Co to są testy udarnościowe?
Test udarności służy do zrozumienia i oceny kruchości metali. Kruchość metali jest związana z charakterystyką lub właściwością, jaką ten metal musi osiągnąć, aby osiągnąć pęknięcie (lub pęknięcie) bez doznania znacznego odkształcenia. 
Test zyskał na znaczeniu od czasów II wojny światowej, kiedy statki zaczęły używać spawanych płyt w miejsce tradycyjnej konstrukcji nitowanej.
Do tego czasu to kruche zachowanie nie było rozumiane, ponieważ nie było możliwe do przewidzenia za pomocą żadnego innego przeprowadzonego testu, takiego jak próba rozciągania.
Próba rozciągania jest jednoosiowym/jednoosiowym badaniem wytrzymałości, zwykle wykonywanym w temperaturze pokojowej i dlatego nie jest reprezentatywny dla warunków pracy, jakim poddawane były statki „liberty” Stanów Zjednoczonych:
- Niższe temperatury;
- Trójosiowy stan naprężenia (napięcie na trzech osiach - X, Y i Z);
- Obciążenie przyłożone dynamicznie (uderzenie);
Na odporność na uderzenia duży wpływ ma temperatura, ale także warunki, których nie można łatwo zastosować w zwykłej próbie rozciągania:
- Istnienie pęknięć lub nacięć;
- Szybkość ładowania;
Nawet przy użyciu wątpliwych materiałów, o wystarczającej wytrzymałości, aby wytrzymać określone zastosowanie lub obciążenie, w praktyce stwierdzono, że wątpliwy materiał może słabo pękać po określonej temperaturze.
Próba udarności polega na poddaniu znormalizowanego, ukształtowanego korpusu testowego zginaniu spowodowanemu uderzeniem młotkiem przedstawionym na poniższym rysunku.
Próba udarności pozwala na uzyskanie energii użytej do odkształcenia i złamania badanego korpusu. Energia ta jest miarą różnicy między początkową wysokością wahadła h a maksymalną wysokością osiągniętą po zerwaniu ciała testowego h'.
Cel próby udarności
Test udarności jest stosowany zgodnie z wymaganiami norm (ASME, AWS, DIN, ISO itp.) i mamy kilka powodów, aby z niego korzystać.Jednym z powodów jest ocena materiałów w sprzęcie, który będzie działał w niskich temperaturach. Dokładniej, jest on używany do oceny kruchego zachowania materiałów i działa jako narzędzie pomocnicze do badania temperatury przejścia materiałów w stanie kruchym.
Wynik tej oceny ma jednak ograniczone znaczenie i interpretację, a jego wynik nie jest rozstrzygający. Z tego powodu badanie powinno być ograniczone do porównania badanych materiałów w tych samych warunkach.
W celu uzyskania bardziej wymiernych wyników należy zastosować test CTOD i alternatywnie test ciężaru kropli.
Wyjaśnienie ograniczenia próby udarności wynika z faktu, że składowe naprężeń trójosiowych występujących w korpusie podczas próby nie mogą być zmierzone w sposób zadowalający, ponieważ zależą one od kilku czynników.
W związku z tym nie możemy powiązać energii pochłoniętej przez korpus testowy z zachowaniem metalu z jakimkolwiek uderzeniem, które miałoby miejsce tylko wtedy, gdyby cały element był testowany w warunkach roboczych.
Możesz również użyć testu udarności do oceny powodzenia (lub niepowodzenia) warunków produkcyjnych, takich jak spawanie lub wymuszone cykle obróbki cieplnej.
Innym bardzo powszechnym zastosowaniem jest również walidacja procedury spawania zastosowanej w danym złączu spawanym. Nie wystarczy wiedzieć, czy materiał jest odpowiedni, należy również ocenić spoinę.
Rodzaje okazów
Korpus testowy jest znormalizowany zgodnie z normami (na przykład ASTM A370) i wyposażony w wycięcie środków również znormalizowanych, aby umożliwić lokalizację pęknięcia i wytworzenie trójosiowego stanu naprężeń.Próbki zwykle używane do wykonywania próby udarności to: próbka Charpy'ego i próbka izodowa, obie określone przez normę ASTM E23.
Spośród tych dwóch, typ cp (korpus dowodowy) typu charpy jest bez wątpienia najczęściej używany. Jest tak używany, że test uderzenia jest czasami nazywany „charpy” (wymawia się mocniejszym dźwiękiem w Y).
Korpus testowy Charpy'ego
Próbki Charpy są klasyfikowane jako typ A. B i C, o przekroju kwadratowym 10 mm, długości 55 mm i nacięciami w środku okazu.Typ A posiada wycięcie w formie V, typ B w formie dziurki od klucza, a typ C w formie U. Próbki typu Charpy są podparte centralnie, a odległość między tymi podporami wynosi 40 mm.
Poniższy rysunek przedstawia kształt, wymiary i wycięcia tych trzech rodzajów okazów.
