Ударная вязкость. Определение ударной вязкости. Испытания на ударную вязкость. Порог хладноломкости.
Ударная вязкость. Определение ударной вязкости.
Ударная вязкость характеризует надежность материала, его способность сопротивляться хрупкому разрушению. Испытание проводят на образцах с надрезами определенной формы и размеров. Образец устанавливают на опорах копра надрезом в сторону, противоположную удару ножа маятника,который поднимают на определенную высоту.
Механические свойства металлов. Механические свойства сталей. Механические свойства сплавов.
Твердость металлов. Твердость по Шору. Твердость по Бринеллю. Твердость по Виккерсу. Твердость по Роквеллу.
Схема испытания на ударную вязкость
а – схема маятникового копра; б – стандартный образец с надрезом; в – виды концентраторов напряжений; г – зависимость вязкости от температуры
На разрушение образца затрачивается работа:
где: Р – вес маятника, Н – высота подъема маятника до удара, h – высота подъема маятника после удара.
Характеристикой вязкости является удельная работа разрушения:
где: F0 — площадь поперечного сечения в месте надреза.
Усталостная прочность. Предел выносливости. Живучесть материалов.
Ударную выязкость обозначают KCV, KCU, KCT.
KC – символ ударной вязкости, третий символ показывает вид надреза: острый (V), с радиусом закругления (U), трещина (Т) (рисунок, позиция в).
Проводятся серийные испытания для оценки склонности металла к хладоломкости и определения критических порогов хладоломкости. Испытывают серию образцов при различных температурах и строят кривые ударная вязкость – температура ( ан – Т) (рисунок, позиция г), определяя пороги хладоломкости.
Разрушение металлов. Хрупкое разрушение. Вязкое разрушение.
Порог хладноломкости
Порог хладноломкости — температурный интервал изменения характера разрушения, является важным параметром конструкционной прочности. Чем ниже порог хладоломкости, тем менее чувствителен металл к концентраторам напряжений (резкие переходы, отверстия, риски), к скорости деформации.
Хладноломкость — склонность металла к переходу в хрупкое состояние с понижением температуры. Хладоломкими являются железо, вольфрам, цинк и другие металлы, имеющие объемноцентрированную кубическую и гексагональную плотноупакованную кристаллическую решетку.
Определение ударной вязкости полимерных материалов
Определение ударной вязкости полимерных материалов проводят в соответствии с ГОСТ 4647–80.
Для эксперимента применяют образцы в виде брусков прямоугольного сечения размерами 10±0,5×15±0,5×120±2 мм. При изготовлении образцов из листовых материалов, имеющих толщину менее 10 мм, толщина остается равной толщине листа. При изготовлении образцов из плит толщиной более 10 мм плита срезается с обеих сторон до толщины 10±0,5 мм. Размеры образцов и вид надреза показаны на рисунке 1:
Рисунок1: Вид образцов полимерного материала для испытаний на ударную вязкость
Количество образцов для испытаний – не менее пяти. Поверхность образцов не должна иметь видимых дефектов.
Испытания проводят на маятниковом копре, в котором образец свободно лежит на двух опорах. Нагрузка осуществляется при помощи маятника, производящего удар по всей ширине образца. Необходимо, чтобы плоскость качания была перпендикулярна оси образца, уложенного на опоры, и проходила в середине пролета между ними. Центр удара должен совпадать с центром тяжести маятника и лежать на середине ширины образца.
Расстояние между опорами составляет 40±0,2 мм для образцов толщиной 4±0,2 мм и 70±0,2 мм для образцов толщиной более 4 мм.
Общие потери энергии копра определяются по стрелке указателя, установленной в начальном положении, соответствующем максимальному значению шкалы.
Перед началом эксперимента определяют угол взлета маятника на холостом ходу. Для этого стрелку шкалы устанавливают в начальное положение и дают маятнику свободно падать из его верхнего положения. При правильной работе копра стрелка указателя остановится напротив нулевого положения шкалы.Образцы кондиционируют и проводят замеры толщины и ширины в средней части с точностью до 0,01мм.
Испытуемый образец укладывают на опоры так, чтобы удар пришелся по его широкой стороне. При этом образец должен полностью прилегать к стенкам опор.
Стрелку прибора опускают вниз до совпадения с максимальным значением шкалы. Поднимают маятник до верхнего исходного положения, в котором он удерживается защелкой. Затем маятник освобождают и дают ему свободно падать.
После разрушения образца маятник останавливают и по шкале производят отсчет значения работы, затраченной на разрушение образца с точностью, равной половине цены деления соответствующей шкалы копра.
Удар по образцу наносят только один раз. Если образец не разрушился, то его заменяют другим.
Ударную вязкость образца a в кДж/м2 (с надрезом или без надреза) определяют из соотношения где А – работа, затраченная на разрушение образца, Дж; S – площадь поперечного сечения образца в месте разрушения, м2.
За результат испытаний принимают среднее арифметическое значение не менее трех измерений.
Результаты испытаний заносят в протокол.
Образец протокола определения ударной вязкости
ПРОТОКОЛ № ____ от _____________
Определения ударной вязкости по ГОСТ 4647–80
- ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ МАШИНА (тип, номер, год выпуска, шкала)
- АППАРАТУРА: (тип и основные характеристики)
- МАТЕРИАЛ: (тип, марка или состав связующего, ГОСТ, дата изготовления)
- ОБРАЗЦЫ: (тип, размеры, база, количество, метод изготовления)
- УСЛОВИЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ: температура 20 °С, относительная влажность 50% в течение 24 ч.
- УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ: (температура, влажность, скорость нагружения)
- РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ:
| № п/п | Расстояние между опорами, мм | Размеры образца, мм | S, м2 | А, Дж | а, кДж/м2 | |
| h | b | |||||
| 1 | ||||||
| … | ||||||
| Среднее арифметическое значение | ||||||
| Среднее квадратическое отклонение | ||||||
| Коэффициент вариации, % | ||||||
Испытания провел:
Список литературы: Пластмассы. Метод определения ударной вязкости по Шарпи: ГОСТ 4647–80. – Взамен ГОСТ 4647–69; введ. 01.06.1981. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 1998. – 16 с.
Источник: Композиционные материалы: Лабораторный практикум, 2007 год
Дата в источнике: 2007 год
Ударная вязкость и механизм разрушения упрочненной стали при низкой температуре | Иванов
1. Солнцев Ю. П. Хладостойкие стали и сплавы: Учебник для вузов. — СПб.: Химиздат, 2005. — 480 с.
2. Бриджмен П. В. Исследование больших пластических деформаций и разрыва. — М.: Изд-во иностранной литературы, 1955. — 444 с.
3. Сегал В. М., Резников В. И., Копылов В. И. и др. Процессы пластического структурообразования металлов. — Минск: Наука и техника, 1994. — 231 с.
4. Валиев Р. З., Александров И. В. Объемные наноструктурные металлические материалы: получение, структура и свойства. — М.: Академкнига, 2007. — 398 с.5. Zhu Y. T., Jiang H., Huang J., et al. A new route to bulk nanostructured metals / Metallurgical and Materials Transactions A. 2001. Vol. 32. P. 1559 – 1562.
6. Сэстри Ш. М. Л., Добаткин С. В., Сидорова С. В. Формирование субмикрокристаллической структуры в стали 10Г2ФТ при холодном равноканальном угловом прессовании и последующем нагреве / Металлы. 2004. № 2. С. 28 – 35.
7. Лотков А. И., Гришков В. Н., Дударев Е. Ф. и др. Формирование ультрамелкозернистого состояния, мартенситные превращения и неупругие свойства никелида титана после «abc»-прессования / Вопросы материаловедения. 2008. № 1(53). С. 161 – 165.
8. Stolyarov V. V. Features of deformation behavior at rolling and tension under current in TiNi alloy / Reviews on Advanced Materials Science. 2010. Vol. 25. P. 194 – 202.
