Испытание на удар по Шарпи

В материаловедении испытание на удар по Шарпи , также известное как испытание по Шарпи с V-образным надрезом , представляет собой стандартизированное испытание на высокую скорость деформации , которое определяет количество энергии, поглощаемой материалом во время разрушения . материала на надрез Поглощенная энергия является мерой прочности . Он широко используется в промышленности, поскольку его легко приготовить и провести, а результаты можно получить быстро и дешево. Недостатком является то, что некоторые результаты носят лишь сравнительный характер. ^[1] Это испытание сыграло решающую роль в понимании проблем разрушения кораблей во время Второй мировой войны. ^[2]^[3]

Тест был разработан около 1900 года С.Б. Расселом (1898, американец) и Жоржем Шарпи (1901, француз). ^[4] Этот тест стал известен как тест Шарпи в начале 1900-х годов благодаря техническому вкладу и усилиям Шарпи по стандартизации.

История

В 1896 году С.Б. Рассел представил идею остаточной энергии разрушения и разработал маятниковый метод разрушения. Первоначальные тесты Рассела измеряли образцы без надрезов. В 1897 году Фремон представил тест для измерения того же явления с помощью подпружиненной машины. В 1901 году Жорж Шарпи предложил стандартизированный метод, усовершенствовавший метод Рассела, представив модернизированный маятник и образец с надрезом, дающий точные характеристики. ^[5]

Определение

Устройство состоит из маятника известной массы и длины, который роняют с известной высоты и ударяют по надрезом образцу материала с . Энергию, переданную материалу, можно определить, сравнивая разницу в высоте молотка до и после разрушения (энергия, поглощенная событием разрушения).

Надрез на образце влияет на результаты испытания на удар, ^[6] таким образом, необходимо, чтобы выемка имела правильные размеры и геометрию. Размер образца также может повлиять на результаты, поскольку размеры определяют, находится ли материал в плоской деформации . Эта разница может существенно повлиять на сделанные выводы. ^[7]

Стандартные методы испытаний металлических материалов на удар с надрезом можно найти в ASTM E23, ^[8] ИСО 148-1 ^[9] или EN 10045-1 (устаревший и заменен ISO 148-1), ^[10] где подробно описаны все аспекты испытаний и используемого оборудования.

Количественные результаты

Количественный результат удара определяет энергию, необходимую для разрушения материала, и может использоваться для измерения ударной вязкости материала. Связь с пределом текучести существует , но ее нельзя выразить стандартной формулой. Кроме того, можно изучить скорость деформации и проанализировать ее влияние на разрушение.

Температура пластично-хрупкого перехода (DBTT) может быть получена из температуры, при которой энергия, необходимая для разрушения материала, резко меняется. Однако на практике резкого перехода нет, и трудно получить точную температуру перехода (на самом деле это область перехода). Точное значение DBTT может быть получено эмпирически разными способами: по удельной поглощенной энергии, изменению аспекта разрушения (например, 50% площади является расщеплением) и т. д. ^[1]

Качественные результаты

Качественные результаты испытаний на удар можно использовать для определения пластичности материала. ^[11] Если материал ломается на плоской плоскости, то разрушение было хрупким, а если материал ломается с зазубренными краями или кромками среза, то разрушение было пластичным. Обычно материал не разрушается тем или иным способом, и, таким образом, сравнение зазубренных и плоских участков поверхности излома дает оценку процентного содержания пластичного и хрупкого разрушения. ^[1]

Размеры выборки

Согласно ASTM A370, ^[12] стандартный размер образца для испытаний на удар по Шарпи составляет 10 мм × 10 мм × 55 мм. Размеры подразмерных образцов составляют: 10 мм × 7,5 мм × 55 мм, 10 мм × 6,7 мм × 55 мм, 10 мм × 5 мм × 55 мм, 10 мм × 3,3 мм × 55 мм, 10 мм × 2,5 мм × 55 мм. Детали образцов согласно ASTM A370 (Стандартный метод испытаний и определения для механических испытаний стальных изделий).

Согласно EN 10045-1 (устаревший и замененный на ISO 148), ^[10] стандартные размеры образцов 10×10×55 мм. Неразмерные экземпляры: 10 мм × 7,5 мм × 55 мм и 10 мм × 5 мм × 55 мм.

Согласно ISO 148, ^[9] стандартные размеры образцов 10×10×55 мм. Неразмерные экземпляры: 10 мм × 7,5 мм × 55 мм, 10 мм × 5 мм × 55 мм и 10 мм × 2,5 мм × 55 мм.

Согласно стандарту MPIF 40, ^[13] стандартный размер образца без надреза составляет 10 мм (±0,125 мм) x 10 мм (±0,125 мм) x 55 мм (±2,5 мм).