Korpus testowy Izoda
Korpus testowy Izoda ma przekrój kwadratowy 10 mm, długość 75 mm, wycięcie w odległości 28 mm od jednego końca, w kształcie litery V.Próbki z głębszymi karbami (przykład Izoda i Charpy typu A) służą do wykazania różnicy w absorbowanych energiach w najbardziej wątpliwych testach metali. Te cps mają tendencję do łatwiejszego powodowania delikatnych złamań.
Podczas testowania bardziej kruchych materiałów, takich jak FoFo (żeliwo) lub odlewanych metali pod ciśnieniem, próbki zwykle nie wymagają nacięcia. To dlatego, że materiał jest już naturalnie bardziej kruchy.
Próbki zredukowane
W przypadku materiałów, których wymiary nie pozwalają na wykonanie normalnych próbek (grubość poniżej 11 mm), istnieje możliwość usunięcia pomniejszonych próbek. Jednak długość, promień szczeliny i kąt nacięcia korpusu testowego pozostają stałe.Obróbka karbów
Musimy dysponować odpowiednim sprzętem i środkami kontroli profilu rowka, ponieważ niewielka zmiana w obróbce rowka może spowodować poważne błędy w wynikach testu.Uwaga: Petrobras poprzez swoje standardy wymaga weryfikacji wycięcia w projektorze profilowym przed wykonaniem np. testu udarności Charpy'ego.
Otwór może być wykorzystany za pomocą przeciągacza, strugarki lub frezarki, a jego profil musi być kontrolowany przez rzutnik profili.
Za każdym razem, gdy idę wykonać test udarności, proszę operatora o umieszczenie korpusu testowego na projektorze profilowym, abym mógł ocenić podatność nacięcia.
Karby powinny być obrabiane maszynowo po obróbce cieplnej, jeśli ma to zastosowanie. Próbki szczelinowe w formie „dziurki od klucza” powinny mieć okrągły otwór ostrożnie otwierany przy niskiej prędkości skrawania.
Wycięcie rowka można wykonać dowolną odpowiednią metodą, ale tak, aby powierzchnia otworu nie była uszkodzona.
Usuwanie próbek
Normy określają miejsce usunięcia próbek, ponieważ ich orientacja i kierunek przygotowania karbu implikują istotne zmiany w wynikach badań.Mamy następujące trzy pozycje usuwania i/lub pozycjonowania nacięcia na próbkach Charpy, pobranych z różnych pozycji stalowej płyty.
Poddane próbie udarności ciała te prezentowały trzy różne krzywe, jak pokazano na poniższym wykresie.
Korpus testowy C, który ma nacięcie w kierunku włókna (co sprzyja ścinaniu), ma najniższą możliwą absorpcję energii.
Korpus typu B-proof ma również nacięcie krzyżowe. Tylko w tym przypadku karb przecina rdzeń płyty, przecinając wszystkie włókna w poprzek.
Krzywa znajduje się w sytuacji pośredniej w porównaniu z pozostałymi dwoma. Ta zależność między krzywymi pozostaje stała, niezależnie od temperatury testu.
Technika testowania
Test uderzenia można zobaczyć na schemacie podanym poniżej.
Zakłada się, że wahadło jest ustawione w takim położeniu, że jego środek ciężkości znajduje się na wysokości h0 w stosunku do odniesienia w taki sposób, że jego energia kinetyczna w punkcie uderzenia ma stałą i określoną wartość. Młotek zostaje zwolniony i uderza w korpus testowy z przeciwnej strony nacięcia.
Pomijając opór powietrza i tarcie w osi, po zwolnieniu i przy braku korpusu testowego, wahadło powinno osiągnąć tę samą wysokość po drugiej stronie zgodnie z zasadą zachowania energii.
Po przebiciu korpusu testowego młotek unosi się na wysokość, która jest odwrotnie proporcjonalna do energii pochłoniętej w celu odkształcenia i złamania korpusu testowego. Tak więc im niższa wysokość osiągnięta przez młotek, tym więcej energii pochłonął testowany korpus. Ta energia jest odczytywana bezpośrednio do maszyny testowej.
Jeżeli korpus testowy zostanie włożony i rozerwany przez uderzenie wahadła, energia pochłonięta w tej operacji powoduje, że wahadło osiąga z drugiej strony maksymalną wysokość h1 mniejszą niż h0. Oznacza to, że odporność na uderzenia materiału jest określona przez różnicę między energiami potencjalnymi w h0 i h1.
W praktyce przyrząd posiada skalę z podziałką ze wskaźnikiem wartości maksymalnej do bezpośredniego odczytu różnicy energii. Ponieważ jest to energia, odporność na uderzenia w raportach jest zwykle zapisywana w dżulach (J). Jednak energia pochłonięta przez ciało testowe może być również wyrażona w kgf/m (kilogram-siła na metr) lub lb/ft (funt na stopę) lub J (dżul). Niektóre starsze maszyny w Brazylii zwykle wyświetlają energię w kgf/m i wymagana jest konwersja na dżul.
W teście Charpy'ego korpus testowy ma centralny karb i jest podparty na obu końcach. Uderzenie ma miejsce w centrum, jak pokazano powyżej.