9. Li L., Virta J. Ultrahigh strength steel wires processed by severe plastic deformation for ultrafine grained microstructure / Materials Science and Technology. 2011. Vol. 27. N 5. P. 845 – 862.
10. Maier G. G., Astafurova E. G., Maier H. J., et al. Annealing behavior of ultrafine grained structure in low-carbon steel produced by equal channel angular pressing / Materials Science and Engineering A — Structural Materials Properties Microstructure and Processing. 2013. Vol. 581. N 1. P. 104 – 107.
11. Яковлева С. П., Махарова С. Н., Борисова М. З. Структура, свойства и особенности разрушения низколегированной стали в субмикрокристаллическом состоянии / Металлы. 2006. № 4. С. 71 – 78.
12. Ботвина Л. Р., Тютин М. Р., Левин В. П. и др. Особенности статического, ударного и усталостного разрушения стали 06МБФ с субмикрокристаллической структурой / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2008. Т. 74. № 1. С. 43 – 49.
13. Клевцов Г. В., Валиев Р. З., Рааб Г. И. и др. Механизм ударного разрушения стали 10 с субмикрокристаллической структурой в интервале вязко-хрупкого перехода / Деформация и разрушение материалов. 2011. № 8. С. 9 – 13.
14. Клевцов Г. В., Валиев Р. З., Клевцова Н. А. и др. Прочность и механизм разрушения нелегированной среднеуглеродистой стали с ультрамелкозернистой структурой при однократных видах нагружения / Физика металлов и металловедение. 2018. Т. 119. № 10. С. 1061 – 1069. DOI: 10.1134/S0015323018100078.
15. Прогрессивные машиностроительные технологии. Т. 1. / Под ред. А. В. Киричека. — М.: Издательский дом «Спектр», 2012. С. 230 – 262.
16. Иванов А. М., Сыромятникова А. С., Петрова Н. Д. Упрочнение интенсивной пластической деформацией и разрушение конструкционной стали / Упрочняющие технологии и покрытия. 2012. № 3. С. 39 – 42.
Ударная вязкость пластика REC по Шарпи
Многие люди знакомые с технологией 3D печати задаются вопросом, насколько прочны изделия сделанные на 3D принтере. Мы в компании REC всегда следим за потребностями наших клиентов и качеством своей продукции, поэтому постоянно совершенствуемся и развиваемся. Очень многие пользователи интересовались вопросом прочности изделий на ударную вязкость по Шарпи. Для некоторых наших клиентов этот вопрос был настолько критичен, что именно показатели прочности на ударную вязкость по Шарпи являлись определяющим фактором для применения 3D печати. Специально для Вас мы обратились в лабораторию для проведения испытаний совместно с АНО “ЦИСИС ФМТ” . В этой статье описаны испытания и их результаты определения прочностных характеристик на ударную вязкость по Шарпи. Для определения характеристик материалов были использованы измерительные приборы: Копер маятниковый серии IT тип 503 с маятником до 50 Дж (зав.№ 326394), срок действия поверки до 27.01.2018 г. Специально для испытаний мы в REC напечатали на FDM 3D-принтере образцы с V-образным надрезом с заполнением 100% и с высотой слоя в 0.2 мм, по 7 штук из каждого вида пластика. Их толщина 13 мм, ширина 13 мм, длина 165 мм. Результат стандартного метода испытаний ГОСТ 4647-2015 Пластмассы. Метод определения ударной вязкости по Шарпи. Испытание на ударный изгиб по Шарпи — испытание, при которых призматический образец, лежащий на двух опорах, подвергается удару маятникового копра, причем линия удара находится посередине между опорами и непосредственно напротив надреза у образцов с надрезом. Определяемые показатели:Итоги REC Relax
Образцы с V-образным надрезом были напечатаны на 3D-принтере с характеристиками:Итоги REC Eternal
Образцы с V-образным надрезом были напечатаны на 3D-принтере с характеристиками:Итоги REC PLA
Образцы с V-образным надрезом были напечатаны на 3D-принтере с характеристиками:Итоги REC Hips
Образцы с V-образным надрезом были напечатаны на 3D-принтере с характеристиками:Итоги REC ABS
Образцы с V-образным надрезом были напечатаны на 3D-принтере с характеристиками:Итоги REC ForMax
Образцы с V-образным надрезом были напечатаны на 3D-принтере с характеристиками:- REC Hips с показателем 198,92 кДж/м2 — Первое место
- REC Eternal с показателем 197,06 кДж/м2 — Второе место
- REC ABS с показателем 180,14 кДж/м2 — Третье место
- REC ForMax с показателем 141,52 кДж/м2
- REC PLA с показателем 5,62 кДж/м2
- REC Relax с показателем 4,17 кДж/м2
Выбор полиамида по показателю ударной вязкости
Выбор полиамида по показателю ударной вязкости
Под понятием ударной вязкости подразумевается способность определенного материала (в нашем случае — полиамида) поглощать энергию механического характера. В это же время происходит деформация данного материала или же полное его разрушение в результате влияния ударной нагрузки. В отличие от других понятий, ударная вязкость подразумевает достаточно высокий показатель выделения энергии. За счет этого материал быстрее поглощает энергию и весь процесс происходит в короткие сроки.Как правило, принято оценивать работу до разрушения или же деформации того образца материала, который происходит испытание. Обязательно в данном случае учитывается уровень ударной нагрузки по отношению к площади сечения непосредственно в том месте, на которое приходится максимальное количество энергии.
Методы лабораторного типа, которые существуют на сегодняшний день, могут отличаться некоторыми параметрами. К основным отличиям можно отнести следующие моменты:
- Как образец материала закрепляется на стенде, на котором он будет проходить испытание.
- Каким образом будет прикладываться к образцу нагрузка. Это может быть молот или же гиря, которая падает на материал, а также другие варианты.
- Есть ли в месте нагрузки надрез или же он отсутствует.
В том случае, если будет проводиться испытание, в котором на материале не делается надрез, подбирать необходимо лист материала, который будет иметь одинаковую толщину вне зависимости от его участка. Если же испытание проводится с надрезом, то на выбранном листе материала делается небольшая канавка. Делается она, как правило, на обратной от места удара стороне. Ее глубина не должна превышать больше половины толщины листа, а длина при этом должна быть на весь лист. Разница в результатах в зависимости от выбранного метода может достаточно сильно отличаться между собой.
Стоит отметить, что на сегодняшний день есть несколько разных способов проверить показатель ударопрочности материала. К основным относят испытания по Гарднеру, Шарпи и Изоду.Ударная вязкость по Шарпи с надрезом типа для полиамида 12 и композиций на основе ПА 12 (ОСТ 6-06-425-92) не менее 5,0 кДж/м2.
ИССЛЕДОВАНИЕ УДАРНОЙ ВЯЗКОСТИ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ И СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, ЭКСПЛУАТИРУЮЩИХСЯ В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА | Опубликовать статью ВАК, elibrary (НЭБ)
Санников И.И.1, Коврова Д.Ф.2, Устинов Е.П.3
1инженер, 2заведующий кафедрой, 3преподаватель, Кафедра технических дисциплин Колледж технологий Технологический институт ФГАОУ ВПО Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова
ИССЛЕДОВАНИЕ УДАРНОЙ ВЯЗКОСТИ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ И СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, ЭКСПЛУАТИРУЮЩИХСЯ В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА
Аннотация
В данной статье приведены результаты испытаний на ударную вязкость конструкционных сталей используемых в металлоконструкциях в условиях Крайнего Севера.
Ключевые слова: ударная вязкость, металлоконструкция, Крайний Север.
Sannikov I.I., Kovrova D.F., Ustinov E.P.
1engineer, 2head of the department, 3teacher, North-Eastern Federal University in Yakutsk, Institute of Technology,College of Technologies, Chair of technological disciplines
RESEARCH OF IMPACT STRENGTH CONSTRUCTIONAL STEEL AND THE WELDED JOINTS WHICH ARE OPERATED IN THE CONDITIONS OF FAR NORTH
Abstract
Results of tests for impact resistance constructional staly used in a metalwork in the conditions of Far North are given in this article.
