Próby udarowe

Próby udarowe
Opracował:
XXXXXXX
studia inŜynierskie zaoczne
wydział mechaniczny
semestr V
Gdańsk 2002 r.
1. Cel ćwiczenia.
Przeprowadzenie ćwiczenia ma na celu:
1. zapoznanie się z próbą udarności;
2. zapoznanie się z udarową metodą rozciągania stali;
3. określenie udarności badanego materiału.
2. Uwagi wstępne.
Próba udarności polega na złamaniu jednym uderzeniem młota wahadłowego
próbki z karbem (o określonym kształcie i wymiarach, podpartej na obu
końcach) w warunkach określonych
normą PN-69/H-04370 i pomiarze
pracy zuŜytej na jej złamanie.
Udarność wyraŜa się stosunkiem pracy
zuŜytej na złamanie próbki do pola
powierzchni jej przekroju poprzecznego
w miejscu karbu:
K =
Próba udarności wg PN-69/H-04370
Lu  J 
S o  m 2 
gdzie:
Lu – praca zuŜyta na złamanie probki;
pracę tę określa się mierząc ubytek
energii potencjalnej młota
So – pole powierzchni poprzecznego
próbki w miejscu karbu, mierzone
przed próbą.
Udarność zaleŜy nie tylko od wielkości pola przekroju So, ale równieŜ od
kształtu próbki, wymiarów próbki i karbu, stanu powierzchni próbki,
temperatury badania, prędkości obciąŜenia itp. Decydujący wpływ na wartość
udarności ma kształt i głębokość karbu. Im karb jest głębszy i ostrzejszy, tym
udarność jest mniejsza.
Innym parametrem decydującym o udarności jest temperatura. KaŜda stal
posiada pewną tzw. temperaturę krytyczną, poniŜej której wartość udarności
gwałtownie spada. PowyŜej tej temperatury istnieją pewne przedziały
temperatur, w których metal przejawia skłonność do kruchości. Zgniot obniŜa
udarność stali w temperaturze pokojowej i to tym bardziej, im większy jest jego
stopień.
Na udarność ma równieŜ wpływ skład chemiczny stali np. węgiel obniŜa
udarność
2
3. Próbki stosowane do próby udarności
Polska Norma PN-69/H-04-04370 przewiduje do prób udarności stali trzy typy
próbek:
- typu Mesnager
- typu ISO Charpy U
- typu ISO Charpy V
Próbka typu ISO Charpy U
Próbka typu ISO Charpy V
Próbki naleŜy wycinać „na zimno” z badanego materiału, na obrabiarkach do
skrawania metali. NaleŜy unikać jakichkolwiek oddziaływań termicznych na
próbkę, gdyŜ moŜe to spowodować zmiany w strukturze materiału a tym
samym błędne wyniki. Obróbka próbek moŜe być tylko wiórowa.
Nacięcie karbu ma na celu wywołanie spiętrzenia napręŜeń powodujących
pęknięcie próbki. Przeprowadzenie próby na próbkach bez karbu
spowodowałoby jedynie ich wykrzywienie.
3
4. Próbki do udarowej próby rozciągania
Stosuje się próbki o przekroju kołowym z uchwytami gwintowanymi, celem
odpowiedniego zamocowania ich w uchwytach maszyny. Próbki mogą być z
karbem lub bez karbu.
Próbka do udarowej próby rozciągania – bez karbu
Próbka do udarowej próby rozciągania – z karbem
5. Młot Charpy’ego
Schemat budowy młota
wahadłowego typu Charpy
4
Największa energia uderzenia młota nie powinna przekroczyć 300
minimalna nie moŜe być niŜsza niŜ 150[J ]
Prędkość młota w chwili uderzenia wynosi: V =
±10
[J ]
a
2 gH
gdzie:
g – przyśpieszenie ziemskie
H – wysokość wzniesienia noŜa wahadła przed złamaniem próbki
Prędkość ta waha się od 4,5 do 7 m/s
6. Typy złomów
W próbkach mogą wystąpić trzy typy złomów.
1. Poślizgowy; próbka została zgięta a
pęknięcie nastąpiło po przekroczeniu granicy
plastyczności, tj. juŜ przy znacznych
odkształceniach.
2. Kruchy; próbka pękła
odkształceniom plastycznym
nie
ulegając
3. Z rozwarstwieniem; wskazuje na to duŜy
stopień
anizotropowości
materiału
(spowodowanej np.. obróbką plastyczną) lub
na obecność zanieczyszczeń.
Oceny wyników próby przeprowadzonych wg poniŜszych kryteriów:
1. JeŜeli przełom widziany od strony bocznej powierzchni próbki przedstawia
linię łamaną lub wykazuje pęknięcia hartownicze, to próbę uwaŜa się za
niewaŜną i powtarza na jednej próbce zastępczej.
2. JeŜeli próbka nie została złamana i po wygięciu „przeszła” przez podpory,
naleŜy zanotować w protokóle „nie złamana”, a otrzymaną wartość
udarności naleŜy ująć w nawias {np. (146) J/m2}
3. JeŜeli próbka nie została złamana z powodu duŜej udarności materiału i
niewystarczającej energii uderzenia młota, naleŜy w protokóle umieścić
uwagę: „nie złamała się” i przed wartością udarności postawić znak > np.
{>146 J/m2}
5
7. Tabele pomiarowe
Próba udarności
Materiał
Rodzaj
karbu
Wymiar
przekroju
[mm]
SO
[cm2]
K
[J]
Stal
Półokrągły
9,98x7,95
0,794
196
Stal
Kwadratowy
10,4x8,16
0,849
170
Stal
Prostokątny 10,09x8,73
0,881
202
Stal
Trójkątny
9,7x7,97
0,773
192
śeliwo
Półokrągły
9,97x8,04
0,802
2
KC
[J/cm2]
Nie złamana
(246.9)
Nie złamana
(200.2)
Nie złamana
(229.3)
Nie złamana
(248.4)
2.5
Dynamiczne i statyczne rozciąganie.
Długość próbki l=60 [mm]
Młot 300[J]
Plastyczności
600[MPa]
Bez karbu (granice)
Zerwania
825[MPa]
Plastyczności 1250[MPa]
Z karbem (granice)
Zerwania
1300[MPa]
Materiał
Rodzaj
karbu
Rodzaj
próby
d0
[mm]
SO
[mm2]
K
[J]
Fe
[daN]
Fm
[daN]
∆l
[mm]
Stal
Bez
karbu
Statycz
na
5,00
19,64
318,75
588,6
804,4
11,44
Stal
Bez
karbu
Dynami
czna
5,02
19,79
192
-
-
14,84
Stal
Z
karbem
Statycz
na
5,10
20,43
98,5
1226,2
1275,3
2,79
Stal
Z
Dynami
karbem
czna
4,92
19,01
26
-
-
2,33
6
Przykłady obliczeń
Udarność:
KC =
K
196[J ]
 J 
=
=
246
,
9
 cm 2 
SO
0,794 cm 2
[ ]
Granica plastyczności
Re =
Fe 588,6[daN ]
=
= 30[MPa ]
S 0 19,64 mm 2
[
]
8. Wnioski
Udarność zaleŜy nie tylko od wielkości pola przekroju, ale równieŜ kształtu
próbki, wymiarów próbki i karbu, stanu powierzchni próbki, temperatury
badania, prędkości obciąŜenia itp. Decydujący wpływ na wartość udarności ma
kształt i głębokość karbu. Im karb jest głębszy i ostrzejszy tym udarność jest
mniejsza. Spadek temperatury i zgniot obniŜa udarność stali.
7