Дайте определение ударной вязкости (KCV). Опишите методику измерения этой характеристики механических свойств металла.

Способность металла сопротивляться ударному воздействию нагрузки оценивают величиной ударной вязкости, под которой понимают работу удара, отнесенную к начальной площади поперечного сечения образца в месте концентратора напряжений. Методы определения ударной вязкости при комнатной, пониженной и повышенной температурах регламентированы ГОСТ 9454–78 и соответствуют СТ СЭВ 472–77 и СТ СЭВ 473–77. В соответствии с этими стандартами образец квадратного или прямоугольного сечения с концентраторами вида U, V и Т (рисунок 1) устанавливают на две опоры маятникового копра с максимальной энергией удара 0, 5; 1, 0; 5, 0; 10; 15 или 30 кгс•м (ГОСТ 10708–76).

Рисунок 1 – Образцы для испытаний на ударную вязкость:
а-в – соответственно с концентраторами вида U, V и T (усталостная трещина)

Удар наносят посередине образца со стороны, противоположной надрезу. За окончательный результат испытания принимают работу удара или ударную вязкость для образцов с концентраторами видов U и V и ударную вязкость для образцов с концентратором вида Т (усталостная трещина, получаемая в вершине начального надреза при циклическом изгибе образца в одной плоскости). Работу (KU, KV или КТ) разрушения образца определяют обычно по специальной шкале маятникового копра. После определения работы разрушения образца вычисляют ударную вязкость KCU (KCV, КСТ): КС= = K/S₀, где S₀ – площадь поперечного сечения образца в месте надреза, см².

Работу удара обозначают двумя буквами (KU, KV или КТ) и цифрами. Первая буква (К) – символ работы удара, вторая буква (U, V или Т) – вид концентратора. Последующие цифры обозначают максимальную энергию удара маятника, глубину концентратора и ширину образца. Цифры не указывают при определении работы удара на копре с максимальной энергией удара маятника 30 кгс•м, при глубине концентратора 2 мм для концентраторов видов U и V и 3 мм для концентратора типа Т и ширине образца 10 мм.

Ударную вязкость также обозначают сочетанием букв и цифр. Первые две буквы КС обозначают символ ударной вязкости, третья буква – вид концентратора; первая цифра – максимальную энергию удара маятника, вторая – глубину концентратора и третья – ширину образца. Цифры не указывают в тех же случаях, что и для работы удара. Применяют 10 типов образцов с надрезом вида U, А – с надрезом вида V и 6 – с надрезом вида Т.

Для определения ударной вязкости хрупких материалов (чугунов, сталей с твердостью HRC 55 и выше) допускается применение призматических образцов с размерами 10х10х55 мм без надреза. Ударную вязкость, полученную при испытании таких образцов, обозначают символом КС без индекса.

Для более точной оценки вязкости материалов иногда ударную вязкость как интегральную характеристику делят на две составляющие – удельную рабоду зарождения а₃ и удельную работу развития ар трещины: a_H = a₃ + a_р. При хрупком разрушении работа распространения трещины близка к нулю, а при полухрупком она снижается пропорционально проценту вязкой составляющей в изломе, поэтому целесообразно определять ар только при полностью вязком изломе. Существует несколько методов определения а₃ и а_р. Наиболее распространены метод Б.А. Дроздовского (предварительное нанесение на образец усталостной трещины) и метод А. П. Гуляева (испытание образцов с разными надрезами и построение зависимости ударной вязкости от радиуса надреза); экстраполяция прямой до нулевого значения радиуса надреза дает возможность получить величину а_р.

На характер разрушения металла (вязкий или хрупкий) влияют химический состав, тип кристаллической решетки, фазовый состав и размер структурных составляющих, а также условия нагружения. В зависимости от условий нагружения различают усталостное разрушение (которое в свою очередь подразделяют на собственно усталостное, малоцикловое, термически усталостное разрушение и т. д.); разрушение при ползучести; динамическое разрушение; разрушение при статической кратковременной, статической длительной и статически повторной нагрузках и т. п. Количественно условия нагружения характеризуются скоростью приложения и величиной внешней нагрузки, накопленной потенциальной энергией, температурой, химическим составом и динамическими характеристиками газовой или жидкой внешней среды, характеристиками радиационного облучения и т. п.

При пластической деформации основными параметрами нагружения являются показатели напряженного состояния о/Т и
температура 9 и скорость деформации сдвига Н. Наглядные представления о характере разрушения металла дают диаграмма Иоффе и диаграмма пластичности металла. С помощью диаграммы Иоффе можно продемонстрировать влияние температуры на характер разрушения. Тип разрушений (вязкий или хрупкий) зависит от того, выше или ниже температуры порога хрупкости (G, Lr) осуществляется нагружение.

Пересечение этих кривых позволяет найти температуру порога хрупкости Qnx. Если нагружение осуществляется при температуре выше 6ПД., то вслед за упругой наступает пластическая деформация, а разрушение металла будет вязким. Если нагружение осуществляется при температуре ниже G, Lr, то разрушение происходит при упругой деформации и имеет хрупкий характер.

Влияние показателя напряженного состояния о/Т на характер разрушения можно проиллюстрировать с помощью диаграммы пластичности. Пластичность металла характеризуется степенью деформации сдвига, накопленной материальной частицей от момента возникновения пластической деформации т = 0 до момента нарушения сплошности или появления макротрещины т = tp, если перечисленные выше параметры нагруже-ния (о/Г, 6, И) все время будут постоянными, а деформация монотонной. При испытании образца момент разрушения соответствует разделению его на части.

Пластичность металла Ар, а также критические значения показателя (о/Г)„ и (о/Т)„х, зависят от химического состава, типа кристаллической решетки, фазового состояния и структуры сплава, а также от параметров нагружения: показателей напряженного состояния о/Г и |i0, температуры G и скорости деформации Н. Указанные зависимости находят аппроксимацией опытных данных о пластичности Ар при испытании образцов на растяжение, кручение, выдавливание мембраны через матрицу в испытательной камере с регулируемым давлением и температурой.