Podstawy teoretyczne

Próbę udarności przeprowadza się na młotach wahadłowych typu Charpy, przeznaczonych do badań próbek podpartych swobodnie na obu końcach. W zależności od rodzaju badanego materiału i rozmiarów próbki, stosuje się młoty o zakresach 2500 J, 750 J, 300 J, 150 J, 100 J, 70 J, 30 J, 10 J, 5 J i 0,4 J, przy czym przeważnie każdy z nich można nastawić na dwa zakresy. Zasadniczą częścią młota jest wahadło złożone z ramienia, na końcu którego zawieszony jest główny ciężar w postaci płaskiej tarczy. Wahadło przed próbą podnosi się ręcznie lub przy dużych młotach za pomocą silnika do górnego początkowego położenia określonego kątem. Przy swobodnym opadaniu wahadła, w położeniu pionowym posiada ono

największą energię kinetyczną, której wartość jest cechą charakterystyczną danego młota, zależną od jego rozmiarów i konstrukcji. Pracę uderzenia, odpowiadającą energii zużytej na złamanie próbki określa wzór:

K=mgr (cosβ - cosα)

gdzie:

m – masa wahadła młota

R – odległość od osi wahadła młota do środka próbki ustawionej na podporach

β – kąt wychylenia wahadła młota po złamaniu próbki

α – kąt wychylenia wahadła młota w położeniu początkowym (na ogół = 160˚).

Praktycznie wielkość pracy K odczytuje się wprost w [J] na odpowiedniej skali, po której po-rusza się wskazówka wprawiana w ruch przez ramię wahadła i pokazująca jego położenie krańcowe. Do górnej części jednej z kolumn przyłączona jest zapadka, na której może być zawieszone wahadło przed próbą. Kąt opadania jest ustawiony na 160˚. W lewej kolumnie jest łożysko oporowe, w którym umieszczony jest miernik piezoelektryczny do pomiaru składowej siły uderzenia. W bocznej części zabudowane jest urządzenie obciążające, za pomocą którego wywołuje się równomierną siłę ściskającą w celu wycechowania miernika piezoelektrycznego. Na ścianie wewnętrznej jednej z kolumn jest przymocowany nadajnik fotokomórki. Składa się on z obudowy, w której zabudowane są fotokomórka i lampa jarzeniowa. Pomiędzy lampą i fotokomórką znajduje się wycięcie, przez które prowadzona jest zasłona przymocowana do wahadła. Tym samym ruch wahadła jest przenoszony na nadajnik fotokomórki, która przetwarza ruch wahadła na sygnał elektryczny. Sygnał ten jest przewodami doprowadzony do piezoelektrycznego urządzenia mierniczego. Pomiar siły uderzenia następuje więc przez piezoelektryczny miernik wbudowany do łożyska oporowego, który jest połączony ze wzmacniaczem urządzenia głównego poprzez stopień elektromierza. Pomiar ugięcia próbki następuje poprzez nadajnik fotokomórki. Ten ostatni podłączony jest do układu urządzenia głównego, znajdującego się wraz ze wzmacniaczem we wnętrzu urządzenia głównego. Wytworzone w czasie próby przez obydwa mierniki napięcia są proporcjonalne do siły uderzenia i ugięcia próbki. W polu widzenia oscyloskopu urządzenia głównego ukazuje się wykres próby, który może być fotografowany.

Schemat młota wahadłowego firmy Losenhausen: 1.Podstawa, 2.Kolumny, 3.Wahadło, 4.Ramię wahadła, 5.Tarcza, 6.Zapadka, 7.Podpory, 8.Próbka, 9.Wskazówka, 10. Dźwignia, 11.Tarcza pomiarowa, 12.Dźwignia hamulca, 13.Hamulec

Opracowanie wyników

Próba udarowego zginania (udarności)

Próba udarności polega na złamaniu jednokrotnym uderzeniem młota wahadłowego próbki z karbem, podpartej swobodnie obydwoma końcami na podporach młota oraz pomiarze pracy uderzenia, odpowiadającej energii zużytej na złamanie próbki. Według obowiązującej normy PN-79/H-04370 udarność KC oblicza się w [J/ cm2] wg wzoru:

K

  14,4           [kGm]

                                                       KC =           =                                    = 168,9[J/cm2]

                                                                   S0        10 . 8,36 . 10-2   [cm2]

gdzie:

1[kGm] = 9,806[J]

K – praca uderzeniowa

S0 – powierzchnia początkowa przekroju próbki w miejscu karbu

Próbka z karbem V przeznaczona do badań:

Tabela 1

Wyniki próby

Próba udarowego rozciągania

Udarowa próba rozciągania polega na rozerwaniu próbki przez jednorazowe uderzenie młota wahadłowego. Do udarowej próby rozciągania wykorzystuje się próbkę z nagwintowanymi częściami uchwytowymi. Próbkę taką mocuje się w odpowiednim uchwycie, który następnie ustala się w tarczy wahadła młota udarowego.

Wymiary próbki poddanej próbie udarowego rozciągania:

Po udarowym zerwaniu próbki i jej złożeniu mierzymy odległość między głowami próbki  w celu obliczenia całkowitego wydłużenia

Dlu= l1 - l0 = 22,74-19,88 = 2,86[mm]

Przy udarowej próbie rozciągania nie znamy przebiegu obciążeń, dlatego wyznaczamy tylko umowną wartość średniego obciążenia i naprężenia ze wzorów:

                                                                  Lu           3,25        [kGm]

                                                       Fmu =          =                                = 1,13[kN]

                                                                  Dlu        2,86 . 10-3     [m]

                                                                  Lu                    3,25             [kGm]

                                                       Rmu =            =                                           = 91,64[MPa]

                                                                  S0Dlu      12,4 . 2,86 . 10-3     [m2]

gdzie:

Lu – praca zużyta na złamanie próbki odczytana na młocie,

Dlu – przyrost długości próbki

S0 – pole przekroju próbki przed próbą.

Przewężenie względne dla próbki o przekroju kołowym wynosi:

Z = [1–(d1/d0)2] . 100% = 0,383 %

gdzie:

d0 - średnica próbki przed próbą udarowego rozciągania

d1 - średnica próbki w miejscu zerwania

Wydłużenie względne natomiast wynosi:

                                                                l1 – l0        22,74 – 19,88

                                                       A5 =              =                           . 100% = 0,143 % 

             l0                  19,88

gdzie:

l0 – długość pomiarowa próbki przed próbą

l1 - długość pomiarowa próbki po próbie

Tabela 2