Keywords: impact resistance, metalwork, Far North.
Введение
Проблема оценки надежности и ресурса металлоконструкций, работающих в условиях низких климатических температур, на сегодняшний момент является наиболее актуальной задачей обеспечения техногенной безопасности сложных технических систем. Для металлоконструкций, эксплуатирующихся в условиях низких климатических температур, одним из основных требований является обеспечение хладостойкости материала. Обеспечение достаточной хладостойкости означает предотвращение хрупких разрушений элементов конструкций при нагрузках, существенно ниже расчетных.
Для сварных конструкций, эксплуатирующихся в условиях низких климатических температур, одной из определяющих характеристик материала является ударная вязкость. Так как ударная вязкость является одним из параметров, характеризующих хладноломкость металлов и сплавов, его способность сопротивлению хрупкому разрушению. Определение ударной вязкости особенно важно для металлов, которые работают при низких температурах и выявляют склонность к хладноломкости, то есть к снижению ударной вязкости при понижении температуры эксплуатации.
В данной статье приведены результаты испытаний на ударную вязкость конструкционных сталей используемых в металлоконструкциях.
Методика проведения исследований
Для изготовления образцов на ударные испытания, были подготовлены сварные пробы из новой листовой стали 09Г2С толщиной 6 мм. Сварка листовых проб производилась ручным дуговым способом с помощью сварочного источника ФЭБ-315 «МАГМА». Для сварки использовался сварочный электрод марки LB-52U Ø3,2 мм для корневого шва, для облицовочного шва электрод Ø4 мм. Результат спектрального анализа химического состава приведен в таблице 1.
Вторая партия образцов были изготовлены из трубы Ø720 толщиной стенки 8 мм из стали 13Г1С-У. Кольцевые сварные швы проб получены ручной дуговой сваркой покрытыми электродами: для корневого шва – электрод марки LB-52U ø2,6 мм и для заполняющего и облицовочного шва электрод OK74 ø3,2 мм. Результат спектрального анализа химического состава приведен в таблице 1.
Третья группа образцов была изготовлена из рамы карьерного автосамосвала БелАЗ-756306. Химический состав в % соотношении представлен в таблице 3.
Примерная марка образца по химическому составу пробы соответствует стали марки 15ХСНД (ГОСТ 5758-82).
Таблица 1 – Химический анализ состава сталей
Для определения ударной вязкости сварных соединений были изготовлены образцы в областях металла шва (МШ), зоны термического влияния (ЗТВ) и основного металла (ОМ) (Рис. 1). Испытания проводили при температурах +20 ºС, -20 ºС, -40 ºС, -60 ºС, на инструментированном маятниковом копре «Amsler RKP450» соответствующая требованиям ГОСТ 10708-82 (Рис. 2). Для проведение испытаний в отрицательном диапазоне температур копер Zwick/Roell RKP450 оснащен криогенной камерой фирмы Lauda, позволяющей достигать температуры −80 °С. И оснащен станком CNB34-001A1 для нанесения надреза на образцах для ударных испытаний по Шарпи и Манеже.
Рис. 1 – Схема вырезки образцов основного металла, металла шва и ЗТВ.
Рис. 2 – Инструментированный маятниковый копер «Amsler RKP450»
Результаты испытаний
По результатам испытаний на ударный изгиб был составлен график зависимости ударной вязкости от температуры (Рис. 3, 4, 6).
Рис. 3 – График зависимости ударной вязкости от температуры основного металла, сварного шва и зоны термического влияния стали 09Г2С с V-образным надрезом.
Рис.4 – График зависимости ударной вязкости от температуры основного металла, сварного шва и зоны термического влияния стали 13Г1С-У с V-образным надрезом.
Рис. 5 – График зависимости ударной вязкости от температуры основного металла, сварного шва и зоны термического влияния стали 15ХСНД с U-образным надрезом.
Вывод
- По результатам испытаний образцов с V-образным надрезом наименьшее значение ударной вязкости обнаружена в металле шва и зоне термического влияния стали 09Г2С, так в металле шва ударная вязкость составляет 28 Дж/см2 при температуре -60 оС и в ЗТВ 20 Дж/см2 при температуре -40 оС и 16 Дж/см2 при температуре -60 оС.
- Основной металл и зона термического влияния стали 13Г1С-У вплоть до температуры испытания -60°С сохраняет высокие значения ударной вязкости.
Литература
- Аммосов А.П., Аммосов Г.С. Вязкость разрушения в оценке распространения хрупкой трешины в стальных конструкциях при пониженной температуре/ Сварочное производство. 2008. №6. С 3-9.
- Ботвина Л.Р. Разрушение: кинетика, механизмы, общие закономерности. Москва; Издательство «Наука», 2008. 333 с.
References
- Ammosov A.P., Ammosov G.S. Vjazkost’ razrushenija v ocenke rasprostranenija hrupkoj treshiny v stal’nyh konstrukcijah pri ponizhennoj temperature/ Svarochnoe proizvodstvo. 2008. №6. S 3-9.
- Botvina L.R. Razrushenie: kinetika, mehanizmy, obshhie zakonomernosti. Moskva; Izdatel’stvo «Nauka», 2008. 333 s.
|
|
| ||||
Что такое ударная вязкость? — Matmatch
Ударная вязкость — также называемая ударной вязкостью — это количество энергии, которое материал может выдержать, когда к нему внезапно прикладывается указанная нагрузка. Его также можно определить как пороговое значение силы на единицу площади перед разрушением материала [1].
Прочность материалов может быть определена разными способами, и некоторые из наиболее распространенных параметров включают предел прочности на разрыв, предел текучести и предел ползучести. Эти прочностные свойства материала предполагают постепенное приложение силы до тех пор, пока материал не сломается или не начнет деформироваться.
Напротив, ударная вязкость предполагает приложение силы за считанные миллисекунды или меньше. Практически мгновенное выполнение нагрузки заставляет материал поглощать энергию. Когда количество энергии превышает то, что он может вместить, материал подвергается трещинам, разрыву или повреждению. В этом случае можно сказать, что ударная вязкость материала превышена.
Общее заблуждение состоит в том, что материалы с высокой ударной вязкостью также обладают высокой степенью твердости; однако это не всегда так.Фактически, к конкретному материалу могут быть добавлены модификатор ударной вязкости или определенные волокнистые наполнители, позволяющие последнему иметь повышенную способность поглощать избыточную энергию и предотвращать разрыв.
Некоторые из факторов, влияющих на ударную вязкость, включают [1]:
- температура: ударная вязкость увеличивается с повышением температуры.
- Толщина материала: увеличение толщины снижает ударную вязкость. Радиус надреза
- : меньший радиус вершины надреза снижает ударную вязкость.
Между тем, к другим внутренним факторам, определяющим ударопрочность материала, относятся морфология, при которой ударная вязкость обратно пропорциональна кристалличности материала и количеству пустот, и молекулярная масса, где более высокая молекулярная масса увеличивает ударопрочность материала [2] .
Когда ударная нагрузка превышает ударную вязкость, материал может иметь любой из следующих типов повреждений [3]:
- хрупкое разрушение
- слабое растрескивание
- пластичный излом
Как измеряется ударная вязкость?
Ударную вязкость или ударную вязкость материала можно измерить с помощью любого из следующих испытаний:
Испытание на удар по Шарпи
В испытании на удар по Шарпи используется маятник, прикрепленный к предварительно откалиброванному датчику энергии [4].Образец материала выполнен в форме стержня с небольшой V- или U-образной выемкой посередине.
Для проведения эксперимента рычаг маятника устанавливают в определенное положение, соответствующее настройке энергии. Плечо отпускается, и его ударный конец попадает в центр образца. Ударная вязкость материала определяется количеством энергии, необходимой для разрушения или разрушения образца [5].
