Ударна в'язкість металевих матеріалів відноситься до їх здатності протистояти пошкодженням і відновлювати деформацію під впливом ударних навантажень. Цей показник ефективності має велике значення для практичного застосування матеріалів. Ударна в'язкість не тільки відображає в'язкість і крихкість матеріалів, але й визначає довговічність і надійність матеріалів при динамічних навантаженнях. Існує багато факторів, які впливають на ударну в'язкість металевих матеріалів, в основному включаючи властивості самої сировини, орієнтацію зразка, геометрію надрізу та якість обробки, точність випробувальної машини, відповідність маятника та рама, температура випробування, розташування ударного зразка тощо. Нижче наведено детальний аналіз цих факторів.
1. Властивості самої сировини
Ударна в'язкість металевих матеріалів тісно пов'язана з їх власною металографічною структурою, хімічним складом, фізичними властивостями, технологією обробки та процесом термічної обробки. Наприклад, хімічний склад металів, особливо таких елементів, як вуглець (C), фосфор (P), сірка (S), зазвичай призводить до зниження ударної в'язкості матеріалу при збільшенні їх вмісту. Це пояснюється тим, що ці елементи схильні до утворення крихких фаз або включень усередині матеріалу, збільшують концентрацію напруги та знижують міцність матеріалу. Навпаки, такі елементи, як марганець (Mn) і нікель (Ni), можуть ефективно підвищити міцність матеріалу в певному діапазоні. Mn може подрібнювати зерна та перешкоджати випаданню карбідів уздовж меж зерен, у той час як Ni може збільшувати енергію дефекту упаковки фериту та сприяти поперечному ковзанню дислокацій, усе це сприяє покращенню в’язкості сталі.
Крім того, фазовий склад металевих матеріалів також має істотний вплив на їх ударну в'язкість. Ферит є фазою з низькою міцністю, хорошою пластичністю і в'язкістю. Чим вищий його вміст, тим зазвичай краща ударна в'язкість матеріалу. Навпаки, мережа карбідів погіршить міцність матеріалу. Чим більше його кількість, тим гірше ударна в'язкість матеріалу. Тому, регулюючи хімічний склад і процес термічної обробки матеріалу, можна контролювати фазовий склад, а потім оптимізувати ударну в’язкість матеріалу.
2. Спрямованість вибірки
Орієнтація металевих матеріалів впливає на їхні механічні властивості, включаючи в’язкість. У реальному виробництві та машинобудуванні більшість металевих матеріалів прокатують. У процесі прокатки металеві включення подовжуються вздовж основного напрямку деформації разом із металевими зернами, утворюючи металеву волокнисту тканину, що серйозно впливає на ударну в’язкість металевого матеріалу. Таким чином, відбір зразків уздовж напрямку прокатки, тобто довга вісь зразка паралельна напрямку прокатки, а виїмка відкрита перпендикулярно напрямку прокатки, ударна в’язкість, отримана шляхом відбору зразків, є більшою; навпаки, вибірка перпендикулярна до напрямку прокатки та надріз уздовж напрямку прокатки, ударна в’язкість, отримана шляхом відбору, менша.
3. Геометрія виїмки та якість обробки
Геометрія та якість обробки надрізу мають важливий вплив на ударну в'язкість матеріалу. Відповідно до стандарту GB/T 229-2007 виїмки в основному поділяються на U-тип і V-тип. Порівняно з U-подібними виїмками, V-подібні виїмки мають більш концентроване навантаження, тому їх ударна в’язкість зазвичай нижча. Для того самого металевого матеріалу ударна в’язкість зразків із надрізами набагато менша, ніж у зразків без надрізів, оскільки надрізи спричинятимуть концентрацію напруги, тим самим знижуючи в’язкість матеріалу. Значущість концентрації напруги для ударних зразків з надрізом варіюється від великого до малого в порядку I-типу, V-типу, U-типу та напівкруглих ударних зразків.
