Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 [ 38 ] 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57

Итак, при динамических испытаниях характеристики прочности, особенно сопротивление малым деформациям, повышается по сравнению со статическими. Пластичность неоднозначно зависит от скорости деформации. В большинстве случаев при ударных испытаниях образцов с надрезом характеристики пластичности оказываются ниже, чем при

в.ППа

40 %

Рис. 130. Кривые напряжение - деформация при динамической (/) и статической деформации (2):

о - для алюминия (Ямада, Котеразава); 6 - для армко-железа (Кэмп-белл, Хардянг)

аналогичных статических испытаннях. В определенных условиях при высокоскоростной деформации некоторые металлы могут проявлять повышенную пластичность. Так, например, получается при штамповке взрывом (динамическое сжатие) металлов с гексагональной решеткой.

Характер изменения пластичности и вязкости (работы деформации) с увеличением скорости деформации зависит от типа разрушения - среза или отрыва. Если при заданных схеме нагружения и температуре материал разрушается путем отрыва, то сопротивление разрушению мало меняется при переходе от статической к динамической деформации. В этом случае пластичность с увеличением скорости уменьшается. Если же разрушение происходит путем среза, то сопротивление разрушению существенно возрастаете ускорением деформации, а пластичность может не меняться или тоже повышаться.

2, Динамические испытания на изгиб образцов с надрезом

При динамических испытаниях закон подобия ие действует. Поэтому здесь необходима жесткая унификация размеров образцов и условий проведения испытания. Основ-

ным образцом по ГОСТ 9454-78 служит стержень с квадратным сечением ЮХЮ мм и длиной 55 мм (рис. 131). В образцах Шарпи U-образный надрез наносится посередине длины. Он имеет ширину и глубину 2 и радиус закругления 1 мм. Допускается использование образцов и шириной Б=7,5; 5 и 2 мм. В последнем случае высота Я = 8мм. Образцы с V-образным концентратором имеют те же габариты и отличаются только геометрией надреза. Третий тип

А А-А

Рнс. I3l, Образец с U-образным надрезом для испытаний на ударный изгиб (ГОСТ 9454-78)

образцов, Предусмотренный ГОСТ 9454-78, имеет Т-образный концентратор (надрез с усталостной трещиной). Длина L этих образцов тоже 55 мм, а высота сечения И = \\ мм при В = 10; 7,5 или 5 мм. Допускается применение образцов с В=2 мм и Я -9 мм, В = И = ]0 мм и fi = H=25 мм. В последнем случае L = 140 мм.

Образцы с V-образным концентратором (образцы Ме-наже) являются основными и используются при контроле металлических материалов для ответственных конструкций (летательных аппаратов, транспортных средств и т.д.). Образцы Шарпи с U-образным надрезом рекомендуется применять прн выборе и приемочном контроле металлов и сплавов до установления норм на образцы с V-образным концентратором. Образцы с надрезом и трещиной предназначены для испытания материалов, работающих в особо ответственных конструкциях, где сопротивление развитию трещины имеет первостепенное значение.

При испытании образцов с L = 55 мм расстояние между опорами должно быть 40 мм. Изгибающий нож имеет сечение в виде треугольника с углом при вершине 30° и радиусом закругления 2 мм.

Испытания на изгиб проводят на маятниковых копрах с предельной энергией, не превышающей 300 Дж*.

Схема испытания приведена на рнс. 132. Образец кладут горизонтально в специальный шаблон, обеспечивающий установку надреза строго в середине пролета между опорами. Удар наносят со стороны, противоположной надрезу, в плоскости, перпендикулярной продольной оси образца.

Маятник копра закрепляется в исходном верхнем положении. По шкале фиксируется угол подъема маятника а.

Затем крепящую защелку вынимают, маятник свободно падает под собственной тяжестью, ударяет по образцу, изгибает и разрушает его, поднимаясь относительно вертикальной оси копра на угол р. Этот угол тем меньше, чем большая работа К затрачена маятником на деформацию н разрушение образца. Скорость копра Vh, м/с, в момент удара по образцу зависит от высоты подъема Н (см. рис. 132): у„=(2йЯ)/2, где -ycKopeime свободного падения.

Величина работы деформации и разрушения определяется разностью потенциальных энергий маятника в начальный (после подъема на угол а) и конечный (после взлета на угол р) моменты испытания: К=Р(И-Л), где Р - вес маятника; Н и h - высоты подъема и взлета маятника (см. рис. 132).

Если длина маятника L, то /i = L(l-cosp), H = L(\ - -cos a) и, следовательно, K=PL(cos p-cos a).

Эта формула и служит для расчета работы К по изме-)енньгм углам аир (Р п L постоянны для данного копра). Икала копра может быть проградуироваиа в единицах работы, если угол подъема маятника а фиксирован.

Часть энергии удара затрачивается на сотрясение копра н фундамента, преодоление сопротивления воздуха, на трение в подшипниках и в измерительном устройстве, на

* 1 Дж0,1 кгс-.м.

Рис. 132. Схема ударного испытания на изгиб на маятниковом копре

смятие образца на опорах и под ножом, на сообщение энергии обломкам образца и на упругую деформацию штанги маятника.

