Испытания на вязкость

Испытания на ударную вязкость позволяют определить, как материал реагирует на резкое механическое воздействие. Даже прочные металлы могут разрушаться при ударе, при пониженных температурах. Подход показывает, насколько образец способен поглощать энергию до момента разрушения. Показатель важен при выборе материалов для конструкций, работающих под динамическими нагрузками или в агрессивной среде. Чугун при низкой температуре может легко разрушиться от удара, в то время как более мягкий алюминий способен поглощать энергию и не ломаться даже под резкой нагрузкой.

Что такое вязкость и ударная вязкость материалов

Вязкость — это способность материала противостоять деформированию под воздействием внешних сил. При статических нагрузках эта характеристика проявляется в виде пластичности или хрупкости. Однако в условиях резкого удара важно учитывать другой параметр — ударную вязкость.

Ударная вязкость — это величина, показывающая, какую часть механической энергии материал может поглотить до момента разрушения при кратковременном динамическом нагружении. Она измеряется в джоулях на квадратный сантиметр (Дж/см²) и определяется на стандартных образцах. Этот параметр учитывается при проектировании оборудования, подвергающегося резким нагрузкам: отлет деталей, падения, удары, вибрация.

На показатель влияют:

• температура, при которой проводится испытание;
• структура, состав металла;
• наличие надрезов или концентраторов напряжений;
• скорость приложения нагрузки;
• вид, направление воздействия.

Материалы с высокой ударной вязкостью считаются более надёжными при переменных, экстремальных условиях эксплуатации. Особенно важно это свойство для конструкций, где недопустимы внезапные разрушения.

В каких случаях проводят испытание на ударную вязкость

Испытания на ударную вязкость требуются для оценки поведения металлов, сплавов в условиях кратковременного механического воздействия. Такие проверки особенно важны для ответственных деталей, узлов, от которых зависит безопасность эксплуатации.

Проводятся в следующих случаях:

• при разработке новых марок сталей, сплавов;
• при сертификации продукции;
• в процессе входного контроля металлопроката;
• после термической или сварочной обработки;
• при оценке влияния климатических условий на прочность;
• в случае разрушения конструкции для анализа причин отказа.

Часто испытания необходимы для изделий, эксплуатируемых в условиях переменных температур или резких нагрузок. Например, в трубопроводах, конструкциях мостов, элементах машин, кузовах транспортных средств. Также обязательны для изделий, предназначенных для эксплуатации на Крайнем Севере, в условиях низких температур.

Проверка позволяет определить склонность к хрупкому разрушению, а также выбрать оптимальные материалы для заданных условий эксплуатации. По результатам формируется представление о способности металла выдерживать удар без разрушения.

Методика испытания на вязкость

Процедура направлена на определение сопротивляемости материала резкому механическому воздействию. Основной задачей является вычисление количества энергии, необходимой для разрушения образца определенной формы, размера. Проверка может быть проведена как практически с использованием оборудования, так и расчетным способом с учетом геометрии, температуры и направления ударной нагрузки.

Основные этапы методики:

1. Подготовка стандартных образцов с надрезом.
2. Установка на маятниковый копер (ударное испытательное устройство).
3. Определение показателя энергии разрушения (в джоулях) по шкале прибора.
4. Перевод результата в единицы ударной вязкости — Дж/см² (для стали чаще используют обозначение KCU или KCV).

Типичный размер заготовки — 10×10×55 мм. Надрез выполняется строго по ГОСТ в форме U, V или Т. Глубина надреза — 2 мм, угол — 45–60 градусов.

Метод испытания на ударную вязкость определяется:

• по форме надреза;
• температуре проведения;
• направлению удара;
• типу маятникового копра (Шарпи, Изода).

При изменении одного из этих параметров результаты меняются. Поэтому методика жестко стандартизирована, подбирается с учётом условий эксплуатации изделия.

