Для материалов, применяемых в условиях ударных нагрузок, большое значение имеет такая характеристика прочности, как удельная ударная вязкость (сопротивление удару), которая представляет собою отношение величины работы, затрачиваемой на разрушение образца при испытании ударной (динамической) изгибающей нагрузкой, к площади поперечного сечения образца в ослабленном специальным надрезом месте разрушения. Для испытаний изготавливают стандартные образцы квадратного сечения с надрезом (концентратором напряжения) посередине.
Метод основан на разрушении этого образца одним ударом маятникового копра, по шкале которого определяют работу разрушения, затраченную на излом образца. Образец помещается на опоры маятникового копра так, чтобы удар приходился с противоположной стороны надреза.
Исключительное значение ударной вязкости заключается в том, что эта характеристика является чрезвычайно чувствительной к самым незначительным изменениям в структуре металла, едва заметным даже при электронно-микроскопическом исследовании. Ударная вязкость резко снижается с увеличением размера зерна и при выделении по границам зёрен хрупких фаз. Так, например, если чистые никель или железо имеют ударную вязкость 15–20 кгс?м/см2, то при содержании в этих металлах сотых долей процента серы, располагающейся в виде сернистых никеля или железа по границам зёрен, ударная вязкость при комнатной температуре падает в несколько раз. При повышенных температурах, соответствующих оплавлению сернистых прослоек (выше 625 oС для никеля и выше 940 oС для железа), ударная вязкость становится настолько малой величиной, что металл разваливается даже под действием собственной тяжести.
Удельная ударная вязкость, в зависимости от вида концентратора напряжения, обозначается символами KCU, KCV или KCT. Первые две буквы КС обозначают ударную вязкость, а буквы U, V и T – вид концентратора напряжения: U – образец с U-образным надрезом радиусом, равным 1 ± 0,07 мм; V – образец с V-образным надрезом радиусом величиной 0,25 ± 0,025 мм; Т – образец с нанесённой трещиной усталости. Испытания образцов с концентраторами напряжений V и T проводят в случае использования металлов и сплавов для ответственных конструкций. Испытания выполняют при температуре +20 oС.
Разрушение бывает вязким (со значительной пластической деформацией) и хрупким, не сопровождающимся заметной пластической деформацией. Молибден, ?-железо, вольфрам, цинк и многие другие металлы в зависимости от температуры могут разрушаться как вязко, так и хрупко. Понижение температуры приводит к переходу от вязкого характера разрушения к хрупкому (хладноломкость). Температура, при которой происходит переход одного вида разрушения в другой, получила название критической температуры хрупкости, или порога хладноломкости. Порог хладноломкости зависит от структуры металла, вида концентраторов напряжения и других факторов, т. е. не является постоянной материала. Испытания на ударный изгиб выявляют склонность металла к хрупкому разрушению.
Хладноломкость не включается в систему факторов, определяющих надёжность конструкции, однако является очень важной характеристикой, поскольку позволяет рекомендовать температуры, ниже которых применять материал нельзя. |