Ударная вязкость чем выше тем лучше
Ударная вязкость стали и других металлов
Блог » Ударная вязкость стали и других металлов
Компания ООО «Анатомика» осуществляет производственную деятельность в области металлообработки и инжиниринга. Специалисты нашей компании реализуют проекты от разработки модели детали до её полного изготовления. В частности, к видам деятельности относятся разработка 3D моделей, технологических карт, управляющих программ, оснастки и инструмента, токарные и фрезерная обработка, слесарные работы и покраска, гальваническая обработка, шлифование, сверление.
Многие знают, что одни металлы легко деформируются вручную, тогда как другие не деформируются даже при падении с высоты. Для объяснения этого явления используются понятия ударной вязкости и хрупкости, которые противоположны друг другу. Попробуем объяснить, в чем их отличие, почему металлы по-разному реагируют на внешние воздействия и что такое ударная вязкость стали. В практическом смылся это имеет значение: вязкость учитывает токарная обработка металла.
Что называют ударной вязкостью металлов
Для начала разберемся с теоретическим определением понятия. Ударная вязкость металла — это способность материала поглощать кинетическую энергию в процессе деформации и разрушения под действием ударной нагрузки. Как правило, такая энергия способна привести к пластичным и непластичным деформациям.
Лучше понять физическое определение поможет ответ на вопрос, по какой формуле определяется ударная вязкость:
Для вычисления опытным путем ударной вязкости используют метод маятникового копра. В лаборатории заготовки одинаковых размеров, находящихся в одних и тех же условиях, подвергают нагрузкам с постепенным их увеличением. При этом отмечают поведение образцов стали и степень их подверженности к нагрузкам.
Критическая хрупкость металлов
Снова начнем с определения. Критическая температура хрупкости — это температурный предел, при котором характер разрушения материала меняется от хрупкого к вязкому. Многим известно о том, что при нагревании металлы и сплавы переходят в мягкое, а позже — в вязкое состояние, через определенный промежуток времени, индивидуальный для каждого материала. Таким образом, при повышении температуры ударная вязкость увеличивается. А такой показатель, как хрупкость, повышается при снижении температуры.
При проверках эксплуатационных свойств металлических заготовок из стали проводят ряд экспериментов, при котором изменяется температура от очень высоких до очень низких. Критическая хрупкость металла — его разрушение при определенном температурном пороге, который ограничен максимум и минимумом.
Почему хрупкость металлов бывает различной
При постоянных условиях (низкая температура и нормальная влажность) на хрупкость металлов влияет:
Для металлов характерна нестабильность свойств. Поэтому при изготовлении деталей необходимо корректно проводить тесты. От этого зависит точность определения подходящих условий эксплуатации для заготовок.
Методы испытаний
Используют несколько вариантов лабораторных испытаний, зависящих от следующих факторов:
Для последнего пункта предусматривают особенности прокатных изделий. Надрез делается только для листов с равномерной толщиной по всему периметру.
Все методы основаны на попытке разрушения испытуемого образца ударом падающего твердого предмета. К ним также относятся испытания по Шарпи, по Изоду и по Гарднеру, названные, как видно, в честь испытателей.
Маятниковый копер
Разновидности копра зависят от:
Копер популярен для проведения испытаний благодаря своей несложной конструкции и точности измерения ударной вязкости.
Понятие того, что такое ударная вязкость прописано в ГОСТ 9454. В соответствии с требованиями этого документа подбираются образцы:
Важной характеристикой ударной вязкости является концентратор напряжений, он определяет информативность эксперимента и точность полученных данных. Обозначается критерий по-разному:
Определение ударной вязкости — важный этап при производстве металлических и стальных деталей. От него зависит качество и эксплуатационные характеристики готового продукта. Как например, высокоточная металлообработка.
Рассчитайте свой заказ
Отправьте нам чертеж или описание на [email protected] или заполните форму и мы рассчитаем стоимость и сроки выполнения заказа
Анатомика
Оставьте свой номер телефона и наш специалист свяжется с вами в ближайшее время
Ударная вязкость
Основным отличием ударных нагрузок от испытаний на растяжение-сжатие или изгиб является гораздо более высокая скорость выделения энергии. Таким образом, ударная вязкость характеризует способность материала к быстрому поглощению энергии.
Обычно оценивается работа до разрушения или разрыва испытываемого образца при ударной нагрузке, отнесённой к площади его сечения в месте приложения нагрузки. Выражается в Дж/см2 или в кДж/м2.
Ударную вязкость обозначают KCV, KCU, KCT.
KC – символ ударной вязкости, третий символ показывает вид надреза: острый (V), с радиусом закругления (U), трещина (Т)
Связанные понятия
Упоминания в литературе
Связанные понятия (продолжение)
Термической (или тепловой) обработкой называется совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твёрдых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счёт изменения внутреннего строения и структуры. Тепловая обработка используется либо в качестве промежуточной операции для улучшения обрабатываемости давлением, резанием, либо как окончательная операция технологического процесса, обеспечивающая заданный уровень свойств изделия.
Эта статья о способе обработки металлов. О методе укрепления здоровья человека см. ЗакаливаниеЗака́лка — вид термической обработки материалов (металлы, сплавы металлов, стекло), заключающийся в их нагреве выше критической точки (температуры изменения типа кристаллической решетки, то есть полиморфного превращения, либо температуры, при которой в матрице растворяются фазы, существующие при низкой температуре), с последующим быстрым охлаждением. Закалку металла для получения избытка вакансий не следует.
Что такое ударная вязкость металла
При производстве любой высокопрочной детали стоит знать, как их важнейшие характеристики проявятся и изменяются на практике многолетнего применения. По этой причине в фокусе внимания ударная вязкость материала, то есть его способность поддаваться деформации пластически под влиянием динамической нагрузки.
По этой причине непременно учитывайте этот параметр во время проектирования объекта из металлоконструкции, в частности сложного, предназначенного для применения в жестком климатическом условии: при пониженной температуре, при постоянно изменяющемся микроклимате, при повышенном механическом давлении, физическом воздействии и многом другом.
«Центр сварочных решений» осуществляет воплощение проектов по выпуску продукции и монтажу металлоконструкций. Лазерная резка металлов, шлифовальные работы, отжиг металла, плазменная резка металла – все это услуги нашей компании.
Что такое ударная вязкость?
Ударная вязкость стали является показателем количества работы, который нужен для хрупкого разрушения сырья. Подсчитывается опытным способом, по итогам многочисленных проведенных тестов способом маятникового копра.
Любую проверку проводят на стандартизованном образце – стержне с квадратным сечением и нанесенным на какую-то его грань искусственный концентратор напряжения. Последний бывает в виде:
В результате подсчитывают не просто нужный параметр, но и качество и характер деформаций области, а потом и соотношение частей повреждения. Это бывают либо только визуальный анализ, либо более тщательный, с проведением оценки текстуры и слоев цифровыми и компьютерными технологиями.
При рассмотрении понятия ударной вязкости стали, необходимо понимать, что это сопротивление удару именно конкретно взятого металла или сплава.
Металлы имеют различную хрупкость: почему
При больших нагрузках при воздействии постоянно пониженных температур свое воздействие оказывают такие факторы, как:
Способы испытания металлов на ударную вязкость
Вначале рассмотрим классификацию, чтобы вы могли понять, почему нужно выбирать тот или иной способ. Доступные на сегодняшний день лабораторные изыскания принято разделять на пару категорий по следующим характеристикам:
Особенности отбора образца
Межгосударственная норма, которая относит ударную вязкость металла к ГОСТу 9454, и учитывая с ним подходящие для осуществления испытаний считаются такие виды:
Подготовка к проверке и ее проведение
Схема испытаний на ударную вязкость:
Стержень прикрепляется к опорной стойке – таким образом, чтобы место контактирования было напротив концентратора напряжения.
Все положения фиксируют, а затем по разности потенциалов и подсчитывается работа, нужная для хрупкого разрушения.
Рассмотрим, каким образом обозначают ударную вязкость. Она бывает и с 3 индексами, которые обозначают вид применяемого концентратора напряжений. Показатели бывают следующие: KCV (по Менаже), KCT либо kcu ударная вязкость (по Шарпи).
Как сравнивать материалы по ударной вязкости?
Сравнение проводится опытным способом, выполняя тесты своими силами, отмечая полученные результаты и далее. Однако намного быстрее и легче использовать метод Изода. Таким образом можно сэкономить время.
Выше мы рассмотрели способы испытания, подсчета, определение и особенности ударной вязкости. Подробно рассмотрели, какие ударная вязкость единицы измерения имеет.
Мы надежная компания, в основе деятельности которой – правила честной конкуренции и жесткого контроля качества услуг.
Ударная вязкость
Ударная вязкость представляет собой удельную работу и имеет размерность кгм/см2. Ударная вязкость зависит от структурного состояния стали (например, от величины зерна) и является очень хорошим показателем качества материала. Поэтому это испытание заслуживает самого широкого распространения.
Рис 13. Распределение напряжений при изгибе бруска с надрезом
Рис.14. Образец для испытания на ударную вязкость
Ударная вязкость в большой степени зависит от температуры. Имеется интервал температур, в котором ударная вязкость резко падает и не имеет устойчивых значений. За этим интервалом величина ударной вязкости сильно понижается. Эта область называется областью температурной хрупкости (рис. 15). Таким образом, кривая зависимости ударной вязкости от температуры имеет S-образное очертание.
Рис.15. Зависимость ударной вязкости от температуры
1 — сталь марки Ст. 3; 2 — сталь марки 15ХСНД: 3 — сталь марки Ст. 3 кп; 4 — сталь MnCu: 5—сталь марки Ст. 3 томасовская; 6 — сталь марки 14Г2: 7 — сталь чарки 15ХГС
У стали 3 мартеновской кипящей область температурной хрупкости достигает —30°, что, вообще говоря, недостаточно благоприятно. Спокойная мартеновская сталь дает очень хорошие результаты. Вполне благоприятна ударная вязкость термически обработанной стали. У томасовской стали область температурной хрупкости иногда достигает 15°; в этом состоит один из основных недостатков этой стали, часто приводящий к ее трещиноватости.
