Początek

Skrypty Ciekawe strony   Zaliczanie    
 

 

Badanie udarności młotem Charpy'ego

 

I. Cel ćwiczenia.

Elementy konstrukcji w czasie pracy narażone są bardzo często na obciążenia dynamiczne. 

Z tego powodu konieczna jest znajomość własności charakteryzujących zachowanie się 

materiału w przypadku wystąpienia nagłych zmian obciążenia. Dla określenia tych własności 

stosuje się próby udarowe, pozwalające zbadać odporność na uderzenia i jednocześnie 

pozwalające skontrolować jakość obróbki cieplnej, stwierdzić skłonność materiału do 

starzenia, zbadać kruchość na zimno i gorąco itp.

Stosowane są następujące próby udarowe: próba rozciągania, ściskania, skręcania, zginania. 

W praktyce najczęściej stosuje się udarową próbę zginania, która nosi popularną nazwę 

próby udarności. Cechą charakterystyczną badań udarowych jest fakt, że pozwalają one na 

dokładniejsze określenie zmian własności wytrzymałościowych materiału poddanego 

procesom technologicznym niż na to pozwalają próby statyczne.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z praktycznym sposobem wykonania próby udarności 

zgodnie z obowiązującymi normami, użytymi do tego celu próbkami i urządzeniami oraz 

interpretacją wyników próby.

 

II.Wiadomości uzupełniające..

 

1.Określenie próby udarności.

 

Miarą udarowej próby zginania jest praca zużyta na zniszczenie (złamanie) próbki. Stosunek 

tej pracy do pola przekroju poprzecznego zginanej udarowo próbki przyjęto nazywać 

udarnością.

K = Lu /So [J / m2]

gdzie:

Lu - [J] - wartość pracy zużytej na złamanie próbki

So - [m2] - pole powierzchni przekroju próbki w miejscu karbu

( dla próbek z karbem ), mierzone przed próbą

 

Oznaczenie udarności K należy uzupełnić dodatkowym symbolem wskazującym typ próbki, 

na której zostało przeprowadzone badanie. Potrzeba dodatkowego oznaczenia udarności 

wynika stąd, że oznaczona w sposób wyżej podany udarność nie podlega prawu 

podobieństwa, szczególnie udarność próbek z karbem. Z tego względu wyniki uzyskane 

przy udarowym zginaniu z karbem są porównywalne z wynikami otrzymanymi przy badaniu 

w tych samych warunkach próbek o tych samych wymiarach i kształtach karbu. Udarność 

jest więc umownym wskaźnikiem porównawczym.

Oprócz określenia wskaźnika K w próbie udarności obserwuje się odkształcenie plastyczne 

próbek. Jest ono mniejsze niż analogiczne odkształcenie, które wystąpiłoby w warunkach 

obciążenia statycznego ( w warunkach statycznych może nawet nie dochodzić do złamania ). 

Spowodowane jest to tym, że odkształcenie plastyczne zachodzi znacznie wolniej niż 

odkształcenie sprężyste, a próba udarności trwa bardzo krótko. Niemniej jednak z 

charakteru przełomu można wnioskować o własnościach plastycznych materiału.

Stosowane są dwie próby zginania wg Charpy'ego i wg Izoda. W metodzie Charpy'ego 

próbka stanowi belkę dwustronnie swobodnie podpartą, a w próbie Izoda jest belką 

jednostronnie utwierdzoną. W Polsce znormalizowana jest tylko próba Charpy'ego, gdyż 

jest ona próbą popularniejszą. Określa ją norma PN - 69 / H - 04370 dla stali i staliwa, PN 

- 62 / H - 83107 dla żeliwa szarego, PN - 71 / D - 04107 dla drewna.

 

Rys.1.1.Schemat udarności według metody Charpy'ego.

