Метод царапания металлов
Алмазным конусом, пирамидой или шариком наносится царапина,
которая является мерой. При нанесении царапин на другие
материалы и сравнении их с мерой судят о твердости материала.
Можно нанести царапину шириной 10 мм под действием
определенной нагрузки. Наблюдают за величиной нагрузки, которая
дает эту ширину.
Динамический метод (по Шору)
Шарик бросают на поверхность с заданной высоты, он
отскакивает на определенную величину. Чем больше величина
отскока, тем тверже материал.
В результате проведения динамических испытаний на ударный
изгиб специальных образцов с надрезом (ГОСТ 9454) оценивается
вязкость материалов и устанавливается их склонность к переходу
из вязкого состояния в хрупкое.
Вязкость – способность материала поглощать механическую
энергию внешних сил за счет пластической деформации.
Является энергетической характеристикой материала, выражается
в единицах работы Вязкость металлов и сплавов определяется их
химическим составом, термической обработкой и другими
внутренними факторами.
Также вязкость зависит от условий, в которых работает металл
(температуры, скорости нагружения, наличия концентраторов
напряжения).
Влияние температуры.
С повышением температуры вязкость увеличивается (см. рис. 7.
2).
Предел текучести Sт существенно изменяется с изменением
температуры, а сопротивление отрыву Sот не зависит от
температуры. При температуре выше Тв предел текучести меньще
сопротивления отрыву. При нагружении сначала имеет место
пластическое деформирование, а потом – разрушение. Металл
находится в вязком состоянии.
Прт температуре ниже Тн сопротивление отрыву меньше предела
текучести. В этом случае металл разрушается без предварительной
деформации, то есть находится в хрупком состоянии. Переход из
вязкого состояния в хрупкое осуществляется в интервале
температур
Хладоломкостью называется 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.
Рис. 7.2. Влияние температуры на пластичное и хрупкое
состояние
Способы оценки 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 (рис. 7.3)
Рис.7.3. 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 ударная вязкость (ан), -
удельная работа разрушения.
где: F0 - площадь поперечного сечения в месте надреза.
ГОСТ 9454 – 78 ударную вязкость обозначает KCV. KCU. KCT. KC
– символ ударной вязкости, третий символ показывает вид надреза:
острый (V), с радиусом закругления (U), трещина (Т) (рис. 7.3 в)
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) (рис. 7.3 г),
определяя пороги хладоломкости.
Порог хладоломкости - 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.