Тест Изода
Этот вид испытания на удар похож на испытание Шарпи в том смысле, что в нем также используется молоток, прикрепленный к маятниковому рычагу, для удара по изготовленному на заказ стержня образца и измерения энергии, необходимой для его разрушения.
Основное различие между тестом Изода и тестом Шарпи заключается в ориентации образца в измерительном оборудовании. В то время как образец устанавливается горизонтально при испытании на удар по Шарпи, при испытании Изода исследуется вертикально расположенный образец с V-образным надрезом. Здесь маятниковый молоток ударяет по верхнему концу образца с надрезом [6].
Другие различия включают размер образца, направление поверхности надреза, тип молотка и тип испытуемого материала. При испытании по Шарпи исследуются металлические образцы с вырезом, направленным в сторону от ударного молотка.С другой стороны, тест Изода используется для испытания относительно более длинных металлических или пластмассовых образцов с выемкой, направленной в сторону сельскохозяйственного молотка [6].
Ударная вязкость материалов
Как правило, материалы с высоким пределом текучести и низким модулем упругости имеют тенденцию проявлять высокую ударную вязкость.
Вот некоторые материалы и их ударная вязкость:
Области применения, где важна ударная вязкость
Поскольку ударная вязкость обозначает переход материала из хрупкого в пластичное [1], этот параметр имеет значение для следующих отраслей и областей применения:
- Промышленные пластмассы: Полимеры и пластмассы обычно обладают более высокой ударной вязкостью, чем другие твердые материалы.Знание ударной вязкости пластмасс позволяет производителям классифицировать материалы для конкретных целей, такие как полиамиды и полиэтилен.
- Погодостойкость строительных конструкций: Материалы, используемые в мостах и зданиях, должны иметь высокую ударопрочность по отношению к погодным условиям и элементам. Внезапная океанская волна или сильная сейсмическая активность могут ударить по конструкции и потенциально повредить ее, если ударная вязкость не будет определена до начала строительства.
Измерение прочности металлов (предел прочности при растяжении и ударной вязкости) | Металл Супермаркеты
При выборе металла для конкретного проекта одним из наиболее важных факторов, особенно когда речь идет о конструкционных применениях, является прочность на разрыв и ударная вязкость.Знание этих механических свойств и способов их оценки важно для выбора правильного металла для вашего проекта.
Что такое предел прочности при растяжении?
Прочность на растяжение — это величина, которая указывает на способность металла сопротивляться деформации и разрушению при приложении нагрузок, разрывающих его (известных как растягивающие нагрузки). Предел прочности на растяжение обычно измеряется в фунтах на квадратный дюйм (PSI) или паскалях (Па).
Существует 3 различных типа прочности на разрыв:
- Предел текучести при растяжении
- Предел прочности на разрыв
- Предел прочности на разрыв
Предел текучести — это прочность металла до того, как он начнет пластически деформироваться.Предел прочности на разрыв — это максимальный предел прочности металла, который обычно определяется после начала пластической деформации. Предел прочности на разрыв — это прочность металла в точке окончательного разрушения.
Испытания на прочность при растяжении
Машина для испытания на растяжение требуется для надлежащего испытания материала на разрыв. Эта машина состоит из двух наборов губок, блока управления и цилиндров, которые создают силу растягивающей нагрузки.
Для проведения испытания в зажимы загружается металлический образец.В большинстве случаев металл обрабатывают таким образом, чтобы он был толще в месте зажима губками, чем в центре. Это помогает гарантировать, что перелом не произойдет в челюстях и не будет результатом концентрации напряжения от челюстей. Цилиндры активируются с помощью блока управления, и один или оба набора губок начинают удаляться друг от друга, что создает растягивающее напряжение на металле. Как только материал достигает точки разрушения, из блока управления извлекаются данные о том, сколько силы было применено.Затем данные о силе используются вместе с площадью поперечного сечения металла для расчета силы по единице площади, такой как фунт / кв. Дюйм или Па. Результаты испытания на растяжение могут быть отображены на кривой зависимости напряжения от деформации.
Прочность на растяжение — это такое часто документируемое механическое свойство, потому что многие металлы должны испытывать растягивающую нагрузку в течение своего срока службы. Некоторые практические примеры, в которых прочность на растяжение является важным фактором, включают цепи для подъема или буксировки, крепежные детали при затягивании или конструкционные металлы в небоскребе, когда ветер прикладывает силу к зданию.
Что такое ударная вязкость?
Ударная вязкость — это способность металла поглощать энергию столкновения, сопротивляясь растрескиванию или растрескиванию. Ударная вязкость также известна как ударная вязкость и обычно выражается в фут-фунтах (фут-фунт-сила) или джоулях на метр (Дж / м).
Испытания на ударную вязкость
Есть несколько способов проверить ударную вязкость. Одним из наиболее широко используемых тестов является тест Шарпи с V-образным надрезом. Чтобы выполнить испытание с V-образным надрезом по Шарпи, металлический образец обрабатывается до размера, определенного стандартом, и имеет прецизионный надрез в центре.Это действует как геометрический концентратор напряжений, так что материал будет разрушаться в желаемом месте во время испытания. Крайне важно, чтобы эта выемка была обработана с максимальной точностью, поскольку она очень важна для получения точных результатов испытаний.
Затем образец металла загружают в тестер Шарпи с V-образным надрезом. Тестер Шарпи с V-образным надрезом состоит из тисков для образца и маятника с известным весом в горизонтальном положении. Во время испытания маятник освобождается, и регистрируется энергия, поглощаемая металлом, когда маятник ударяется и деформирует его.Затем количество поглощенной энергии используется со значениями размеров металла для расчета ударной вязкости металла. Это испытание часто проводится при нескольких различных температурах, поскольку температура может иметь большое влияние на ударную вязкость металла. Альтернативным испытанием для определения ударной вязкости является испытание на ударную вязкость по Изоду.
Ударная вязкость — такое важное механическое свойство, которое необходимо знать, потому что металлы подвергаются столкновениям и ударам — даже если они не запланированы — во многих областях применения.Повседневные примеры ударных нагрузок, применяемых к металлам, включают удар головки молотка о предмет, штамповочные штампы и долота.
Metal Supermarkets — крупнейший в мире поставщик мелкосерийного металла с более чем 85 обычными магазинами в США, Канаде и Великобритании. Мы являемся экспертами по металлу и обеспечиваем качественное обслуживание клиентов и продукцию с 1985 года.
В Metal Supermarkets мы поставляем широкий ассортимент металлов для различных областей применения. В нашем ассортименте: нержавеющая сталь, легированная сталь, оцинкованная сталь, инструментальная сталь, алюминий, латунь, бронза и медь.
Наша горячекатаная и холоднокатаная сталь доступна в широком диапазоне форм, включая пруток, трубы, листы и пластины. Мы можем разрезать металл в точном соответствии с вашими требованиями.
Посетите одно из наших 80+ офисов в Северной Америке сегодня.
Ударная вязкость пластмасс: испытание на удар по Изоду с надрезом
Прочность пластика измеряется по его сопротивлению ударам . Это способность материала противостоять как разрушению, так и деформации. Один из распространенных способов обсуждения ударной вязкости полимера — это исследование области под кривой зависимости напряжения от деформации для конкретного полимера.
В целом, «твердость», «твердость» и «прочность» используются аналогично, но в материаловедении они представляют собой три различных свойства, но также имеют некоторое перекрытие. Вот основные отличия:
- Твердость — это то, насколько хорошо материал удерживается вместе при приложении трения
- Прочность — это сила, необходимая для деформации материала. Он говорит нам о величине нагрузки, которую может выдержать материал
- Прочность — это способность материала сопротивляться разрушению при приложении силы
Вязкость — это сочетание прочности и пластичности
Чтобы быть прочным, материал должен обладать как достаточно хорошей прочностью, так и пластичностью, чтобы противостоять растрескиванию и деформации при ударной нагрузке.