Крім того, якість обробки надрізів також є одним із важливих факторів, що впливають на ударну в'язкість. Якість обробки надрізу головним чином впливає на ударну в'язкість матеріалів, впливаючи на концентрацію напруги та деформації поблизу надрізу. Дослідження показали, що ударна в'язкість зменшується зі збільшенням глибини надрізу ударного зразка, а ударна в'язкість металевих матеріалів підвищується із збільшенням радіуса кореня надрізу; ударна в'язкість знижується зі збільшенням оброблюваних подряпин і ступенем затвердіння в нижній частині надрізу. Тому ударний зразок слід обробляти суворо відповідно до положень щодо розміру виїмки зразка з ударною насічкою в GB/T 229-2007.
4. Точність випробувальної машини та узгодженість маятника та рами
Ударна в'язкість металевих матеріалів має певні вимоги до точності машини для ударних випробувань. Випробувальна машина з низькою точністю має більший вплив на ударну в'язкість. Крім того, ударна в'язкість також пов'язана з похибкою пристрою для зчитування машини для випробувань на удар, тому перед випробуванням слід виконати операцію обнулення.
Координація маятника і рами також має вирішальне значення. Випробування на удар є одноразовим руйнівним випробуванням, тому координація маятника та рами має бути точною. Це включає в себе паралельність осі маятника і базової площини, паралельність сторони маятника і площини гойдання, радіальний і осьовий зазор вала маятника, відстань від осі вала маятника до центру удару, взаємне розташування ударна лопатка та опорний проліт тощо, усі вони мають відповідати вимогам відповідних стандартів. Якщо відносне положення між ударною лопаткою та центром опорного прольоту не відповідає вимогам, ударна лопатка та центральна лінія виїмки зразка не можуть збігатися, що призводить до неточних результатів вимірювання та більшої ударної в’язкості.
5. Випробувальна температура
Температура випробувань також є одним із важливих факторів, що впливають на ударну в'язкість матеріалів. Під час випробування на ударну в'язкість визначається температурний діапазон крихкої зони матеріалу, який можна контролювати під час використання, щоб уникнути впливу температури крихкої зони на матеріал. Різні матеріали з кольорових металів мають різну ударну в’язкість, що залежить від температури, але енергія поглинання удару залежить від температури, однорідності температури та часу ізоляції. Зі зниженням температури зазвичай знижується ударна в'язкість матеріалу. Це пояснюється тим, що при низьких температурах здатність матеріалу до пластичної деформації знижується, а швидкість поширення тріщини прискорюється, що призводить до зниження в’язкості.
6. Позиціонування ударного зразка
Розташування зразка для удару повинно гарантувати, що центральна лінія надрізу зразка для удару збігається з ударною лопаткою на маятнику, щоб зменшити похибку випробування. Якщо їх взаємне розташування не збігається та не відповідає необхідним 0,5 мм, максимальна сила удару не може діяти на мінімальний поперечний переріз у корені виїмки ударного зразка, що в кінцевому підсумку призводить до більшої ударної в’язкості .
7. Інші фактори
Окрім вищезазначених факторів, внутрішні дефекти та домішки металевих матеріалів також суттєво впливатимуть на їх ударну в’язкість. Дефекти та домішки підвищать концентрацію напруги та зменшать міцність матеріалу. Наприклад, внутрішні дефекти, такі як включення та бульбашки, призведуть до виникнення та розширення тріщин, тим самим зменшуючи ударну в’язкість матеріалу. Щоб зменшити вплив дефектів і домішок на в'язкість матеріалу, необхідно суворо контролювати якість сировини та умови виробничого процесу під час підготовки та обробки матеріалу.
Висновок
Фактори, що впливають на ударну в'язкість металевих матеріалів, є багатогранними, включаючи властивості самої сировини, орієнтацію зразка, геометрію надрізу та якість обробки, точність випробувальної машини, координацію маятника та рами. , температура випробування, розташування ударного зразка тощо. Комплексно враховуючи ці фактори та вживаючи відповідних заходів оптимізації, можна значно покращити ударну в’язкість металевих матеріалів, щоб відповідати потреби різних промислових застосувань. У практичних застосуваннях необхідно вибрати відповідні матеріали та процеси на основі характеристик матеріалів та умов використання, щоб гарантувати, що ударна в’язкість матеріалів відповідає проектним вимогам.