2. Próbki.

 

Do próby udarności używa się próbki w kształcie prostopadłościanów lub walców, gładkich 

albo z wykonanym karbem w miejscu, w którym przewidziany jest przełom. Próbki gładkie 

walcowe o 20 mm używane są do badania żeliwa szarego, gładkie prostopadłościenne 20 x 

20 mm dla drewna i prostopadłościenne z karbem dla stali i staliwa. Podana już wyżej 

PN-69 / H - 04370 przewiduje do prób udarności stali i staliwa trzy typy próbek:

- typu Mesnager ( rys. 1.2 ),

- typu ISO - Charpy U ( rys.1.3 ),

- typu ISO - Charpy V (rys. 1.4 ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rys.1.2.Próbka typu Mesnager

( z karbem w kształcie litery U ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Do badania stali i staliwa powszechnie używane są próbki typu Mesnager. Próbki typu ISO 

- Charpy U z karbem o głębokości 5 mm stosuje się wtedy, gdy materiał jest na tyle 

ciągliwy, że próbki typu Mesnager nie ulegają złamaniu przy użyciu całego zasobu energii 

młota. Norma PN - 69 / H - 04370 dopuszcza stosowanie próbek typu Mesnager i ISO 

Charpy V o szerokości 7,5 i 5 mm dla wyrobów, z których nie można wyciąć próbki o 

szerokości 10 mm oraz dla materiałów, które do złamania próbki wymagają energii 

powyżej 300 J.

 

Liczbę próbek potrzebnych do badania, miejsce ich pobrania oraz położenie osi karbu i 

próbki ustalają normy przedmiotowe lub warunki techniczne.

Odcinki próbne, z których wykonuje się próbki należy wycinać "na zimno" na obrabiarkach 

do skrawania. Unikać przy tym należy miejscowego nagrzania lub zgniotu, które mogłyby 

zmienić własności próbki. Dopuszczalne jest wycinanie odcinków próbnych za pomocą 

palnika acetylenowego lub nożyc, ale należy wówczas przewidzieć taki naddatek 

przeznaczony do usunięcia za pomocą obróbki wiórowej, aby mieć pewność, że własności 

materiału samej próbki nie uległy zmianie.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rys.1.4.Próbka typu ISO - Charpy ( z karbem w kształcie litery V ).

 

Próbki powinny być całkowicie obrobione skrawaniem, a karby należy wykonać 

frezowaniem lub wierceniem i przecinaniem. W pewnych przypadkach przewidzianych w 

normach przedmiotowych dopuszcza się pozostawienie jednej z bocznych powierzchni 

surowej, a dla wyrobów o grubości nominalnej 10 mm i poniżej - obydwu powierzchni 

surowych. Gładkość powierzchni wywiera pewien, choć nieznaczny wpływ na udarność. 

Promień zaokrąglenia i głębokość karbu mają bardzo duży wpływ na udarność próbki. 

Niedopuszczalne są na dnie karbu rysy wzdłużne widoczne nieuzbrojonym okiem.

 

3.Urządzenia do przeprowadzenia próby.

 

Próbę udarności przeprowadza się na młotach typu Charpy, Amsler lub innych 

przeznaczonych do badań próbek podpartych na obu końcach. Najczęściej w laboratoriach 

krajowych stosuje się młoty Charpy ( rys. 1.3 ). Młot 2 jest zamocowany wachliwie na 

podstawie 1. Na osi obrotowej połączonej sztywno z wachadłem znajduje się wskazówka 

5, która z pewnym oporem może obracać się wokół osi.

Po zamocowaniu wahadła w górnym początkowym położeniu, wskazówkę 5 powinno się 

dosunąć do oporu 3. Po zwolnieniu zaczepu młot opada na próbkę 6, po czym wychyla się 

o kąt b, o wartość kąta wychylenia się również wskazówka 5 i wskazuje na odpowiedniej 

skali wartość pracy zużytej na złamanie próbki. Po złamaniu próbki wahadło zatrzymuje się 

ręcznie przy pomocy hamulca 7.

Młoty wahadłowe powinny mieć konstrukcję sztywną oraz powinny być dostatecznie 

ciężkie, trwale przymocowane do fundamentu i posiadać energię uderzenia 300 10 J. 

Prędkość młota wahadłowego w chwili uderzenia powinna wynosić v = 4,5 - 7 m / s. Straty 

energii na skutek tarcia nie powinny przekraczać 0,5 % największej energii uderzenia.

 

Rys.1.5.Młot wachadłowy Charpy'ego.

4.Przełomy próbek.