Испытание на удар означает ударную вязкость или ударную вязкость материала, который представляет собой способность материала поглощать энергию во время пластической деформации . Это поглощение энергии напрямую связано с хрупкостью материала. Результаты испытаний на удар выражаются в следующих единицах:
- Количество поглощенной энергии (Нм) или
- Количество энергии, поглощенной на единицу площади поперечного сечения (Нм / см 2 )
Приложения включают:
- Мера энергии, необходимой для растрескивания материала
- Экранные материалы для ударных выработок
- Определение использования материалов в автомобильной промышленности
Узнайте больше о прочности:
»Как рассчитать ударную вязкость пластика
»Значения ударной вязкости некоторых пластмасс
Как измерить ударную вязкость полимера?
Поглощение энергии или ударная вязкость материала измеряется различными методами, и двумя наиболее часто используемыми методами являются: тест по Изоду и тест Шарпи .
Два метода основаны на общем принципе приложения нагрузки с высокой скоростью и измерения количества энергии, поглощенной (кг / м или Джоуль) при разрушении образца в результате удара. Тем не менее, эти два метода также имеют некоторое различие с точки зрения:
- Размер и форма образца,
- Способ хранения пробы и
- Максимальное энергосодержание маятника, который ударяется об образец во время испытания
| Испытание на ударную вязкость | Образец | Холдинг |
| Изод | Удерживается вертикально на опоре как консоль | Консольный тип и выемка обращены к маятнику |
| Шарпи | Удерживается горизонтально на опоре в виде балки с опорой | Тип с простой опорой, выемка находится на противоположной стороне от удара маятника (не обращена к маятнику) |
Поскольку большинство инженерных компонентов неизменно проектируются с надрезом и концентраторами напряжений, поэтому важно знать поведение материала с надрезом при ударной нагрузке.
- Следовательно, испытание на ударную вязкость обычно проводится с использованием образца с надрезом.
- Более того, образцы без надреза могут также использоваться для испытания на ударную вязкость, и результаты выражаются соответствующим образом.
Эти испытания можно использовать в качестве быстрой и простой проверки качества, чтобы определить, соответствует ли материал определенным ударным свойствам, или для сравнения материалов на общую ударную вязкость.
Значения ударной вязкости не используются напрямую для целей проектирования, а только указывают на способность материала выдерживать ударную / ударную нагрузку.Эти испытания полезны для сравнения стойкости к ударным нагрузкам различных материалов или одного и того же материала в различных условиях обработки, таких как термообработка, процедура, механическая обработка и т. Д.
Прочность полимеров или сопротивление удару зависит от:
- Молекулярная структура,
- температура окружающей среды и
- тип приложения напряжений
Необходимо учитывать случай, когда гибкость соотносится с ударной вязкостью, но, как правило, более эластичный характер дает более высокое удлинение при разрыве и лучшие значения ударопрочности, хотя такие материалы будут иметь более низкую жесткость .
Факторы, влияющие на ударную вязкость пластмасс
» Степень кристалличности — Чем выше кристалличность, тем тверже полимер
» Температура — Изменение поведения при температуре перехода между пластичным и хрупким состояниями
» Разветвления с длинной цепью — Разветвления с длинными цепями могут повысить прочность полимера
Значения ударной вязкости некоторых пластмасс
Мы выбрали Испытание на ударную вязкость по Изоду с надрезом , проведенное при комнатной температуре (23 ° C для ISO и 73 ° F для ASTM) для различных полимеров.Как обсуждалось выше, он измеряет энергию, которая должна быть приложена к стандартизированному образцу с надрезом для его разрушения.
Результат испытания Изода выражается в энергии, потерянной во время удара на единицу толщины образца (например, фут-фунт / дюйм или Дж / см) в надрезе. Результаты испытаний, особенно в Европе, могут быть представлены в виде потерь энергии на единицу площади поперечного сечения на выемке (Дж / м 2 или фут-фунт / дюйм 2 ).
Методы испытаний, используемые для измерения ударной вязкости по Изоду с надрезом (или чувствительности к надрезам) в пластмассах: ASTM D256 и ISO 180 .
Найдите товарные марки, соответствующие вашей цели, с помощью фильтра « Property Search — Izod Impact, Notched » в базе данных Omnexus Plastics:
Щелкните, чтобы найти полимер, который вы ищете:
A-C | E-M | PA-PC | PE-PL | ПМ-ПП | PS-X
| Название полимера | Мин. Значение (Дж / м 2 ) | Макс.значение (Дж / м 2 ) |
| ABS — Акрилонитрилбутадиенстирол | 200.0 | 215,0 |
| Огнестойкий ABS | 70,0 | 350,0 |
| ABS High Heat | 100,0 | 350,0 |
| Противоударный АБС | 300,0 | 500,0 |
| Смесь АБС / ПК — Смесь акрилонитрилбутадиенстирола / поликарбоната | 400,0 | 600,0 |
| Смесь АБС / ПК, 20% стекловолокна | 73,0 | 76.0 |
| ABS / PC огнестойкий | 250,0 | 700,0 |
| ASA — Акрилонитрилстиролакрилат | 100,0 | 600,0 |
| Смесь ASA / PC — Смесь акрилонитрил-стиролакрилата / поликарбоната | 600,0 | 700,0 |
| Смесь ASA / PC — огнестойкий | 400,0 | 500,0 |
| Смесь ASA / PVC — Смесь акрилонитрил-стиролакрилата / поливинилхлорида | 300.0 | 600,0 |
| CA — Ацетат целлюлозы | 50,0 | 400,0 |
| CAB — бутират ацетата целлюлозы | 50,0 | 500,0 |
| CP — пропионат целлюлозы | 25,0 | 999,0 |
| ХПВХ — хлорированный поливинилхлорид | 50,0 | 250,0 |
| ETFE — этилентетрафторэтилен | 999.0 | 999,0 |
| EVA — этиленвинилацетат | 999,0 | 999,0 |
| EVOH — Этиленвиниловый спирт | 50,0 | 90,0 |
| FEP — фторированный этиленпропилен | 999,0 | 999,0 |
| HDPE — полиэтилен высокой плотности | 20,0 | 220,0 |
| HIPS — ударопрочный полистирол | 50.0 | 350,0 |
| HIPS огнестойкий V0 | 100,0 | 150,0 |
| Иономер (сополимер этилена и метилакрилата) | 500,0 | 999,0 |
| LCP — Жидкокристаллический полимер | 70,0 | 450,0 |
| LCP, армированный углеродным волокном | 70,0 | 100,0 |
| LCP Армированный стекловолокном | 80.0 | 300,0 |
| LCP Минеральное наполнение | 50,0 | 600,0 |
| LDPE — полиэтилен низкой плотности | 999,0 | 999,0 |
| ЛПЭНП — линейный полиэтилен низкой плотности | 54,0 | 999,0 |
| MABS — Прозрачный акрилонитрилбутадиенстирол | 60,0 | 100,0 |
| PA 46 — Полиамид 46 | 30.0 | 250,0 |
| PA 46, 30% стекловолокно | 145,0 | 155,0 |
| PA 6 — Полиамид 6 | 50,0 | 160,0 |