Результаты ударных испытаний материалов низкой и высокой прочности.

Энергия удара малопрочных металлов, не проявляющих изменения режима разрушения с температурой, обычно высока и нечувствительна к температуре. По этим причинам ударные испытания не получили широкого распространения для оценки сопротивления разрушению низкопрочных материалов, режимы разрушения которых не изменяются при изменении температуры. Испытания на удар обычно показывают пластично-хрупкий переход для высокопрочных материалов, которые действительно демонстрируют изменение режима разрушения с температурой, например, переходных металлов с объемно-центрированной кубической структурой (BCC). Испытания на удар по природным материалам (которые можно считать малопрочными), например древесине, используются для изучения ударной вязкости материала и затрагивают ряд вопросов, в том числе взаимодействие маятника с образцом, а также более высокие режимы воздействия. вибрация и множественные контакты между чашей маятника и образцом. ^[14]^[15]^[16]

Как правило, высокопрочные материалы имеют низкую энергию удара, что свидетельствует о том, что трещины легко возникают и распространяются в высокопрочных материалах. Энергия удара высокопрочных материалов, отличных от сталей или переходных металлов BCC, обычно нечувствительна к температуре. Высокопрочные стали BCC демонстрируют более широкий разброс энергии удара, чем высокопрочный металл, не имеющий структуры BCC, поскольку стали подвергаются микроскопическому пластично-хрупкому переходу. Несмотря на это, максимальная энергия удара высокопрочных сталей по-прежнему низка из-за их хрупкости. ^[17]

См. также

Примечания

^ Jump up to: ^а ^б ^с Мейерс Марк А; Чавла Кришан Кумар (1998). Механическое поведение материалов . Прентис Холл. ISBN 978-0-13-262817-4 .
^ «Проектирование и методы строительства сварных стальных торговых судов: заключительный отчет комиссии по расследованию (ВМС США)». Сварочный журнал . 26 (7): 569. Июль 1947 г.
^ Уильямс, М.Л. и Эллингер, Дж.А. (1948). Исследование сломанных стальных пластин, снятых со сварных кораблей . Представитель Национального бюро стандартов.
^ Зиверт
^ Седрик В. Ричардс (1968). Инженерное материаловедение . Издательская компания Уодсворт, Инк.
^ Куришита Х, Каяно Х, Наруи М, Ямадзаки М, Кано Ю, Шибахара I (1993). «Влияние размеров V-образного надреза на результаты испытаний на удар по Шарпи для миниатюрных образцов ферритной стали разного размера» . Операции с материалами — JIM . 34 (11). Японский институт металлов: 1042–52. дои : 10.2320/matertrans1989.34.1042 . ISSN 0916-1821 .
^ Миллс, Нью-Джерси (февраль 1976 г.). «Механизм хрупкого разрушения при ударных испытаниях поликарбоната с надрезом». Журнал материаловедения . 11 (2): 363–75. Бибкод : 1976JMatS..11..363M . дои : 10.1007/BF00551448 . S2CID 136720443 .
^ Стандартные методы испытаний ASTM E23 для испытаний металлических материалов на удар стержнем с надрезом.
^ Jump up to: ^а ^б ISO 148-1 Металлические материалы. Испытание на удар маятником Шарпи. Часть 1. Метод испытаний.
^ Jump up to: ^а ^б EN 10045-1 Испытание металлических материалов на удар по Шарпи. Метод испытаний (V- и U-образные надрезы)
^ Матурт К.К., Нидлман А., Твергаард В. (май 1994 г.). «3D-анализ видов отказов при испытании на удар по Шарпи». Моделирование и симуляция в материаловедении и инженерии . 2 (3А): 617–35. Бибкод : 1994MSMSE...2..617M . дои : 10.1088/0965-0393/2/3A/014 . S2CID 250853994 .
^ Стандартные методы испытаний ASTM A370 и определения для механических испытаний стальных изделий.
^ Стандартные методы испытаний металлических порошков и продуктов порошковой металлургии . Принстон, Нью-Джерси: Федерация промышленности металлического порошка. 2006. стр. 53–54. ISBN 0-9762057-3-4 .
^ Полокошер, Тибериу; Касал, Богумил; Штёкель, Франк (01 ноября 2017 г.). «Современное состояние: испытания массивной древесины со средней и высокой скоростью деформации» . Наука и технология древесины . 51 (6): 1479–1534. дои : 10.1007/s00226-017-0925-6 . ISSN 1432-5225 .
^ Полокошер, Тибериу; Касал, Богумил; Халлерманн, Алеша; Ли, Синьи (01 марта 2017 г.). «Что такое метод малого приращения Тимошенко? Применительно к низкоскоростному удару деревянной балки» . Журнал динамического поведения материалов . 3 (1): 45–63. дои : 10.1007/s40870-017-0093-7 . ISSN 2199-7454 .
^ Полокошер, Т.; Касал, Б.; Ли, X. (01 сентября 2017 г.). «План эксперимента и подводные камни испытаний на удар маятника на низкой скорости» . Журнал динамического поведения материалов . 3 (3): 436–460. дои : 10.1007/s40870-017-0123-5 . ISSN 2199-7454 .
^ Кортни, Томас Х. (2000). Механическое поведение материалов . Waveland Press, Inc. ISBN 978-1-57766-425-3 .

