Akademia Bydgoska im. Kazimierza Wielkiego

Instytut Techniki

Laboratorium mechaniki technicznej

Wyznaczanie udarności materiałów

II rok WT gr. b

Patryk Głyda

Marcin Gliński

Bydgoszcz 2003

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie udamości różnych materiałów konstrukcyjnych.

2. Opis stanowiska badawczego.

Rys. l. Schemat stanowiska: l-korpus stanowiska, 2- wahadło, 3- podpora, 4- próbka, 5- dźwignia hamulca, 6- przełącznik pracy młota, 7- przełącznik zakresu, 8- przyciski uruchamiające opadanie młota, 9- wskaźnik wykonanej pracy.

Stanowisko badawcze jest młotem udarnościowym Charpyego typu Psd 15/50, umożliwiającym wykonanie pracy o wartości 50[J]. Głównym elementem stanowiska jest wahadło 2 zakończone ciężką głowicą z ostrzem. Badana próbka 4 spoczywa swobodnie na podporze 3. Do zatrzymania wahadła po wykonanej próbie udarności służy hamulec 5. W górnej części stanowiska znajduje się zestaw przełączników i przycisków sterujących. Ustawieniu przełącznika 6 w położeniu
odpowiada postój młota, podczas którego układa się próbkę na podporach, położenie
tego przełącznika umożliwia uruchomienie młota. Ponadto przełącznik 6 służy do zerowania wskaźnika pracy. .Przełącznikiem 7 zmienia się zakres pracy młota. Przyciski 8 służą do uruchomienia podniesionego wahadła pod warunkiem ich jednoczesnego naciśnięcia. Wartość pracy zużytej na złamanie próbki odczytuje się na wskaźniku 9.

3. Podstawy teoretyczne

Udamość, czyli odporność materiału na udarowe działanie obciążeń określana jest jako stosunek pracy potrzebnej do zniszczenia próbki materiału do pola jej przekroju poprzecznego w miejscu zniszczenia.

gdzie: U = udarność w J/ cm²

L = praca użyta na zniszczenie próbki, w J

Ao = pole przekroju poprzecznego próbki, mierzona przed zniszczeniem.

Najczęściej stosowaną próbą udarnościową jest próba zginania udarowego metodą Charpy ego. Polega ona na łamaniu podpartej swobodnie na dwóch podporach próbki (rys.2) za pomocą ciężkiego wahadła uderzającego w próbkę w połowie odległości między podporami.

Rys. 2. Schemat badania udarności:

1- próbka,

2- ostrze wahadła.

Próbki mają przekrój prostokątny, na ogół kwadratowy. W przypadku niektórych materiałów, np. stali, narzyna się na nich karby ułatwiające złamanie. Wymiary h i b przekroju poprzecznego próbki oraz wymiary karbu są określone przez normy dotyczące udarności dla różnych materiałów.

Rys. 3. Schemat działania młota wahadłowego Charpy`ego.

Schemat działania młota wahadłowego Charpy`ego przedstawia rys.3. Wahadło młota podniesione i unieruchomione w pozycji początkowej, określonej wysokością h1 środka ostrza wahadła, ma określoną energię potencjalną. W czasie opadania wahadła energia ta przekształca się w energię kinetyczną, co umożliwia wykonanie pracy potrzebnej do zniszczenia próbki. Po złamaniu próbki wahadło wznosi się na pewną wysokość h2. Praca zużyta na złamanie próbki jest równa:

L = G (h1 - h2)

gdzie G jest ciężarem wahadła sprowadzonego do środka jego ostrza.

4. Przebieg ćwiczenia

1`. Zmierzyć szerokość b i wysokość h wyznaczonych do badania próbek materiałów w połowie ich długości, za pomocą suwmiarki z dokładnością 0,1 mm.

+ zalecane wymiary próbek:

- dla próbek bez karbu w mm;

długość 80, szerokość 4± 0,2, wysokość 10±0,5,

- dla próbek z karbem w mm:

długość 80, szerokość 4± 0,2,

wysokość 10±0,5,

szerokość karbu 2± 0.2,

głębokość karbu 6,7± 0,3,

promień zaokrąglenia karbu 0,2.

Próbki z karbem normalnym:

a) duża;

b) średnia;

c) mała;

d) duża z tworzyw warstwowych z karbem w kierunku równoległym do warstw;

e) duża z tworzyw warstwowych z karbem w kierunku prostopadłym do warstw;

2`. Unieść wahadło młota do położenia początkowego.

3`. Umieścić pierwszą próbkę na podporach, próbki z karbem należy układać tak, aby karb znajdował się po przeciwnej stronie do działania ostrza wahadła i aby oś karbu znajdowała się dokładnie w połowie odległości między podporami.

4`. Zwolnić wahadło przez jednoczesne naciśnięcie lewą i prawą ręką na przyciski uruchamiające wahadło.

5`. Odczytać na wyświetlaczu cyfrowym młota wartość pracy L [J] zużytej na złamanie próbki.

6`. Obliczyć udamość U [J/cm²] z dokładnością 0,1 J/cm².

7`. Powtórzyć ćwiczenie dla kolejnych próbek.

5. Udarność materiałów.

1. Tworzywa sztuczne.

• Poliwęglan (PC)

Udarność z karbem (Charpy) 37,1 KJ/m²

• Poli(tereftalan etylenu) (PET)

Udarność bez karbu (Charpy) 32 KJ/m²

• Poli(metakrylan metylu) PMMA

Udarność bez karbu (Charpy) 17.5 KJ/m²

b) Drewno

1. w kierunku wzdłuż włókien

b) w kierunku promieniowym

c) w kierunku stycznym

• BRZOZA

Udarność a-5 b-10,0 c-13,0 J/cm²

• BUK

Udarność a- 3 b-10 c-19 J/cm²

• DĄB

Udarność a- 1 b-6 c-16 J/cm²

• SOSNA

Udarność a-1,5 b-4,0 c-13,0 J/cm²

c) Metale

• Stal

Udarność 2,25 J/cm²

• Mosiądz

Udarność 1,29 J/cm²

• Miedź

Udarność 1,08 MJ/m²

2

---