| PA 6-10 — Полиамид 6-10 | 70,0 | 999,0 |
| PA 66 — Полиамид 6-6 | 50,0 | 150,0 |
| PA 66, 30% стекловолокно | 130,0 | 160,0 |
| PA 66, 30% Минеральное наполнение | 40.0 | 200,0 |
| PA 66, ударно-модифицированный, 15-30% стекловолокна | 150,0 | 270,0 |
| PA 66 — Полиамид 6-6 | 70,0 | 999,0 |
| PAI — Полиамид-имид | 100,0 | 150,0 |
| PAI, 30% стекловолокно | 70,0 | 80,0 |
| PAI, низкое трение | 50,0 | 80,0 |
| PAN — Полиакрилонитрил | 130.0 | 480,0 |
| PAR — Полиарилат | 70,0 | 290,0 |
| PARA (Полиариламид), 30-60% стекловолокна | 70,0 | 120,0 |
| PBT — полибутилентерефталат | 27,0 | 999,0 |
| PBT, 30% стекловолокно | 50,0 | 90,0 |
| ПК (поликарбонат) 20-40% стекловолокно | 90,0 | 200.0 |
| ПК (поликарбонат) 20-40% стекловолокно огнестойкое | 90,0 | 110,0 |
| ПК — Поликарбонат, жаростойкий | 80,0 | 650,0 |
| Смесь ПК / ПБТ — Смесь поликарбоната / полибутилентерефталата | 50,0 | 960,0 |
| Смесь ПК / ПБТ со стеклянным наполнением | 90,0 | 190,0 |
| PCTFE — Полимонохлортрифторэтилен | 130.0 | 250,0 |
| PE — Полиэтилен 30% стекловолокно | 60,0 | 80,0 |
| PEEK — Полиэфирэфиркетон | 80,0 | 94,0 |
| PEEK, армированный 30% углеродным волокном | 85,0 | 120,0 |
| PEEK, армированный стекловолокном, 30% | 95,0 | 130,0 |
| PEI — Полиэфиримид | 50,0 | 60.0 |
| PEI, 30% армированный стекловолокном | 90,0 | 100,0 |
| PEI, минеральное наполнение | 40,0 | 60,0 |
| PESU — Полиэфирсульфон | 70,0 | 100,0 |
| PESU 10-30% стекловолокно | 55,0 | 90,0 |
| ПЭТ — полиэтилентерефталат | 140,0 | 140,0 |
| ПЭТ, 30% армированный стекловолокном | 70.0 | 130,0 |
| ПЭТ, 30/35% армированный стекловолокном, модифицированный при ударе | 100,0 | 230,0 |
| PETG — полиэтилентерефталат гликоль | 50,00 | 50,00 |
| PFA — перфторалкокси | 10,0 | 35,0 |
| PI — Полиимид | 60,0 | 112,0 |
| PMMA — Полиметилметакрилат / акрил | 10.0 | 25,0 |
| PMMA (акрил) High Heat | 10,0 | 25,0 |
| ПММА (акрил) с модифицированным ударным воздействием | 20,0 | 130,0 |
| PMP — Полиметилпентен | 100,0 | 150,0 |
| PMP, армированный 30% стекловолокном | 30,0 | 80,0 |
| PMP Минеральное наполнение | 30,0 | 80,0 |
| ПОМ — Полиоксиметилен (Ацеталь) | 60.0 | 120,0 |
| ПОМ (Ацеталь) с модифицированным ударным воздействием | 90,0 | 250,0 |
| ПОМ (Ацеталь) с низким коэффициентом трения | 10,00 | 70,00 |
| ПОМ (Ацеталь) Минеральное наполнение | 25,0 | 60,0 |
| PP — полипропилен 10-20% стекловолокно | 50,0 | 145,0 |
| ПП, 10-40% минерального наполнителя | 38.0 | 110,0 |
| ПП, наполненный тальком 10-40% | 30,0 | 200,0 |
| PP, 30-40% армированный стекловолокном | 45,0 | 160,0 |
| Сополимер PP (полипропилен) | 60,0 | 500,0 |
| Гомополимер PP (полипропилен) | 20,0 | 60,0 |
| ПП, модифицированный при ударе | 110,0 | 999.0 |
| PPA — полифталамид | 960,0 | 1065,0 |
| PPE — Полифениленовый эфир | 130,0 | 300,0 |
| СИЗ, 30% армированные стекловолокном | 90,0 | 130,0 |
| СИЗ, огнестойкий | 200,0 | 300,0 |
| СИЗ, модифицированные при ударе | 150,0 | 400,0 |
| СИЗ с минеральным наполнителем | 150.0 | 200,0 |
| PPS — полифениленсульфид | 5,0 | 25,0 |
| PPS, армированный стекловолокном на 20-30% | 35,0 | 100,0 |
| PPS, армированный 40% стекловолокном | 60,0 | 100,0 |
| PPS, проводящий | 40,0 | 80,0 |
| PPS, стекловолокно и минеральное наполнение | 25,0 | 70.0 |
| PPSU — полифениленсульфон | 133,0 | 690,0 |
| ПС (полистирол) 30% стекловолокно | 11,0 | 150,0 |
| ПС (полистирол) Кристалл | 20,0 | 25,0 |
| PS, высокая температура | 20,0 | 25,0 |
| PSU — полисульфон | 60,0 | 100,0 |
| Блок питания, 30% армированный стекловолокном | 55.0 | 90,0 |
| PSU Минеральное наполнение | 35,0 | 55,0 |
| PTFE — политетрафторэтилен | 160,0 | 200,0 |
| ПТФЭ, армированный стекловолокном на 25% | 150,0 | 150,0 |
| ПВХ (поливинилхлорид), армированный 20% стекловолокном | 50,0 | 100,0 |
| Жесткий ПВХ | 20,0 | 110.0 |
| ПВДХ — поливинилиденхлорид | 20,0 | 50,0 |
| PVDF — поливинилиденфторид | 130,0 | 400,0 |
| SAN — Стиролакрилонитрил | 20,0 | 30,0 |
| SAN, армированный стекловолокном на 20% | 50,0 | 150,0 |
| SMA — малеиновый ангидрид стирола | 20,0 | 100.0 |
| SMA, армированный стекловолокном на 20% | 100,0 | 140,0 |
| SMA, огнестойкий V0 | 40,0 | 70,0 |
| SMMA — метилметакрилат стирола | 18,0 | 160,0 |
| SRP — Самоупрочняющийся полифенилен | 43,0 | 59,0 |
| UHMWPE — сверхвысокомолекулярный полиэтилен | 999.0 | 999,0 |
| XLPE — сшитый полиэтилен | 10,0 | 220,0 |
Найдите товарные марки, соответствующие вашей цели, используя фильтр « Property Search — Izod Impact, Notched » в базе данных Omnexus Plastics:
Испытания на удар
Обычная последовательность испытаний следующая: после подготовки и температурного кондиционирования образца проводится первоначальное испытание падающим грузом при температуре испытания, которая, по оценкам, близка к температуре неразрушающего контроля.В зависимости от результатов первого испытания испытания других образцов проводятся с подходящими интервалами температур, чтобы установить пределы в пределах 10 ° F (5 ° C) для прочности на разрыв и отсутствие разрывов. Повторное испытание при самой низкой температуре без разрывов в серии проводится для подтверждения безотказной работы при этой температуре.
В 1984 году метод наложения сварного шва, инициирующего образование трещин, был изменен с двухпроходной на нынешнюю однопроходную процедуру, и практика ремонтно-сварочных работ на сварном шве, инициирующего образование трещин, была запрещена.Для сталей, на свойства которых влияет отпуск или которые чувствительны к отпускному охрупчиванию, температура перехода от нулевой пластичности (NDT), полученная с использованием однопроходного сварного шва для начала образования трещин, может не совпадать с температурой, полученной с использованием предыдущего двухпроходного устройства для запуска сварного шва, или когда был отремонтирован валик стартера трещин.
Переход прочности на излом ферритных сталей, используемых в состоянии с надрезом, сильно зависит от температуры. Для данной «низкой» температуры размер и острота дефекта (надреза) определяет уровень напряжения, необходимый для инициирования хрупкого разрушения.Значение этого метода испытаний связано с установлением той температуры, определяемой здесь как температура неразрушающего контроля, при которой кривая зарождения «мелких дефектов» падает до номинальных уровней напряжения текучести при понижении температуры.