Согласно ГОСТ, ударная вязкость для стали 3 группы А определяется (по требованию заказчика) только при нормальной температуре (20°) в следующих размерах: для листов (поперек прокатки) 7 кгм/см2, для широкополосной стали (вдоль прокатки) 8 кгм/см2, для фасонного проката (вдоль прокатки) 10 кгм/см2. Для стали 3 подгруппы В, кроме того, может быть произведено определение ударной вязкости после искусственного старения и при температуре —20°, причем ударная вязкость должна быть не менее 3 кгм/см2.
Согласно ГОСТ, ударная вязкость для низколегированных сталей определяется (по требованию заказчика) при температуре —40°; при толщине проката до 20 мм она должна быть не менее 3 кгм/см2, а для стали 10ХСНД — 4 кгм/см2. При больших толщинах значения ударной вязкости устанавливаютсяпо соглашению сторон.
Испытание на ударный изгиб («impact test»)
Ударная вязкость («impact elasticity») – одна из важнейших характеристик конструкционных сталей. Данная характеристика определяется при испытании на ударный изгиб и показывает величину работы, которую нужно потратить, чтобы 
разрушить стандартный образец с надрезом на специально разработанном для данного испытания оборудовании – маятниковом копре.
Измеряется ударная вязкость в кгc/см2 или в Дж/см2, данная размерность показывает отношение работы, потраченной на разрушение испытываемого образца, к площади его поперечного сечения.
Одним из основных критерием качества сталей является способность сопротивления хрупкому разрушению, эта способность качественно выражена в величине ударной вязкости.
Хрупкое разрушение – наиболее опасный вид разрушения конструкции. Его опасность заключается в том, что оно происходит без каких-либо предвестников (например, без пластической деформации). А рост трещины происходит практически мгновенно, скорость распространения трещины при хрупком разрушении приблизительно равна скорости звука в металле. Более подробно о механизме хрупкого разрушения будет рассказано в других статьях.
Теперь, когда вы поняли насколько важна такая характеристика как ударная вязкость, поговорим об образцах для испытания. Так как трещина в металле начинает расти от места скопления микротрещин (когда размер скопления достигает критического уровня), которые обязательно присутствуют в реальных конструкциях, то на образцах для испытания делают искусственный дефект – надрез. Существует два основных типа образцов для испытания на ударную вязкость, которые различаются типом надреза.
Первый тип – образец с полукруглым надрезом, который обозначают латинской буквой «U» и называют образцом «Менаже» в честь ученого, предложившего данный тип образца. Радиус у основания надреза 1 мм.
Второй тип – образец с острым надрезом, который обозначается латинской буквой «V» и называют образцом «Шарпи», также назван в честь ученого, который его предложил и впервые использовал. Радиус у основания надреза 0,25 мм. Тип образца во время экспертизы металла выбирается, исходя из нормативных документов.
Ударная вязкость состоит из двух составляющих – из работы зарождения и работы распространения трещины. Отсюда вытекает логичное умозаключение, что ударная вязкость на образцах «Шарпи» существенно меньше, чем на образцах «Менаже», за счет меньшей работы зарождения трещины.
Кроме типа надреза на величину ударной вязкости прямое влияние оказывает температура испытания. С понижением температуры испытания ударная вязкость снижается, как и меняется характер разрушения образца с вязкого (со значительно степенью пластической деформации), на хрупкий (с практически полным отсутствием пластической деформации). Переход от вязкого к хрупкому разрушению с понижением температуры обусловлен таким явлением, как хладноломкость. Хладноломкость выражена в существенном увеличении предела текучести и снижении относительного удлинении с понижением температуры и характерна для металлов с объемноцентрированной кристаллической решеткой (Fe, Cr, Mo и другие).
Внешний вид образцов после испытания на ударный изгиб, проведенного нашей компанией, представлен на фото. 
Хорошо видно различие между образцами, разрушенными по разным механизмам. Вязкий излом с матовой поверхностью и следами пластической деформации в зоне разрушении. И хрупкий излом с блестящей поверхностью и без следов деформации – ровный скол, будто бы образец был разделен острым ножом. Есть еще и промежуточный вид – смешанное разрушение, в котором присутствует и вязкая, и хрупкая составляющая.
Доля вязкой составляющей является второй характеристикой, после ударной вязкости, которая определяется при испытании на ударный изгиб. Долю вязкой составляющей определяют визуально, изучая строение излома образца после испытания, измеряют ее в %.
Критическая температура хрупкости – очень важный критерий при оценке качества сталей, который показывает до какого момента сталь разрушается преимущественно по вязкому механизму. Использование стали при температурах ниже критической температуры хрупкости нежелательно.
Россия в значительной степени северная страна, где отрицательные температуры сохраняются в течение длительного времени. Освоение полярных и при полярных территорий, богатых природными ресурсами, с одновременным усложнением архитектурной конфигурации возводимых сооружений, ставит задачу по разработкам сталей с высоким уровнем сопротивления хрупкому разрушению. О способах повышения ударной вязкости в сталях я расскажу в следующих статьях.