На копрах, применяемых прн обычных испытаниях металлов, большинство этих потерь не поддается учету, в результате получаемые значения К оказываются завышенными на несколько процентов. Особенно велики потери энергии при несовпадении оси удара и середины надреза иа образце. Поэтому величины ударной вязкости, определенные на различных копрах, могут отличаться друг от друга на 10-30 %. Точность определения работы излома тем выше, чем меньше превышение запаса работы маятника над работой деформации и разрушения образца; нужно стремиться, чтобы угол р после разрушения образца был небольшим.

Зная полную работу деформации и разрушения К, можно рассчитать основную характеристику, получаемую в результате рассматриваемых испытаний - ударную вязкость:

КС = К IF, (74)

где F - площадь поперечного сечения образца в месте надреза до испытания.

Стандартная размерность ударной вязкости Дж/м или Дж/см2*.

В зависимости от вида концентратора в образце в обозначение ударной вязкости вводится третий индекс (V, У или Т). Например, КСУ - ударная вязкость, определенная на образце с V-образным концентратором прн комнатной температуре.

Ударные испытания, как и статические, можно проводить при отрицательных и повышенных температурах. Методика этих испытаний регламентирована стандартами. По ГОСТ 9455-78 динамический изгиб при отрицательных температурах производят с использованием тех же образцов, что и при комнатной. Образец выдерживают в жидком хладагенте не менее 15 мин при температуре на 2-6°С ниже заданной, затем вынимают из ванны, устанавливают на копер и немедленно испытывают.

Аналогичная методика используется при высокотемпературных испытаниях (ГОСТ 9454-78). Предварительный нагрев образцов рекомендуется вести в муфельных печах, при необходимости в нейтральной атмосфере, перегревая

* 1 Дж/см0,1 кгс-м/см2; 1 Дж/.м=10 кгс-м/см.

образец относительно заданной температуре на 3-50 °С в зависимости от ее абсолютной величины. При этом время установки образца с момента выемкн из печи до удара маятника должно быть не больше 3-5 с.

Для обозначения ударной вязкости при пониженной или повышенной температурах используется цифровой индекс, соответствующий температуре испытания. Например, lCf-bo-ударная вязкость, определенная на образце с Т-образным концентратором при -60 °С. В ГОСТ 9454-78 рекомендуется прн обозначении ударной вязкости указывать также максимальную энергию удара маятника, Дж, глубину концентратора, мм, в испытанном образце и его ширину, мм. Например, /СС(У+° 150/3/7,5-ударная вязкость, определенная на образце с U-образпым концентратором при 100 °С на копре с максимальной энергией удара маятника 150 Дж при глубине концентратора 3 мм и ширине образца 7,5 мм. Если используется копер с максимальной энергией удара маятника 300 Дж и образец шириной 10 мм с глубиной концентратора 2 мм, то эти данные в обозначение ударной вязкости не вводятся (пишется просто

В массовых динамических испытаниях на изгиб образцов с надрезом ударная вязкость - единственная выходная характеристика испытания. Диаграмма деформации обычно не записывается, так как это сопряжено со значительными экспериментальными трудностями. Общее время испытания измеряется долями секунды, поэтому для фиксации зависимости нагрузки от деформации требуются малоинерционные чувствительные датчики и быстродействующий прибор для записи диаграмм. Обычно используют пьезокварцевые динамометры и шлейфовые осциллографы.

Характеристики пластичности - стрелу изгиба и угол загиба - легко определить, сложив две половины разрушенного образца точно так же, как при испытаниях на статический изгиб.

Ударная вязкость - это сложная, комплексная характеристика, зависящая от совокупности прочностных и пластических свойств материала. Работа, затрачиваемая на пластическую деформацию и разрушение, определяется площадью под диаграммой динамического изгиба. Ее величина, следовательно, будет тем больше, чем выше пластичность и уровень напряжений течения на всем протяжении испытания.

При ударных испытаниях на изгиб образцов с надрезом напряжения и пластическая деформации концентрируются

в ограниченной части объема образца вокруг надреза. Именно здесь поглощается практически вся работа удара. На рис. 133, а показаны границы области распространения пластической деформации при разной глубине надреза. Видно, что ширина этой области соизмерима с высотой сечения образца и увеличивается по мере уменьшения глубины надреза. На рис. 133,6 дана схема распределения продольных нормальных напряжений Si в сечении надреза. В районе вершины надреза, помимо 5i, действуют понереч-

Рнс. 133. Области (/, 2, 3) распространения пластической деформа-НИН при разной глубине надреза (а) и схема распределения продольных напряжений 5i в сечении надреза (б) при ударном изгибе

Рис. 134. Типы температурных зависимостей ударной вязкости

ные нормальные напряжения и (S3 не показано на рис. 133,6, так как оно перпендикулярно плоскости чертежа). Их появление вызвано торможением поперечной деформации объемами образца, примыкающими с двух сторон к надрезу. Чем глубже и острее надрез и больше ширина сечения, тем больше величина всех трех нормальных напряжений в точке М и меньше работа К.

Повышение ударной вязкости материала часто сопровождается и увеличением деформируемого объема в области надреза.

Возникновение схемы объемного растяжения, концентрация напряжений у надреза, а также рост предела текучести в результате ускорения деформации при мало меняющейся хрупкой прочности (см. схему Иоффе иа рис. 73) создают наиболее благоприятные условия для хрупкого разрушения.

Количественно величину деформируемого объема при