Как проводится испытание образцов на вязкость

Все образцы должны соответствовать требованиям ГОСТ 7565, который определяет геометрию, размеры и допуски для проведения корректных испытаний. Образцы фиксируются в опорах испытательного стенда. Надрез должен находиться точно в центре между двумя точками опоры. Молот маятника опускается с заданной высоты, наносит удар в противоположную сторону от надреза.

После разрушения образца:

• измеряется остаточная высота поднятия маятника;
• определяется энергия, потраченная на разрушение;
• вычисляется значение ударной вязкости: KCU=AFKCU = \frac{A}{F}KCU=FA​, где A — работа разрушения (Дж), F — площадь сечения в зоне надреза (см²).

Важно учитывать:

• направление удара;
• температуру заготовки;
• симметрию надреза;
• соблюдение размеров согласно нормативу.

В случае разрушения по надрезу, фиксируется характер излома — хрупкий, вязкий или смешанный. Для особо ответственных деталей применяется серия испытаний при разных температурах, включая минусовые значения.

Оборудование и условия для испытания металлов на ударную вязкость

Основное испытательное оборудование — маятниковый копер (ударный маятниковый прибор), соответствующий ГОСТ 9454-78. Типы оборудования:

• копер Шарпи (удар в сторону, противоположную надрезу);
• копер Изода (удар по надрезу);
• универсальные модели с настройкой параметров удара.

Ключевые технические параметры копра:

• номинальная энергия удара (150, 300, 450 Дж);
• длина маятника (обычно 750–1000 мм);
• скорость удара (около 5 м/с).

Дополнительные условия:

• строго контролируемая температура образцов (испытания могут проводиться от –100 °C до +100 °C);
• наличие холодильной камеры или термостата для подготовки образцов;
• калиброванное измерительное оборудование для фиксации результатов;
• сертифицированные средства измерений, прошедшие поверку, калибровку.

Нарушение температурного режима может привести к искажению результатов. Поэтому каждый образец выдерживается при заданной температуре не менее 5 минут до момента удара.

Оформление результатов исследований

Итог каждого испытания фиксируется в официальном документе — протоколе. В нем указываются все параметры, важные для оценки качества материала. Протокол требуется:

• при сертификации металлопроката;
• подтверждении качества сварных соединений;
• приеме ответственных конструкций на производстве.

Содержание протокола:

• дата, номер документа;
• тип, марка исследуемого материала;
• форма, параметры образца;
• вид надреза (U, V, Т);
• температура испытания;
• тип испытательного оборудования (копер Шарпи или Изода);
• энергия разрушения (в джоулях);
• расчет ударной вязкости (в Дж/см²);
• характер разрушения;
• обозначение нормативного документа (например, ГОСТ 9454-78);
• подписи ответственных лиц.

Документ оформляется согласно требованиям национальных стандартов.

Сопутствующие услуги центра

Часто требуется выполнение дополнительных процедур, сопровождаемых оформлением нормативной документации. В перечень сопутствующих услуг входят:

• разработка методики испытаний с учетом особенностей материалов, условий эксплуатации;
• оформление свидетельства об утверждении типа средств измерений (СУТСИ) для оборудования, применяемого при проведении испытаний;
• оформление экспертного заключения по результатам измерений, анализа показателей;
• подготовка технического описания образцов, включая описание структуры, состава, геометрии, назначения;
• сертификация продукции, предназначенной для последующей эксплуатации или реализации;
• поверка, калибровка средств измерений (СИ), используемых в процессе тестирования;
• организация сертификации лаборатории, выполняющей механические, физико-химические исследования.

Все мероприятия выполняются в соответствии с нормативными актами, требованиями стандартов. Консультируем бесплатно. Звоните!

Вопрос-ответ

Добрый день! Какой имеет срок действия протокол на какие-либо испытания материала?

Здравствуйте! Срок действия протокола обычно составляет 1 год.