Интерпретации других условий, необходимых для инициирования разрушения, могут быть сделаны с использованием обобщенного размера дефекта, температуры напряжения. Диаграмма была получена в результате большого количества тестов, как испытаний на инициирование разрушения, так и на остановку разрушения, которые коррелировали с температурой неразрушающего контроля, установленной испытанием падающим грузом.Подтверждение концепции неразрушающего контроля было подтверждено корреляцией с многочисленными сбоями в обслуживании, возникающими на судах, сосудах высокого давления, компонентах оборудования, кованой и литой стали. Полную информацию о ASTM E208 см. На сайте www.astm.org
Impact Test
Испытание на удар используется для наблюдения за механикой, которую будет проявлять материал при ударной нагрузке, которая вызывает немедленную деформацию, разрушение или разрыв полностью. Для проведения этого испытания образец помещается в зажимное приспособление, геометрия и ориентация которого определяется типом используемого испытания, а затем известный груз обычно, но не всегда в форме маятника, снимается с известной высоты, чтобы сталкивается с образцом с внезапной силой.Это столкновение между массой и образцом обычно приводит к разрушению образца, но передача энергии между ними используется для определения механики разрушения материала.
Цель испытания на удар:
Цель испытания на удар — определить способность материала поглощать энергию во время столкновения. Эта энергия может использоваться для определения ударной вязкости, сопротивления разрушению, ударопрочности или сопротивления разрушению материала в зависимости от проведенного испытания и характеристики, которая должна быть определена.Эти значения важны для выбора материалов, которые будут использоваться в приложениях, где требуется, чтобы материал подвергался очень быстрым процессам нагрузки, например, при столкновениях транспортных средств.
Типы испытаний на удар:
Для испытания на одиночный удар тремя наиболее популярными типами испытаний являются испытание Шарпи с V-образным надрезом, испытание Изода и испытание на удар при растяжении. Все эти три испытания по существу определяют одни и те же характеристики материала, но различаются ориентацией испытательного образца, что приводит к тому, что образец подвергается напряжению в разных направлениях и включает в себя известный вес, снимаемый с известной высоты и сталкивающийся с образцом в его испытательном приспособлении.Все эти тесты полезны для определения механики удара испытуемого образца.
Типы материалов для испытаний на удар:
Испытания на удар могут быть полезны практически для всех материалов, но наиболее часто используются металлы, пластмассы, древесина, композиты, керамика и полимеры. Обычно эти материалы имеют форму листов различной толщины или коротких стержней в зависимости от испытания. Однако в зависимости от типа испытания, скорости нагружения и температуры образца большинство материалов будет испытывать вязкое или хрупкое разрушение.Хрупкое разрушение материала требует небольшого количества энергии, чтобы начать трещину или вызвать ее рост до разрушения образца. С другой стороны, вязкое разрушение материала требует гораздо более высокой нагрузки, чтобы инициировать и распространять трещину до разрушения.
Избранные стандарты испытаний
Избранные области применения
Влияние ударной вязкости
Использование присадочных металлов, обеспечивающих надлежащую ударную вязкость, особенно важно для защиты от растрескивания или катастрофического разрушения сварных швов в определенных областях применения.
При выборе присадочного металла критически важно найти те, которые обладают подходящими механическими и химическими свойствами. Правильные свойства не только обеспечивают надлежащую прочность сварного шва, но также могут помочь предотвратить дорогостоящие осложнения. В приложениях, которые выдерживают быструю или циклическую нагрузку, испытывают экстремальные рабочие температуры или подвержены другим стрессовым факторам, которые угрожают целостности особенно важна сварка — например, сейсмическая активность — с использованием присадочного металла, обеспечивающего надлежащую ударную вязкость.В частности, эти присадочные металлы могут быть полезны для высокопрочных низколегированных материалов, а также для некоторых видов низкоуглеродистой стали.
Ударная вязкость: что это такое и почему это важно
Ударная вязкость — это способность сварного шва необратимо деформироваться, поглощая энергию до разрушения, особенно при быстром приложении напряжения — обычно менее чем за одну секунду. Проще говоря, это то, сколько энергии быстрого удара может выдержать сварной шов, прежде чем он потрескается. Удары могут иметь форму природных элементов, таких как ветер или землетрясения, взрывы, столкновения и быстрая нагрузка.
Присадочные металлы, обеспечивающие хорошую ударную вязкость, могут помочь свести к минимуму степень и скорость растрескивания, если оно возникает в результате удара или усталости от циклического нагружения. В приложениях с низкими рабочими температурами такие присадочные металлы также могут помочь снизить риск хрупких трещин, вызванных потерей ударной вязкости, которой стали подвергаться при отрицательных температурах. В некоторых случаях хорошее воздействие ударная вязкость сварного шва может даже остановить распространение трещины, что позволяет произвести аварийный ремонт до катастрофического отказа компонентов.
Однако в лучшем случае использование присадочных металлов с хорошей ударной вязкостью в сочетании с последовательными и соответствующими процедурами сварки может помочь предотвратить образование трещин в целом. Многие нормы и спецификации требуют, чтобы присадочные металлы имели минимальную ударную вязкость именно по этой причине.
Большинство производителей присадочных материалов формулируют, классифицируют и производят присадочные материалы в соответствии со строгими стандартами, такими как спецификации присадочного металла A5 Американского общества сварки (AWS).В этих спецификациях указаны минимальные требования к ударной вязкости для каждой классификации присадочного металла, а также метод испытания этих электродов.
Вы можете выбрать классификацию присадочного металла на основе требований, указанных в коде или спецификации для вашего приложения. Одним из таких примеров является Приложение по сварке конструкций AWS D1.8 — сейсмическое приложение, которое было разработано для обеспечения безопасности в критически важных приложениях, таких как конструкции, построенные в сейсмических районах.Имейте в виду, что требования к коду или спецификации могут превышать Требования к вязкости указаны в спецификации присадочного металла.
В других случаях инженеры могут по своему усмотрению определять требования к ударной вязкости присадочного металла для данной процедуры сварки. Инженеры разрабатывают требования таким образом, чтобы учесть ожидаемые условия эксплуатации, а также любые предсказуемые злоупотребления или злоупотребления. Например, инженер-мостовик может спроектировать сварные швы, чтобы выдержать столкновение с лодкой.Эта структура, конечно, не предназначены для таких случаев, но присадочные металлы с высокой ударной вязкостью могут помочь обеспечить способность безопасно противостоять таким неожиданным ударам.
Как присадочные металлы обеспечивают ударную вязкость
Производители присадочных металлов создают продукты, используя тонкий баланс многих элементов, каждый из которых обеспечивает отличные характеристики как процесса сварки, так и готового сварного шва. Эти элементы могут варьироваться от раскислителей, которые помогают при сварке через прокатную окалину, до добавления хрома для повышения коррозионной стойкости.При разработке присадочных металлов для обеспечения хорошей ударной вязкости, производители могут добавлять никель и удалять фосфор и серу для получения желаемых свойств.
Никель может улучшить свойства металла шва, изменяя его микроструктуру таким образом, чтобы повысить прочность и обеспечить хорошее сопротивление растрескиванию. В некоторых случаях проволока с добавлением никеля может иметь немного более медленную сварочную лужу или создавать дополнительные брызги, но повышенная ударная вязкость обычно компенсирует такие недостатки.
Присутствие фосфора и серы как в присадочном, так и в основном металле особенно ухудшает ударную вязкость сварного шва. Вредное воздействие этих элементов усиливается в однопроходных приложениях, когда большая часть основного металла смешивается с присадочным металлом, увеличивая вероятность того, что металл сварного шва захватит эти элементы из основного металла. Для обеспечения хорошей ударной вязкости лучше всего выбирать как неблагородные, так и присадочные металлы с минимально возможным содержанием фосфора и серы, в идеале не более 0.03 процента.
Рис. 1. Испытание Шарпи с V-образным надрезом — это один из нескольких тестов, которые можно использовать для определения ударной вязкости присадочных металлов, и он считается отраслевым стандартом. Компьютер рассчитывает величину удара CVN, измеряя наивысшую точку, которую достигает маятник после контакта со сварным швом.
