Издръжливостта на удар на металните материали се отнася до тяхната способност да издържат на повреди и да възстановяват деформация, когато са подложени на ударни натоварвания. Този индекс на ефективност е от голямо значение за практическото приложение на материалите. Ударната якост не само отразява якостта и крехкостта на материалите, но също така определя издръжливостта и надеждността на материалите при динамични натоварвания. Има много фактори, които влияят на ударната якост на металните материали, включително свойствата на самите суровини, ориентацията на образеца, геометрията на прореза и качеството на обработката, точността на машината за изпитване, съвпадението на махалото и рамката, температурата на изпитване, позиционирането на образеца за удар и т.н. Следва подробен анализ на тези фактори.
1. Свойствата на самите суровини
Ударната якост на металните материали е тясно свързана с тяхната собствена металографска структура, химичен състав, физични свойства, технология на обработка и процес на термична обработка. Например химичният състав на металите, особено елементи като въглерод (C), фосфор (P) и сяра (S), обикновено води до намаляване на ударната якост на материала, когато тяхното съдържание се увеличи. Това е така, защото тези елементи са склонни да образуват крехки фази или включвания вътре в материала, увеличават концентрацията на напрежение и намаляват издръжливостта на материала. Напротив, елементи като манган (Mn) и никел (Ni) могат ефективно да подобрят издръжливостта на материала в определен диапазон. Mn може да усъвършенства зърната и да попречи на утаяването на карбиди по границите на зърната, докато Ni може да увеличи енергията на грешката при наслагване на ферита и да насърчи напречното приплъзване на дислокациите, като всички те спомагат за подобряване на якостта на стоманата.
В допълнение, фазовият състав на металните материали също оказва значително влияние върху тяхната якост. Феритът е фаза с ниска якост, добра пластичност и якост. Колкото по-високо е съдържанието му, толкова по-добра е обикновено ударната якост на материала. Напротив, мрежата от карбиди ще влоши издръжливостта на материала. Колкото по-голям е неговият брой, толкова по-лоша е ударната якост на материала. Следователно, чрез регулиране на химическия състав и процеса на топлинна обработка на материала, фазовият състав може да се контролира и след това ударната якост на материала може да бъде оптимизирана.
2. Ориентация на пробата
Ориентацията на металните материали влияе върху техните механични свойства, включително якост. В действителните производствени и инженерни приложения повечето метални материали се валцуват. По време на процеса на валцуване, металните включвания се удължават по основната посока на деформация заедно с металните зърна, за да образуват тъкан от метални влакна, което сериозно влияе върху якостта на удар на металния материал. Следователно, вземането на проби по посока на валцоване, тоест дългата ос на пробата е успоредна на посоката на валцоване и прорезът е отворен перпендикулярно на посоката на валцоване, ударната якост, получена чрез вземане на проби, е по-голяма; напротив, вземането на проби перпендикулярно на посоката на валцоване и нарязване по посоката на валцоване, ударната якост, получена чрез вземане на проби, е по-малка.
3. Геометрия на прореза и качество на обработка
Геометрията и качеството на обработка на прореза имат важно влияние върху ударната якост на материала. Съгласно стандарта GB/T 229-2007 прорезите се разделят основно на U-тип и V-тип. В сравнение с U-тип прорези, V-тип прорези имат по-концентрирано напрежение, така че тяхната ударна якост обикновено е по-ниска. За същия метален материал ударната якост на проби с назъби е много по-малка от тази на образци без назъби, тъй като прорезите ще причинят концентрация на напрежение, като по този начин ще намалят якостта на материала. Значимостта на концентрацията на напрежението на назъбените ударни образци е от голяма до малка, в реда на I-тип, V-тип, U-тип и полукръгли ударни образци.
