aluminium, stal austeniczna nie wykazują kruchości na zimno. Na ro-

dzaj złomu ma również wpływ sposób obróbki badanego materiału.

Próby udarowe prowadzi się najczęściej dla określenia ciągliwości stali i odlewów staliw-

nych, nadają się do kontroli jakości obróbki cieplnej i wykrywania skłonności do kruchego

pękania, a także do badania spoin czołowych. Wyniki prób nie są podstawą obliczeń wytrzy-

małościowych. Zależą one od wielu warunków próby, umyślnie zaostrzonych warunków po-

miarów i mają jedynie wartość porównawczą ze względu na przyjęte stałe warunki próby.

W szczególności decydujący wpływ na wyniki prób ma kształt i wymiary próbki - nie jest

słuszne, tak jak przy próbie rozciągania prawo proporcjonalności.

- 3 -

3. PODSTAWY TEORETYCZNE

3.1. Próba udarności

Do próby udarności stosuje się próbki o wymiarach: 55

10 mm z karbem w kształcie

litery U lub V. Próbkę taką wraz ze sposobem ustawienia przedstawiono na rys. 3.4.

Rys. 3.4 Próbka wraz ze sposobem ustawienia karbu

Pomiędzy wynikami próby udarności, przeprowadzonej na różnych próbkach zachodzi podobień-

stwo. Największy wpływ na wartość udarności ma kształt i głębokość karbu. Im karb jest głębszy i

ostrzejszy, tzn. im promień zaokrąglenia karbu jest mniejszy, tym udarność jest mniejsza.

Wyniki prób udarnościowych mogą być porównywalne jedynie z wynikami dla próbek o tych

samych wymiarach, kształtach i takim samym karbie, przy przeprowadzeniu prób w tych samych wa-

runkach, tzn. w tej samej temperaturze i tej samej prędkości i sposobie obciążenia. Sposób pobierania

i przygotowania próbek określa norma PN-79/H-0437.

Wprowadzenie karbu zaostrza warunki pomiaru. Im ostrzejszy karb, tym większy jest wzrost na-

prężeń przy podstawie karbu. Występuje w tym miejscu trójosiowy stan naprężenia, co ułatwia po-

wstanie złomu rozdzielczego.

3.1.2 Urządzenia do badań udarności

Próbę udarności przeprowadza się na młotach wahadłowych typu Charpy, przeznaczonych

do badań próbek podpartych swobodnie na obu końcach. W zależności od rodzaju badanego

materiału i rozmiarów próbki, stosuje się młoty o zakresach 2500 J, 750 J, 300 J, 150 J, 100 J,

70 J, 30 J, 10 J, 5 J i 0,4 J, przy czym przeważnie każdy z nich można nastawić na dwa zakre-

sy. Zasadniczą częścią młota jest wahadło złożone z ramienia, na końcu którego zawieszony

jest główny ciężar w postaci płaskiej tarczy. Wahadło przed próbą podnosi się ręcznie lub

przy dużych młotach za pomocą silnika do górnego początkowego położenia określonego ką-

- 4 -

tem

(rys. 3.5). Przy swobodnym opadaniu wahadła, w położeniu pionowym posiada ono

największą energię kinetyczną, której wartość jest cechą charakterystyczną danego młota, za-

leżną od jego rozmiarów i konstrukcji. Pracę uderzenia, odpowiadającą energii zużytej na

złamanie próbki określa wzór:

KmgR

(

cos

β α

−

cos

)

gdzie:

m - masa wahadła młota,

R - odległość od osi wahadła młota do środka próbki ustawionej na podporach,

- kąt wychylenia wahadła młota po złamaniu próbki,

- kąt wychylenia wahadła młota w położeniu początkowym (na ogół a = 160 o ).

Praktycznie wielkość pracy K odczytuje się wprost w [J] na odpowiedniej skali, po której po-

rusza się wskazówka wprawiana w ruch przez ramię wahadła i pokazująca jego położenie

krańcowe. Do górnej części jednej z kolumn przyłączona jest zapadka, na której może być

zawieszone wahadło przed próbą. Kąt opadania jest ustawiony na 160 o . W lewej kolumnie jest

łożysko oporowe, w którym umieszczony jest miernik piezoelektryczny do pomiaru składowej

siły uderzenia. W bocznej części zabudowane jest urządzenie obciążające, za pomocą którego

wywołuje się równomierną siłę ściskającą w celu wycechowania miernika piezoelektrycznego.

Na ścianie wewnętrznej jednej z kolumn jest przymocowany nadajnik fotokomórki. Składa się

on z obudowy, w której zabudowane są fotokomórka i lampa jarzeniowa. Pomiędzy lampą

i fotokomórką znajduje się wycięcie, przez które prowadzona jest zasłona przymocowana do

wahadła. Tym samym ruch wahadła jest przenoszony na nadajnik fotokomórki, która przetwa-

rza ruch wahadła na sygnał elektryczny. Sygnał ten jest przewodami doprowadzony do piezo-

elektrycznego urządzenia mierniczego. Pomiar siły uderzenia następuje więc przez piezoelek-

tryczny miernik wbudowany do łożyska oporowego, który jest połączony ze wzmacniaczem

urządzenia głównego poprzez stopień elektromierza. Pomiar ugięcia próbki następuje poprzez

nadajnik fotokomórki. Ten ostatni podłączony jest do układu urządzenia głównego, znajdują-

cego się wraz ze wzmacniaczem we wnętrzu urządzenia głównego. Wytworzone w czasie pró-

by przez obydwa mierniki napięcia są proporcjonalne do siły uderzenia i ugięcia próbki. W

polu widzenia oscyloskopu urządzenia głównego ukazuje się wykres próby, który może być

fotografowany. Przykład tak zarejestrowanego przebiegu pokazany jest na rys. 3.6.

- 5 -

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: