Udarna žilavost metalnih materijala odnosi se na njihovu sposobnost da se odupru oštećenjima i povrate deformaciju kada su podvrgnuti udarnim opterećenjima. Ovaj indeks performansi je od velikog značaja za praktičnu primenu materijala. Udarna žilavost ne samo da odražava žilavost i krtost materijala, već i određuje trajnost i pouzdanost materijala pod dinamičkim opterećenjima. Postoji mnogo faktora koji utiču na udarnu žilavost metalnih materijala, uglavnom uključujući svojstva samih sirovina, orijentaciju uzorka, geometriju zareza i kvalitet obrade, tačnost mašine za ispitivanje, usklađenost klatna i okvir, temperatura ispitivanja, pozicioniranje udarnog uzorka, itd. Slijedi detaljna analiza ovih faktora.
1. Svojstva samih sirovina
Udarna žilavost metalnih materijala usko je povezana sa njihovom metalografskom strukturom, hemijskim sastavom, fizičkim svojstvima, tehnologijom obrade i procesom termičke obrade. Na primjer, hemijski sastav metala, posebno elemenata kao što su ugljik (C), fosfor (P) i sumpor (S), obično dovodi do smanjenja udarne žilavosti materijala kada se njihov sadržaj poveća. To je zato što su ovi elementi skloni formiranju krhkih faza ili inkluzija unutar materijala, povećavaju koncentraciju naprezanja i smanjuju žilavost materijala. Naprotiv, elementi kao što su mangan (Mn) i nikl (Ni) mogu efikasno poboljšati žilavost materijala u određenom opsegu. Mn može rafinirati zrna i inhibirati taloženje karbida duž granica zrna, dok Ni može povećati energiju greške slaganja ferita i promovirati poprečno klizanje dislokacija, što sve pomaže u poboljšanju žilavosti čelika.
Osim toga, fazni sastav metalnih materijala također ima značajan utjecaj na njihovu žilavost. Ferit je faza male čvrstoće, dobre plastičnosti i žilavosti. Što je veći njegov sadržaj, to je obično bolja udarna žilavost materijala. Naprotiv, mreža karbida će pogoršati žilavost materijala. Što je veći njegov broj, to je lošija udarna žilavost materijala. Stoga, podešavanjem hemijskog sastava i procesa termičke obrade materijala, može se kontrolisati fazni sastav, a zatim se može optimizovati udarna žilavost materijala.
2. Orijentacija uzorka
Orijentacija metalnih materijala utiče na njihova mehanička svojstva, uključujući žilavost. U stvarnoj proizvodnji i inženjering aplikacijama, većina metalnih materijala se valja. Tokom procesa valjanja, metalne inkluzije se izdužuju duž glavnog smjera deformacije zajedno sa metalnim zrnima kako bi se formiralo tkivo metalnih vlakana, što ozbiljno utiče na udarnu žilavost metalnog materijala. Stoga, uzorkovanje duž smjera valjanja, odnosno duga os uzorka je paralelna sa smjerom valjanja, a zarez je otvoren okomito na smjer valjanja, udarna žilavost dobivena uzorkovanjem je veća; naprotiv, uzorkovanje okomito na smjer valjanja i zarezivanje duž smjera valjanja, udarna žilavost dobivena uzorkovanjem je manja.
3. Geometrija zareza i kvaliteta obrade
Geometrija i kvalitet obrade zareza imaju važan utjecaj na udarnu žilavost materijala. Prema GB/T 229-2007 standardu, zarezi se uglavnom dijele na U-tip i V-tip. U poređenju sa zarezima tipa U, zarezi tipa V imaju više koncentrisano naprezanje, tako da je njihova udarna žilavost obično niža. Za isti metalni materijal, udarna žilavost uzoraka s narezima je mnogo manja nego kod nenarezanih uzoraka, jer će zarezi uzrokovati koncentraciju naprezanja, čime se smanjuje žilavost materijala. Značaj koncentracije napona udarnih epruveta sa zarezima je od velikih do malih, po redu I-tipa, V-tipa, U-tipa i polukružnih udarnih uzoraka.