В допълнение, качеството на обработка на прорези също е един от важните фактори, влияещи върху ударната якост. Качеството на обработката на прореза влияе главно върху ударната якост на материалите, като влияе върху концентрацията на напрежение и деформация в близост до прореза. Проучванията показват, че ударната якост намалява с увеличаване на дълбочината на прореза на ударния образец, а ударната якост на металните материали се увеличава с увеличаването на радиуса на основата на прореза; якостта на удар намалява с увеличаване на драскотините при обработка и степента на втвърдяване в долната част на прореза. Следователно образецът за удар трябва да се обработва стриктно в съответствие с разпоредбите за размера на прореза на образеца за удар в GB/T 229-2007.
4. Точността на машината за изпитване и координацията на махалото и рамката
Ударната якост на металните материали има определени изисквания към точността на машината за изпитване на удар. Машината за изпитване с ниска точност има по-голямо влияние върху ударната якост. В допълнение, якостта на удар също е свързана с грешката на устройството за четене на машината за изпитване на удар, така че операцията по нулиране трябва да се извърши преди теста.
Координацията на махалото и рамката също е от решаващо значение. Тестът за удар е еднократен разрушителен тест, така че координацията на махалото и рамката трябва да бъде точна. Това включва успоредността на оста на махалото и референтната равнина, успоредността на страната на махалото и равнината на люлеене, радиалната и аксиалната хлабина на вала на махалото, разстоянието от оста на вала на махалото до центъра на удара, относителната позиция на ударното острие и опорният участък и т.н., всички от които трябва да отговарят на изискванията на съответните стандарти. Когато относителната позиция между ударното острие и центъра на опорния участък не отговаря на изискванията, ударното острие и централната линия на прореза на образеца не могат да съвпаднат, което води до неточни резултати от измерването и по-голяма ударна якост.
5. Тестова температура
Температурата на изпитване също е един от важните фактори, влияещи върху ударната якост на материалите. По време на теста за якост на удар се открива температурният диапазон на зоната на чупливост на материала и той може да се контролира по време на употреба, за да се избегне влиянието на температурата на зоната на крехкост върху материала. Различните материали от цветни метали имат различна якост на удар, повлияна от температурата, но енергията на поглъщане на удара е свързана с температурата, еднородността на температурата и времето за изолация. С понижаването на температурата ударната якост на материала обикновено намалява. Това е така, защото способността за пластична деформация на материала намалява при ниски температури и скоростта на разпространение на пукнатините се ускорява, което води до намалена якост.
6. Позициониране на ударния образец
Позиционирането на образеца за удар трябва да гарантира, че централната линия на прореза на образеца за удар съвпада с острието на удара на махалото, за да се намали грешката при изпитване. Ако техните относителни позиции не съвпадат и не могат да отговорят на изискваните 0.5 mm, максималната ударна сила не може да действа върху минималното напречно сечение в основата на вдлъбнатината на ударния образец, което в крайна сметка води до по-голяма якост на удар .
7. Други фактори
В допълнение към горните фактори, вътрешните дефекти и примеси на металните материали също ще повлияят значително на тяхната ударна якост. Дефектите и примесите ще увеличат концентрацията на напрежение и ще намалят издръжливостта на материала. Например, вътрешни дефекти като включвания и мехурчета ще причинят започване и разширяване на пукнатини, като по този начин ще намалят ударната якост на материала. За да се намали влиянието на дефектите и примесите върху издръжливостта на материала, е необходимо да се контролира стриктно качеството на суровините и условията на производствения процес по време на подготовката и обработката на материала.
Заключение
Факторите, които влияят на ударната якост на металните материали, са многостранни, включително свойствата на самите суровини, ориентацията на образеца, геометрията на прореза и качеството на обработката, точността на машината за изпитване, координацията на махалото и рамката , температурата на изпитване, позиционирането на образеца за удар и т.н. Чрез цялостно отчитане на тези фактори и предприемане на съответните мерки за оптимизация, ударната якост на металните материали може да бъде значително подобрена, за да отговаря нуждите на различни индустриални приложения. При практически приложения е необходимо да се изберат подходящи материали и процеси въз основа на характеристиките на материалите и условията на употреба, за да се гарантира, че ударната якост на материалите отговаря на проектните изисквания
