Тестът за удар на Шарпи е стандартизиран тест за висока скорост на деформация, който определя количеството енергия, погълнато от материала по време на счупване. Тази абсорбирана енергия е мярка за издръжливостта на даден материал на прорез и действа като инструмент за изследване на зависим от температурата преход пластично-крехко. Като доставчик на машини за изпитване на удар на Шарпи, бях свидетел от първа ръка как този тест играе решаваща роля за разбирането на механичните свойства на материала и техните взаимовръзки.
Разбиране на теста за удар на Шарпи
Тестът за удар на Шарпи включва удряне на нарязан образец с люлеещо се махало. Измерва се енергията, погълната по време на счупването на образеца, която е известна като ударна якост. Тестът се провежда при различни температури, за да се оцени поведението на материала при различни условия на околната среда. А500J машина за изпитване на удар на Шарпи с цифров дисплейчесто се използва за тази цел, осигурявайки точни и надеждни резултати.
Ударна якост и други механични свойства
Връзка с якостта на опън
Якостта на опън е максималното напрежение, на което материалът може да издържи, докато се разтяга или дърпа, преди да се счупи. Ударната якост и якостта на опън са свързани, но не по пряк линеен начин. Като цяло, материалите с висока якост на опън не е задължително да имат висока якост на удар. Например, някои стомани с висока якост могат да бъдат много здрави при условия на статично натоварване, но могат да бъдат крехки и да имат ниска ударна якост, особено при ниски температури. Това е така, защото механизмите на деформация и счупване при статично (опън) и динамично (ударно) натоварване са различни. Способността на материала да устои на образуването и разпространението на пукнатини при ударно натоварване е ключов фактор при определяне на неговата ударна якост, която може да не е пряко свързана със способността му да издържа на силите на опън.
Корелация с пластичност
Пластичността е способността на материала да се деформира пластично преди счупване. Ударната якост и пластичността са тясно свързани. Пластичните материали са склонни да абсорбират повече енергия по време на теста за удар на Шарпи, тъй като могат да претърпят значителна пластична деформация преди да се счупят. Тази пластична деформация разсейва енергията, което води до по-високи стойности на ударна якост. Обратно, крехките материали имат ограничена пластичност и се счупват с малка или никаква пластична деформация, което води до по-ниска якост на удар. Например, aКомпютърно управление Напълно автоматична машина за изпитване на удар при висока температураможе да се използва за изследване на поведението на материали при повишени температури, където някои крехки материали могат да станат по-пластични, увеличавайки тяхната ударна якост.
Връзка с Твърдостта
Твърдостта е мярка за устойчивостта на материала на вдлъбнатина или надраскване. Докато твърдостта и ударната якост са важни механични свойства, те често имат обратна връзка. Твърдите материали обикновено са по-крехки и имат по-ниска якост на удар. Това е така, защото процесите на втвърдяване, като топлинна обработка или легиране, могат да увеличат здравината и твърдостта на материала, но могат също така да намалят неговата пластичност и издръжливост. Тази връзка обаче не е абсолютна и някои усъвършенствани материали могат да бъдат проектирани така, че да имат както висока твърдост, така и разумна устойчивост на удар.
Фактори, влияещи върху връзката
Няколко фактора могат да повлияят на връзката между якостта на удар и други механични свойства.
температура
Температурата има значително влияние върху ударната якост на материала. Много материали показват температура на преход пластично-крехко (DBTT). Под DBTT материалът се държи по крехък начин с ниска ударна якост, докато над тази температура той става по-пластичен и има по-висока ударна якост. Например при стоманите DBTT може да варира в зависимост от състава и микроструктурата на материала. АМашина за изпитване на удар на Шарпи от пластмасаможе да се използва за изследване на зависимо от температурата поведение на пластмасови материали, които също показват промени в ударната якост с температура.
Микроструктура
Микроструктурата на материала, включително размера на зърната, фазовия състав и наличието на включвания или дефекти, може значително да повлияе на неговата ударна якост. Финозърнестите материали обикновено имат по-висока якост на удар от едрозърнестите материали, тъй като по-малкият размер на зърното осигурява повече бариери пред разпространението на пукнатини. Освен това наличието на определени фази или включвания може или да подобри, или да намали якостта на удар. Например, в някои сплави, наличието на втора фаза може да действа като предпазител от пукнатини, увеличавайки якостта на удар.
Скорост на напрежение
Скоростта на деформация по време на изпитването на удар е много по-висока, отколкото при статичен тест на опън. Тази висока скорост на деформация може да доведе до различно поведение на материала в сравнение с условията на статично натоварване. Някои материали могат да проявят чувствителност към скорост на деформация, при която техните механични свойства, включително ударна якост, се променят със скоростта на деформация. Например, някои полимери могат да станат по-крехки при високи скорости на деформация, което води до по-ниска якост на удар.
Значение на разбирането на връзката
Разбирането на връзката между якостта на удар и други механични свойства е от решаващо значение в много инженерни приложения.
Избор на материал
При проектирането на конструкции и компоненти инженерите трябва да избират материали с подходящи механични свойства. Познавайки връзката между якостта на удар и други свойства, те могат да изберат материали, които могат да издържат на очакваните условия на натоварване. Например в космическата индустрия се изискват материали с висока якост на удар и добра якост на опън, за да се гарантира безопасността и надеждността на компонентите на самолетите.
Контрол на качеството
Тестът за удар на Шарпи е важен инструмент за контрол на качеството в производствения процес. Чрез измерване на ударната якост на материалите, производителите могат да гарантират, че продуктите отговарят на изискваните стандарти. Отклоненията в стойностите на ударна якост могат да показват проблеми със състава на материала, термичната обработка или производствения процес.
Анализ на отказите
В случай на повреда на компонент, разбирането на връзката между якостта на удар и други механични свойства може да помогне при определяне на причината за повредата. Ако даден компонент се повреди при ударно натоварване, анализирането на якостта на удар и други подходящи свойства може да даде представа дали повредата се дължи на крехкост на материала, неправилен дизайн или други фактори.
Заключение
Връзката между ударната якост и другите механични свойства е сложна и се влияе от различни фактори като температура, микроструктура и скорост на деформация. Като доставчик на Charpy Impact Test Machines, ние разбираме значението на точното и надеждно тестване за разбирането на тези взаимоотношения. Нашите машини, като например500J машина за изпитване на удар на Шарпи с цифров дисплей,Компютърно управление Напълно автоматична машина за изпитване на удар при висока температура, иМашина за изпитване на удар на Шарпи от пластмаса, са проектирани да предоставят прецизни и последователни резултати, помагайки на нашите клиенти да вземат информирани решения относно избора на материал, контрола на качеството и анализа на неизправностите.
Ако се интересувате да научите повече за нашите машини за изпитване на удар на Шарпи или имате специфични изисквания за вашите нужди от изпитване, ви каним да се свържете с нас за доставка и допълнително обсъждане. Нашият екип от експерти е готов да ви помогне да намерите най-подходящите решения за вашите приложения.
Референции
- Callister, WD, & Rethwisch, DG (2018). Материалознание и инженерство: Въведение. Уайли.
- Комитет за наръчника на ASM. (2005). Наръчник на ASM, том 8: Механични тестове и оценка. ASM International. - Shigley, JE, Mischke, CR, & Budynas, RG (2004). Дизайн на машиностроенето. Макгроу-Хил.