Najpopularniejszym wycięciem jest typ „V”, ale są też wycięcia w kształcie litery „U” lub nacięcia kończącego otwór. Wymiary wycięcia typu V to:
- Długość 55 mm;
- Sekcja 10 x 10 mm;
- Wycięcie pod kątem 45º;
- Głębokość 2 mm.
Wyposażenie
Sprzęt testowy składa się zasadniczo z wahadła (młotka), które jest uwalniane podczas swobodnego spadania ze stałej wysokości, miejsca podparcia korpusu testowego i przyrządu pomiarowego, który zawiera tarczę z podziałką.Ta tarcza pozwala określić energię pochłoniętą do przebicia się przez badany korpus, za pomocą różnicy między początkową wysokością a końcową wysokością osiągniętą przez wahadło.
Uwagi dotyczące testu
Temperatura badania jest bezpośrednio związana z wynikami uzyskanymi dla materiału o niskiej i średniej wytrzymałości i dlatego powinna być odnotowana w wyniku wraz z typem testowanego korpusu.Próby udarności są zwykle określane dla niskich temperatur, ale można je również przeprowadzać w temperaturach otoczenia lub nawet w temperaturach otoczenia.
W przypadkach, gdy temperatura badania nie jest temperaturą pokojową, próbki należy włożyć do maszyny i rozerwać w ciągu pięciu sekund (aby nie było znaczących wahań temperatury). Oprócz tego czynnik grzewczy i/lub chłodzący musi mieć kontrolę nad utrzymaniem i homogenizacją temperatury.
Najbardziej zalecany jest test Charpy'ego, ponieważ jest to najprostsze ustawienie na maszynie. Manipulację cps można wykonać za pomocą odpowiedniego do jego wymiarów uchwytu (typu pazur). Jest to również najtańszy test udarności w porównaniu do testów takich jak CTOD.
Podczas przeprowadzania testu uderzeniowego należy zachować ostrożność. Np. przed rozpoczęciem testu maszyna musi być sprawdzona poprzez swobodne oscylacje wahadła, aby wahadło wypuszczone w swobodnym spadku wskazywało na wyświetlaczu maszyny zerową energię.
Jeśli ta procedura wykaże, że wyświetlacz rejestruje jakąś wartość energii, to wartość tę należy usunąć z wyników uzyskanych podczas testu z korpusem testowym.
Nie zaleca się wykonywania jedynie testu udarności w celu wyciągnięcia jakichś wniosków z badanego materiału, nawet jeśli dokłada się starań, aby go wykonać.
Ponieważ wyniki kilku próbek tego samego materiału mogą różnić się między sobą, konieczne jest wykonanie co najmniej trzech testów, aby uzyskać akceptowalną średnią. Każde trzy próbki z tej samej lokalizacji nazywane są zestawem, na przykład: 1 zestaw do spawania, 1 zestaw ZAC itp...
Podobnie jak w próbie rozciągania, możliwe jest również oszacowanie plastyczności materiału tylko poprzez obserwację pękniętego obszaru korpusu testowego. Im wyższy procent ścinania, tym bardziej wątpliwy materiał (patrz temat dotyczący trakcji).
Ocena wyników
Kryteria oceny tego testu to:- Energia pochłonięta przez ciało testowe. Energia pochłonięta w badanych próbkach jest odczytywana na wyświetlaczu maszyny;
- Charakterystyka i procent złamania (podejrzanego lub kruchego). Procent ścinania jest funkcją obszaru części pęknięcia, która ma jasny aspekt.
- Procent bocznego rozszerzenia ciała testowego. Rozszerzenie poprzeczne to dodanie przeciwnej powierzchni do karbu, w kierunku samego karbu, po rozerwaniu korpusu testowego. To kryterium jest bardzo rzadkie i prawie nigdy nie jest wymagane.
Energia jest obliczana poprzez zmianę potencjalnej energii młota (elementu maszyny do badania udarności) przed i po uderzeniu. Pamiętaj, że im mniejsza energia pochłonięta, tym bardziej kruchy materiał w tej temperaturze.
Zobacz rysunek poniżej przykłady okazów charpy:
- cp nie testowano (poniżej);
- cp po teście (pożywki);
- cp/bardzo wątpliwy materiał (z góry);
Wersja Angielska
Odwiedź Wersja angielska dla wyjaśnienia w razie potrzeby.
Cytat
Kiedy musisz uwzględnić fakt lub informację w zadaniu lub eseju, powinieneś również podać, gdzie i jak znalazłeś tę informację (Testy Udarności).
Daje to wiarygodność Twojemu artykułowi i czasami jest wymagane w szkolnictwie wyższym.
Aby ułatwić sobie życie (i cytowanie), po prostu skopiuj i wklej poniższe informacje do swojego zadania lub eseju:
Luz, Gelson. Testy Udarności (Charpy V Notch). Blog Materiały. Gelsonluz.com. dd mm rrrr. URL.
Teraz zastąp dd, mm i rrrr dniem, miesiącem i rokiem przeglądania tej strony. Zamień również adres URL na rzeczywisty adres URL tej strony. Ten format cytowania jest oparty na MLA.
Komentarze