 

Po złamaniu próbki analizuje się jej przełom. Między wartością pracy złamania a rodzajem 

przełomu istnieje pewna zależność, która potwierdza otrzymane wyniki i dostarcza 

informacje o własnościach materiału próbki, wadach wewnętrznych itp. Rozróżnia się trzy 

charakterystyczne rodzaje przełomów ( rys. 1.4 ):

1/ przełom rozdzielczy - próbka została zgięta, pęknięcie nastąpiło po przekroczeniu granicy 

plastyczności, tj. przy znacznym odkształceniu trwałym,

2/ przełom kruchy - próbka pękła nie wykazując widocznego odkształcenia plastycznego,

3/ przełom z rozwarstwieniem - wskazujący na duży stopień anizotropowości materiału 

spowodowany przeróbką plastyczną, lub wskazujący na obecność jednego lub więcej pasm 

zanieczyszczeń.

Na rodzaj przełomu oprócz własności materiału wpływają również kształt i wymiary karbu.

 

5.Ocena wyników i unieważnienie próby.

 

W procesie wykonywania próbek trudno jest się ustrzec od popełnienia błędów kształtu, 

szczególnie błędów kształtu karbu, stąd w próbach udarności występuje duża rozbieżność 

wyników. Aby uzyskać miarodajne dane doświadczalne, należy badać większe liczby 

próbek i opierać się na wynikach średnich.

Przyjęte jest, że dla wyznaczenia wskaźnika K dla danego materiału należy zbadać co 

najmniej trzy próbki.

 

 

Rys. 1.6. Wygląd próbek po zginaniu udarowym przy złomie:

a / rozdzielczym, b / kruchym, c / z rozwarstwieniem

 

Jeżeli przełom na bocznej powierzchni próbki przebiega linią łamaną lub wykazuje pęknięcia 

hartownicze, próbę należy uznać za nieważną i powtórzyć próbę na jednej próbce 

zastępczej. W przypadku gdy próbka nie została przełamana, lecz przeszła przez podpory, 

należy zanotować w protokóle "nie złamana", a otrzymaną wartość udarności zapisać w 

nawiasie. Jeżeli próbka nie została przełamana z powodu dużej udarności materiału i 

niewystarczającej energii uderzenia młota, należy w protokóle umieścić "nie złamała się" i pod 

wartością udarności postawić znak >.

 

III.Przebieg ćwiczenia..

 

1.Przygotować arkusz protokółu,

2.Sporządzić w protokóle schemat podparcia i obciążenia próbki oraz zapisać dane 

charakterystyczne młota, typ i pole przekroju próbki. Pole przekroju próbki określa się z 

pomiaru suwmiarką szerokości i grubości w przekroju karbu.

3.Ułożyć próbkę na podporach. Przy tej czynności należy przestrzegać, aby:

- uderzenie młota było środkowe,

- oś karbu leżała w płaszczyźnie ruchu młota,

- karb był skierowany do podpór,

- próbka przylegała do podpór.

 

UWAGA:

Od chwili zaczepienia wahadła w górnym położeniu, aż do chwili zatrzymania go przy 

pomocy hamulca nie wolno nachylać się nad próbka i należy zachować jak najdalej idące 

środki ostrożności, gdyż uderzenie młotem grozi śmiercią lub kalectwem.

 

5.Odczytać na skali młota i zapisać w protokóle wartość pracy Lu oraz obliczyć ze wzoru 

udarność.

6.Zrobić szkic próbki po próbie i zanotować uwagi dotyczące przełomu oraz warunków 

wykonania próby ( temperatura otoczenia ). 

IV.Uwagi do sprawozdania.

Sprawozdanie z próby powinno zawierać:

a / określenie celu próby,

b / określenie wyznaczonej wielkości,

c / uproszczony schemat młota,

d / protokół próby ( tab. 1 ),

e / omówienie otrzymanych wyników ( zależności udarności od gatunków stali i obróbki 

cieplnej ),

f / uwagi i wnioski.

Tabela 1.

 

Nr

próbki

Materiał i

obr. cieplna

Typ

próbki

Pole pow.

przekroju poprzecznego

Praca

złamania

 

Udarność