Сравнение классификаций AWS — хорошая отправная точка при выборе присадочных металлов по ударной вязкости. Электроды для дуговой сварки (SMAW) E7018-1 обеспечивают улучшенную ударную вязкость по сравнению с обычными электродами E7018.При выборе проволоки для дуговой сварки порошковой проволокой в среде защитного газа (FCAW) электроды Т-9 (например, E71T-9 C / M) так же легко контролировать во время процесса сварки, как и электроды Т-1, но предлагают улучшенные характеристики ударной вязкости. Провода T-5 FCAW — еще более жесткий вариант. С ними может быть немного сложнее сваривать, но их ударные свойства превосходны и часто делают неоптимальные рабочие характеристики оправданными. Эти электроды обычно рекомендуются в первую очередь во многих критических случаях применения и при ремонте.
В случае сомнений проконсультируйтесь с надежным производителем или дистрибьютором присадочного металла, чтобы определить лучший присадочный металл для каждого случая применения.
Испытание по Шарпи с V-образным надрезом: измерение ударной вязкости присадочных металлов
Испытание с V-образным надрезом по Шарпи (CVN) является одним из нескольких тестов, используемых для определения ударной вязкости присадочных металлов, и считается отраслевым стандартом. Оборудование, необходимое для проведения теста, состоит из молотка, расположенного на конце маятника (см. , рисунок 1, ).После того, как молот выпущен с заданной высоты, его сила прикладывает постоянное количество энергии к сварному шву. образец (удерживаемый внутри специального зажима) и обычно ломает этот точно обработанный образец с надрезом, продолжая двигаться по фиксированной траектории. Компьютер рассчитывает величину удара CVN, измеряя наивысшую точку, которую достигает маятник после контакта со сварным швом.
Значения ударной вязкости указаны в фут-фунтах и джоулях — единицах поглощенной энергии — при заданной температуре (например, 20 футов.-фунтов. при -20 градусов по Фаренгейту). Температура, при которой присадочные металлы испытывают на ударную вязкость, варьируется в зависимости от их индивидуальных классификаций. Большинство присадочных металлов из низкоуглеродистой стали проходят испытания при температуре от 0 до -40 градусов по Фаренгейту, а некоторые низколегированные изделия. должны быть испытаны при температурах до -150 градусов F. Опять же, сталь теряет ударную вязкость при низких температурах, поэтому особенно важно учитывать температуру испытания присадочного металла, когда он будет использоваться при отрицательных температурах.
Вы должны понимать, что тест CVN не является точным моделированием того, как конструкция будет реагировать на реальное воздействие.Тем не менее, тест предлагает достаточное сравнение характеристик сварного шва и основного металла, и большинство сварочных норм и спецификаций поддерживают измерения, которые дает тест.
Другие факторы, влияющие на ударную вязкость
В сочетании с правильным выбором присадочного металла используемые процедуры сварки (особенно контроль температуры) и защитные газы могут повлиять на ударную вязкость готового сварного шва.
Предварительный нагрев основного материала перед сваркой и поддержание надлежащей температуры между проходами во время сварки может помочь снизить скорость охлаждения как основного металла, так и металла шва после сварки.Низкая скорость охлаждения помогает минимизировать проблемы с металлической структурой на микроскопическом уровне, которые могут отрицательно повлиять на ударную вязкость.
Обязательно контролируйте подвод тепла во время процесса сварки, независимо от того, выполняете ли вы сварку в одно- или многопроходном режиме. Как и предварительный нагрев, высокая тепловая нагрузка может помочь снизить скорость охлаждения и предотвратить образование трещин. Однако чрезмерное тепловложение может вызвать множество других проблем, которые в конечном итоге сведут к минимуму ударную вязкость, включая создание более крупной зоны термического влияния (HAZ), которая особенно вредно для закаленных и отпущенных сталей (Q&T).Избыточное тепловложение также может изменить химический состав отложений присадочного металла, вызывая выгорание некоторых элементов сварного шва и, следовательно, снижение его ударной вязкости.
Операции термообработки после сварки (PWHT), такие как снятие напряжений, также могут повлиять на ударную вязкость сварного изделия. Выполнение этих операций всегда должно быть на усмотрение инженера в сочетании с требованиями правил сварки. Аналогичным образом, вам следует проконсультироваться с производителем присадочного металла перед выполнением PWHT, чтобы убедиться, что выбранный вами присадочный металл будет оставаться приемлемым. свойства после завершения PWHT.
Наконец, всегда используйте рекомендованный производителем защитный газ для присадочного металла, чтобы получить правильную ударную вязкость. Различные составы защитного газа имеют уникальные реакции со сварочной ванной, которые по-разному влияют на механические и химические свойства. Производители присадочного металла знают об этих взаимодействиях и тщательно корректируют составы, чтобы обеспечить оптимальную ударную вязкость для предназначенные защитные газы.
В технических паспортах продуктасодержится информация о защитном газе и параметрах сварки, поэтому обязательно их просматривайте; у каждого продукта есть предусмотренное рабочее окно для каждого продукта, чтобы предотвратить ухудшение жизненно важных характеристик присадочного металла.
Если вы будете придерживаться правильных процедур сварки, соответствующих рекомендациям производителя присадочного металла, вы сможете достичь характеристик сварки, соответствующих классификации присадочного металла, включая его ударную вязкость.
Понимание вашего технического паспорта: ударная вязкость по Изоду с надрезом
Итак, вы сузили круг того, какой материал вам нужен благодаря нашей серии «Узнайте больше о вашем пластиковом листе» — теперь пришло время загрузить технический паспорт и взглянуть на эксплуатационные характеристики материалов, которые мы несем.Но если вы новичок в отрасли или не работаете в технической сфере, информация, указанная в технических паспортах материалов, может сбить вас с толку еще больше, чем когда вы начинали.
Если вы когда-либо чувствовали это после просмотра спецификации материала, то следующая серия блогов Impact Plastics, посвященная теме «Понимание вашей таблицы данных», для вас. В этой следующей серии блогов мы рассмотрим тесты ASTM, которые обычно встречаются в технических паспортах материалов для термопластичных смол. В нашем последнем посте обсуждались плотность и удельный вес — теперь мы переходим к другой часто встречающейся спецификации — ударопрочности.Продолжайте читать, чтобы узнать больше!
Американское общество испытаний и материалов (ASTM) — это организация, которая определяет и устанавливает стандарты для обеспечения хорошего качества и качества изготовления. Во всем мире действует более 12 000 стандартов ASTM, включая тесты, специфичные для пластмасс, чтобы помочь потребителям быть уверенными в том, что покупаемые ими продукты будут работать в соответствии с ожиданиями.
Один из методов испытаний ASTM для пластика, обычно встречающихся в технических паспортах, — это испытание на ударопрочность. Этот тест часто обозначается ASTM D256 и называется «Ударная вязкость по Изоду с надрезом».«Использование этого теста может быть быстрой и простой проверкой контроля качества, чтобы определить, соответствует ли материал определенным требованиям к ударным нагрузкам, или для сравнения ударной вязкости от материала к материалу. Прочность материала — это фактор его способности поглощать энергию во время пластической деформации. Например, хрупкие материалы имеют низкую вязкость в результате минимальной деформации, которую они могут выдержать. На ударную вязкость данного материала также могут влиять температурные изменения — как правило, ударная вязкость уменьшается с понижением температуры.
Испытание на удар по Изоду с надрезом — это одноточечный тест, который измеряет стойкость материалов к удару качающегося маятника. Удар по Изоду определяется как кинетическая энергия, необходимая для инициирования разрушения и продолжения разрушения до разрушения образца. На испытательном образце, используемом в испытании на удар по Изоду с надрезом, сделаны надрезы для предотвращения деформации образца при ударе.
Для проведения этого испытания образец с надрезом зажимают в приспособлении для испытания на удар маятником так, чтобы сторона образца с надрезом была обращена к ударной кромке маятника.2), что указывает на ударопрочность данного материала. Согласно требованиям ASTM D256 необходимо собрать как минимум пять отдельных точек данных для определения средней ударопрочности для конкретного материала.