Усталость металлов. Деформация и разрушение при длительном статическом нагружении. Механические свойства при ударных нагрузках, страница 25

6.2. Ударная вязкость при изгибе.

С повышением скорости деформации сопротивление пластическим деформациям повышается. Характер изменения пластичности и вязкости при увеличении скорости будет зависеть от того, как будет меняться сопротивление разрушению, при этом следует различать два основных случая.

1. Сопротивление разрушению мало меняется с увеличением скорости деформации; в этих случаях благодаря более интенсивному упрочнению диаграмма пластической деформации достигнет уровня сопротивления разрушению при меньшей пластической деформации и будет наблюдаться уменьшение вязкости (ударно-хрупкие металлы), к которым относятся Fe-α, Zn, многие сплавы на основе этих металлов, хром и его сплавы и др.

2. Сопротивление разрушению растет одновременно с ростом сопротивления деформации таким образом, что, несмотря на более интенсивное упрочнение, абцисса конечной точки диаграммы деформации не уменьшается и пластичность остается неизменной, а иногда даже возрастает. Вязкость может значительно возрастать вследствие увеличения прочности при неизменной пластичности (ударно-вязкие металлы).

Ввиду того, что работа деформации распространяется по объему изгибаемого образца неравномерно, точно вычислить истинную удельную работу деформации трудно. Поэтому следовало бы либо определять только суммарную работу деформации, отнесенную ко всему образцу (данной формы и размеров), либо приближенно определять удельную работу путем деления всей работы на пластически деформированный объем. Тем не менее до сих пор ударную вязкость в большинстве случаев определяют делением полной работы А_н, затраченной на деформацию и разрушение образца, на исходную площадь поперечного сечения образца в надрезе, что просто соответствует введению постоянного для данного типа образца коэффициента.

Результаты, получаемые при ударных испытаниях, еще в большей степени, чем при статических испытаниях, зависят от формы и размера образца, а также от способа нагружения.

Ввиду того, что одним из основных назначений ударных испытаний является выявление склонности материала к хрупкому разрушению, при этих испытаниях стремятся к такому способу приложения нагрузки, при котором растягивающие напряжения и деформации были бы достаточно велики. Поэтому для этой цели применяют растяжение или изгиб.

Важным фактором, усиливающим склонность металла к переходу в хрупкое состояние, является надрез.

Известно, что наличие надреза создает всестороннее (хотя и неравномерное) объемное растяжение. А так как максимальные касательные напряжения равны полуразности крайних нормальных напряжений

T_max= S_max-S_min/2, то наличие надреза уменьшает долю касательных напряжений и, следовательно, уменьшает пластическую деформацию, вызываемую этими напряжениями, и тем самым способствует переходу металла в хрупкое состояние. Необходимо отметить, что односторонний надрез, т.е. нанесенный с одной стороны образца, не создает максимально жестких условий испытания. Увеличение жесткости испытания можно достичь, применив образец с трехсторонним надрезом, с сечением в надрезе 8×8 мм.

Характеристики прочности, т.е. сопротивление деформации при ударных испытаниях, получать трудно, поскольку измерение сил требует сложной методики. Поэтому нагрузки и напряжения при ударных испытаниях обычно измеряют только в исследовательских целях.

Для практического массового контроля наиболее простым является метод испытания на ударный изгиб призматических образцов с надрезом при 20⁰ С на маятниковых копрах.

По ГОСТ 9454 60 предусмотрены образцы пяти видов, из них основным является тип I – образец размером 10×10×55 мм с U-образным надрезом глубиной 2 мм, с радиусом дна надреза 1 мм. В последнее время получил практическое применение образец типа IV того же размера, что и образец типа I, но с острым V-образным надрезом с радиусом дна надреза 0,25 мм.