Incercari de incovoiere prin soc

Incercari de incovoiere prin soc

1.Generalitati

Incercarile de incovoiere prin soc se efectueaza frecvent la temperatura ambienta. Materialele metalice se comporta diferit la temperaturi scazute la incercarile de incovoiere prin soc, valorile energiei de rupere scazand odata cu scaderea temperaturii.

Un material poate sa se rupa ductil la temperatura ambianta si fragil la o temperatura mai scazuta .

Fig. 1. Epruvete pentru incercari la incovoiere prin soc

Temperatura care corespunde treceii materialului de la starea de rupere ductila la cea de rupere fragila poarta numele de punct de tranzitie sau prag de fragilizare la rece.

In general se apreciaza ca daca un material are o energie de rupere (la temperatura de incercare) de 27 j atunci el are o comportare ductila (figura 2).

Fig. 2. Schema aparatului Charpy

Fig. Tranzitia ductil-fragil

In cazul incercarii la rupere prin tractiune s-a remarcat faptul ca aplicarea fortei  asupra epruvetei s-a efectuat cu viteza de incarcare mica, care in conformitate cu prevederile STAS-ului aferent incercarii trebuie sa fie de maxim 10 daN/mm².sec. Aceasta limitare s-a impus deoarece s-a constat ca o proba de metal care prezinta deformatii mari (A_rup.) la incercare statica (viteza de incarcare sub limita maxima prevazuta anterior), deci cu plasticitate ridicata, poate sa reziste la incercare dinamica prin soc, cand viteza de incarcare a probei depaseste 10 daN/mm².sec. corespunzand unor viteze de lovire de 47 m/sec. Poate sa reziste la o rupere fragila fara deformatii. Astfel de situatii apar la organele de masini cum sunt: ossile pentru vagoane si locomotive, arborii cotiti si bilele motoarelor cu ardere interna, fuzeta sau puntea din fata a autvehiculelor care in timpul functionarii primesc socuri (lovituri), deci sunt supuse unor solicitari diamice.

2. Scopul, principiul metodei si utilajul folosit

Cea mai raspandita incercare dinamica prin soc este incercarea de incovoiere efectuata pe epruvete crestate , denumita impropriu rezilienta.

Scopul acestei incercari consta in studiul comportarii tenace sau fragile a metalului, in conditii de deformare mare (solicitare dinamica). Prin aceasta proba se poate controla omogenitatea unor produse obtinute prin turnare, verificarea uniformitatii tratamentelor termice aplicate si examinarea gradului de imbatranire a metalului folosit la cazanele cu aburi, mai nou si pentru anumite organe ale turbinelor cu gaze utilizate in constructia avioanelor cu reactie.

Am mentionat ca unul din scopurile metodei este comportarea tenace a materialului.

Tenacitatea unui material metalic este proprietatea mecanica a acestuia de a absorbi un lucru mecanic de deformatie.

Astfel, cand proba de metal (epruveta) se rupe sub actiunea socului fara semne vizibile de deformatie, metalul este fragil, iar cand ruperea este precedata de deformatii mari, materialul sau aliajul metalic este tenace.

Principiul incercarii de incovoiere prin soc consta in ruperea epruvetei dintr-o singura lovitura a ciocanului pendul, aplicata in dreptul crestaturii de la mijlocul epruvetei simplu rezemata (pe fata opusa in dreptul crestaturii).

Ciocanul pleaca din pozitia caracterizata de inaltimea h₁ si d eunghiul α₁ (fata de o axa verticala ce trece prin centrul de rotatie figura 2) rupe epruveta si apoi ocupa o pozitie determinata de inaltimea h₂ si de unghiul α₂ (al tijei ciocanului fata de aceeasi axa).

La ruperea epruvetei ciocanul pendul consuma o parte din energia cinetica a pendulului care isi continua miscarea in pozitia mai sus mentionata (h₂, α₂).

Diferenta dintre energiile potentiale ale pendulului in pozitia initiala si pozitia finala constituie de fapt energia de rupere a epruvetei.

La ciocanul pendul CHARPY este montat un cadran gradat pe care lucrul mecanic consumat, echivalent pozitiei marcate de indicator este dat direct de gradatiile cadranului.

Relatia de definire a acestui lucru mecanic este :

L_m = G1 (cosα₁ - cos α₂)

si a fost scrisa cu ajutorul notatiilor de pe fig2., si anume :

G= greutatea ciocanului;

L = distanta dintre centrul de rotatie si centrul de gravitatie;

= unghiul (constant ) dintre ciocan si verticala inainte de incercare;

= unghiul (variabil) dintre ciocan si verticala dupa rupere.

Cunoscand lucrul mecanic  absorbit, la epruvetele cu crestatura in U se calculeaza valoarea rezilientei :

KCU = J/ cm²

unde  S_O = sectiunea initiala a epruvetei in dreptul crestaturii.

La epruvetele cu crestatura in V caracteristica de incovoiere prin soc se rezuma la energia consumata pentru rupere, notata cu KV si exprimata in J.

Desfasurarea lucrarii

In cadrul acestei parti :

se schiteaza pendulul tip Charpy pentru determinarea rezistentei la incovoiere prin soc, impreuna cu forma si dimensiunile epruvetei de incercare.

pe epruvetele avand crestatura in U si dimensiunile din schita, se vor determina, rezistentele la incovoiere prin soc pentru urmatoarele tipuri de materiale: a) otel carbon cu un continut scazut de carbon, OL37, OLC10, OLC15, OLC20 (una din aceste marci) care au uncontinut de carbon de pana la 0,20%; si b) otel carbon OLC45 calit avand structura martensitica.

In cazul in care este posibila obtinerea unei temperaturi negative de -50 .-60 sC , pe proba de tip a se va determina rezistenta la incovoiere prin soc, pentru a se pune in evidenta infsuenta temperaturilor negative asupra tenacitatii sau fragilitatii materialului metalic.

Se va efectua proba de rupere prin incovoiere la soc, iar valorile obtinute se vor trece

intr-un tabel conform modelului de mai jos.

Tabelul 1.

In baza rezultatelor obtinute ale caror valori sunt trecute in tabelul 2, se vor stabili urmatoarele :

cum influenteaza structura martensitica (proba calita) tenacitatea dinamica. O mareste sau o micsoreaza comparativ cu starea initiala ferito-perlitica (proba necalita)?

este structura martensitica o structura fragila sau tenace?

cum influenteaza temperatura negativa rezistenta la incovoiere prin soc ? Mareste sau micsoreaza tendinta spre fragilitate ? (determinare pe proba de otel necalita).

se vor compara aspectele rupturii epruvetelor cu figurile etalon si se va stabili, dupa aspect, care din proba efectuata este tenace si care fragila.

Fig.4.- Aspecte macrografice de rupturi pe epruvetele incercate la incovoiere prin soc

I-       Ruptura fragila, fara deformatii plastice;

II-     Ruptura intermediara cu deformatii plastice;

III-   Ruptura ductila reprezentand numai deformatii plastice.