Испытание на ударную вязкость

Для испытания на удар изготавливают специальные образцы с надрезом, которые затем разрушают на маятниковом копре (рис. 1.) Общий запас энергии маятника будет расходоваться на разрушение образца и на подъем маятника после его разрушения. Поэтому если из общего запаса энергии маятника отнять часть, которая тратится на подъем (взлет) после разрушения образца, получим работу разрушения образца:

K = Р(h₁ – h₂)

или

K = Рl (соs β – соs α), Дж (кг·м),

де P — масса маятника, Н (кг); h ₁ — высота подъема центра масс маятника до удара, м; h ₂ — высота взлета маятника после удара, м; l — длина маятника, м; α, β — углы подъема маятника соответственно до разрушения образца и после него.

Рис. 1.Испытание на ударную вязкость: 1 — маятник; 2 — нож маятника; 3 — опоры

Ударную вязкость, т. е. работу, затраченную на разрушение образца и отнесенную к поперечному сечению образца в месте надреза, определяют по формуле:

, МДж/м² (кг·м/см²),

где F — площадь поперечного сечения в месте надреза образца, м² (см²).

Для определения KС пользуются специальными таблицами, в которых для каждого угла β определена величина работы удара K. При этом F = 0,8 · 10^–4 м².

Для обозначения ударной вязкости добавляют и третью букву, указывающую на вид надреза на образце: U, V, Т. Запись KСU означает ударную вязкость образца с U -образным надрезом, KСV — с V -образным надрезом, а KСТ — с трещиной (рис. 1).

Рис. 1. Виды надрезов на образцах для испытания на ударную вязкость:
а — U -образный надрез (KCU); б — V -образный надрез (KСV); в — надрез с трещиной (KСТ)

Испытания на выносливость

Большинство деталей машин (зубчатые колеса, валы, пружины и др.) работает в условиях циклических (переменных как по величине, так и по знаку) нагрузок. Схема циклических нагрузок показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема циклического нагружения:

а_р — напряжения растяжения; ст_сж — напряжения сжатия; N — число циклов нагружения; / — знакопостоянное нагружение; 2,3 — знакопеременные нагружения, симметричное и асимметричное, соответственно

Материалы, испытывающие переменные по величине и особенно знакопеременные нагрузки, разрушаются при напряжениях значительно ниже предела прочности и даже ниже предела текучести материала.

Испытания образцов при циклических нагрузках позволяют установить предел выносливости, ограниченную долговечность и живучесть материала.

Усталость — это процесс постепенного накопления повреждений материала под действием переменных напряжений, приводящий к образованию трещин и разрушению.

Свойство материала противостоять усталости называется сопротивлением усталости или выносливостью.

Испытания при циклических нагрузках проводят по ГОСТ 25.502—79 на специальных образцах, один из типов которых показан на рис. 2

Рис.2. Образец для испытаний на усталость по схеме нагружения изгиб с вращением

По результатам испытаний серии образцов строят кривую усталости (кривую Веллера) (рис. 3).

Рис. 3. Усталостные кривые

Для сталей при невысоких температурах испытаний характерна кривая 1 (рис. 3), для цветных сплавов, а также для сталей при высоких температурах и в коррозионной среде — кривая 2. По кривой 1 устанавливают предел выносливости — максимальное напряжение цикла, при котором еще не происходит усталостного разрушения образца после заданного (базового (V_6aj) числа циклов нагружения. Базовое число циклов для стали (5 — 10) 10⁶, для цветных сплавов — 100 • 10⁶.

Домашнее задание: запишите кратко методы определения механических испытаний металлов. Посмотрите видео.