Внешние ссылки

[Meyers-1] Jump up to: ^а ^б ^с Мейерс Марк А; Чавла Кришан Кумар (1998). Механическое поведение материалов . Прентис Холл. ISBN 978-0-13-262817-4 .

[Jacobs-2] «Проектирование и методы строительства сварных стальных торговых судов: заключительный отчет комиссии по расследованию (ВМС США)». Сварочный журнал . 26 (7): 569. Июль 1947 г.

[Williams-3] Уильямс, М.Л. и Эллингер, Дж.А. (1948). Исследование сломанных стальных пластин, снятых со сварных кораблей . Представитель Национального бюро стандартов.

[4] Зиверт

[Richards-5] Седрик В. Ричардс (1968). Инженерное материаловедение . Издательская компания Уодсворт, Инк.

[notch-6] Куришита Х, Каяно Х, Наруи М, Ямадзаки М, Кано Ю, Шибахара I (1993). «Влияние размеров V-образного надреза на результаты испытаний на удар по Шарпи для миниатюрных образцов ферритной стали разного размера» . Операции с материалами — JIM . 34 (11). Японский институт металлов: 1042–52. дои : 10.2320/matertrans1989.34.1042 . ISSN 0916-1821 .

[Mills-7] Миллс, Нью-Джерси (февраль 1976 г.). «Механизм хрупкого разрушения при ударных испытаниях поликарбоната с надрезом». Журнал материаловедения . 11 (2): 363–75. Бибкод : 1976JMatS..11..363M . дои : 10.1007/BF00551448 . S2CID 136720443 .

[e23-8] Стандартные методы испытаний ASTM E23 для испытаний металлических материалов на удар стержнем с надрезом.

[ISO148-9] Jump up to: ^а ^б ISO 148-1 Металлические материалы. Испытание на удар маятником Шарпи. Часть 1. Метод испытаний.

[EN10045-10] Jump up to: ^а ^б EN 10045-1 Испытание металлических материалов на удар по Шарпи. Метод испытаний (V- и U-образные надрезы)

[Mathurt-11] Матурт К.К., Нидлман А., Твергаард В. (май 1994 г.). «3D-анализ видов отказов при испытании на удар по Шарпи». Моделирование и симуляция в материаловедении и инженерии . 2 (3А): 617–35. Бибкод : 1994MSMSE...2..617M . дои : 10.1088/0965-0393/2/3A/014 . S2CID 250853994 .

[12] Стандартные методы испытаний ASTM A370 и определения для механических испытаний стальных изделий.

[13] Стандартные методы испытаний металлических порошков и продуктов порошковой металлургии . Принстон, Нью-Джерси: Федерация промышленности металлического порошка. 2006. стр. 53–54. ISBN 0-9762057-3-4 .

[14] Полокошер, Тибериу; Касал, Богумил; Штёкель, Франк (01 ноября 2017 г.). «Современное состояние: испытания массивной древесины со средней и высокой скоростью деформации» . Наука и технология древесины . 51 (6): 1479–1534. дои : 10.1007/s00226-017-0925-6 . ISSN 1432-5225 .

[15] Полокошер, Тибериу; Касал, Богумил; Халлерманн, Алеша; Ли, Синьи (01 марта 2017 г.). «Что такое метод малого приращения Тимошенко? Применительно к низкоскоростному удару деревянной балки» . Журнал динамического поведения материалов . 3 (1): 45–63. дои : 10.1007/s40870-017-0093-7 . ISSN 2199-7454 .

[16] Полокошер, Т.; Касал, Б.; Ли, X. (01 сентября 2017 г.). «План эксперимента и подводные камни испытаний на удар маятника на низкой скорости» . Журнал динамического поведения материалов . 3 (3): 436–460. дои : 10.1007/s40870-017-0123-5 . ISSN 2199-7454 .

[Courtney-17] Кортни, Томас Х. (2000). Механическое поведение материалов . Waveland Press, Inc. ISBN 978-1-57766-425-3 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]