Зависимость ударной вязкости от температуры испытаний

а б

Рис. 5

 

В случае плавного перехода от максимальной ударной вязкости к минимальной (рис. 5, а) затруднительно определить температуру хрупко-вязкого перехода. В этом случае в качестве Т_хр выбирают температуру испытания, при которой значение ударной вязкости составляет 0.2 МДж/м².

В случае, когда четкая температурная граница не выявляется, а имеется определенный температурный интервал, в котором характер разрушения постепенно изменяется и наблюдается заметный разброс значений измеряемой механической характеристики (рис. 5, б), существует несколько критериев определения температуры хладноломкости.

За температуру перехода может быть принята по величине ударной вязкости:

1. температура достижения минимальной ударной вязкости (полагают равной 0.2 МДж/м²);

2. температура верхнего порога хладноломкости - Т_в;

3. температура нижнего порога хладноломкости - Т_н;

4. средняя температура между верхним и нижним порогами хладноломкости - Т_хр (является физически более обоснованной).

3. Определение температуры хрупко–вязкого перехода Т_хр по величине хрупкого квадрата. Для оценки температурного порога хладноломкости Т_хр применяют также методику, по которой определяют процент волокнистой составляющей %В на поверхности излома. На участках, имеющих блестящую кристаллическую поверхность, излом имеет хрупкий характер. Матовые, неровные, часто с видимыми следами пластической деформации участки излома соответствуют вязкому характеру. Их называют "волокнистыми".

На рис. 6 представлена возможная схема распределения хрупкой и волокнистой частей излома. Измеренные линейные параметры этих участков, показанные на рис. 6, заносятся в табл. 2. Процент волокнистой составляющей для сталей определяется с использованием табл. 3.

 

Хрупкий квадрат

Рис.6

 

 

Результаты анализа изломов

Таблица 2

№ образца	Т испытания, °С	А, мм	В, мм	%В

 

Зависимость процента "волокна" в изломе от температуры испытания показывается графически. За температуру хрупко-вязкого перехода (Т_хр) принимается температура, при которой 50% излома занято кристаллическими участками.

 

3. Обработка осциллограмм. Провести испытания на ударный изгиб трех образцов с целью определения ударной вязкости. По осциллограммам провести расчеты работы зарождения (КV_з) и развития трещины (KV_p).

Для анализа склонности материалов и сплавов к разрушению общую энергию К, израсходованную на разрушение образца, разделяют на две составляющие: соответственно энергию, поглощённую при зарождении (К_з), и при развитии трещины (К_р), т.е.

(7)

Переход металла в вязкое состояние будет определяться его способностью сопротивляться развитию трещин. Более вязким будит тот материал, который имеет большую работу развития трещины К_р.

Существует несколько методов разделения К ни составляющие. Один из них предусматривает испытание двух одинаковых образцов, различающихся видом надреза (V и Т). Энергия удара образца с надрезом V определяется следующим образом:

(8)

Энергия удара с предварительно наведенной усталостной трещиной близка к КТ_р, так как работа удара практически целиком расходуется ни развитие уже готовой трещины.

Таким образом,

(9)

Если из равенства (8) вычтем (9), то получим величину энергии КVз, поглощённой при зарождении трещины.

(10)

Для более точного определения КV_з и КV_р предусматривается снятие осциллограмм. Осциллографическая запись диаграмм нагрузка - прогиб при испытании на ударный изгиб образцов с надрезом вида Т позволяет наглядно представить соотношение между составляющими энергии.

На рис.4 представлена типичная диаграмма нагрузка - прогиб. Если из точки максимума опустить перпендикуляр на ось абсцисс, то произойдет распределение К на составляющие. Слева от перпендикуляра - работа зарождения трещины (КV_з), справа - работа развития трещины (KV_p). Работа удара определяется площадью под кривой.

Соответственно может быть разделена и ударная вязкость.

(11)

Поскольку в изделиях, конструкциях имеются дефекты типа трещин технологического происхождения, их надежность и долговечность лучше коррелирует с величиной работы развития трещины, чем с величиной работы зарождения или полной работой удара.

4. Определение ударной вязкости конструкционных материалов. Провести испытания на ударный изгиб с целью изучения влияния исходной структуры и фазового состава сплавов на ударную вязкость.

Результаты испытаний в виде среднего из трех измерений поместить в таблицу. Проанализировать значения ударной вязкости.

1. Конструкционная сталь

а) типа 30ХГСА после закалки;

б) после закалки и отпуска в интервале отпускной хрупкости I-го и II-го рода.

2. Сталь типа 38ХС после изотермической закалки

а) в интервале ~ 420°С;

б) в интервале ~ 370°С.

3. Сталь типа стали 20

а) после нормализации;

б) после закалки;

в) после улучшения.

4. Сталь типа 05Г2, 20Г2 в литом и нормализованном состояниях.

5. Сталь типа 08Г3Н3 в нормализованном и отпущенном на 650°С,

состояниях (закалка из межкритического интервала).

6. Сплав типа ВТ-30 в закаленном и состаренном состояниях;

a) (b+w) - состоянии;

б) (b+a) - состоянии.

7. Сталь типа стали 20Л с нормальным (~ 0,025 вес.%) и повышенным (~0.05 вес.%) содержанием серы.

8. Сплавы на основе алюминия (типа Д1, Д16, В95, В96)

а) в закаленном состоянии;

б) в отожженном состоянии;

а) в перестаренном (или перегретом) состоянии.

9. Нержавеющие стали (типа 1Х18Н9Т) после закалки и отжига.