Osim toga, kvalitet obrade zareza je također jedan od važnih faktora koji utječu na udarnu žilavost. Kvalitet obrade zareza uglavnom utječe na udarnu žilavost materijala utječući na koncentraciju naprezanja i deformacije u blizini zareza. Istraživanja su pokazala da se udarna žilavost smanjuje s povećanjem dubine zareza udarnog uzorka, a udarna žilavost metalnih materijala raste s povećanjem polumjera korijena zareza; udarna žilavost opada sa povećanjem ogrebotina od obrade i stepena otvrdnjavanja na dnu zareza. Stoga, udarni uzorak treba obraditi striktno u skladu s odredbama o veličini zareza uzorka udarnog zareza u GB/T 229-2007.
4. Preciznost mašine za testiranje i koordinacija klatna i okvira
Udarna žilavost metalnih materijala ima određene zahtjeve u pogledu tačnosti mašine za ispitivanje na udar. Mašina za ispitivanje niske preciznosti ima veći uticaj na udarnu žilavost. Osim toga, udarna žilavost je također povezana s greškom uređaja za očitavanje mašine za ispitivanje udarom, tako da operaciju nuliranja treba izvršiti prije ispitivanja.
Koordinacija klatna i okvira je takođe ključna. Ispitivanje udarom je jednokratni destruktivni test, tako da koordinacija klatna i okvira mora biti tačna. Ovo uključuje paralelizam ose klatna i referentne ravnine, paralelizam strane klatna i ravni klatna, radijalni i aksijalni zazor osovine klatna, udaljenost od ose osovine klatna do centra udara, relativni položaj osovine klatna. udarna oštrica i raspon potpore itd., a sve to treba da ispunjava zahtjeve relevantnih standarda. Kada relativni položaj između udarne oštrice i centra potpornog raspona ne zadovoljava zahtjeve, udarna oštrica i središnja linija zareza uzorka ne mogu se podudarati, što rezultira netočnim rezultatima mjerenja i većom udarnom žilavošću.
5. Test temperature
Temperatura ispitivanja je takođe jedan od važnih faktora koji utiču na udarnu žilavost materijala. Tokom ispitivanja udarne žilavosti, nalazi se temperaturni opseg krhke zone materijala i može se kontrolisati tokom upotrebe kako bi se izbegao uticaj temperature krhke zone na materijal. Različiti materijali od obojenih metala imaju različitu udarnu žilavost na koju utiče temperatura, ali energija apsorpcije udara povezana je s temperaturom, ujednačenošću temperature i vremenom izolacije. Kako temperatura pada, udarna žilavost materijala obično opada. To je zato što se sposobnost plastične deformacije materijala smanjuje na niskim temperaturama, a brzina širenja prsline se ubrzava, što rezultira smanjenom žilavosti.
6. Pozicioniranje udarnog uzorka
Pozicioniranje udarnog uzorka treba osigurati da se središnja linija zareza udarnog uzorka poklapa sa udarnom oštricom na klatnu kako bi se smanjila greška pri ispitivanju. Ako se njihovi relativni položaji ne poklapaju i ne mogu zadovoljiti traženi 0.5mm, maksimalna udarna sila ne može djelovati na minimalni poprečni presjek u korijenu zareza udarnog uzorka, što u konačnici dovodi do veće udarne žilavosti .
7. Ostali faktori
Pored navedenih faktora, unutrašnji defekti i nečistoće metalnih materijala će takođe značajno uticati na njihovu udarnu žilavost. Defekti i nečistoće će povećati koncentraciju naprezanja i smanjiti žilavost materijala. Na primjer, unutrašnji defekti kao što su inkluzije i mjehurići će uzrokovati pojavu pukotina i širenje, čime se smanjuje udarna žilavost materijala. Kako bi se smanjio uticaj nedostataka i nečistoća na žilavost materijala, potrebno je striktno kontrolisati kvalitet sirovina i uslove proizvodnog procesa tokom pripreme i obrade materijala.
Zaključak
Faktori koji utiču na udarnu žilavost metalnih materijala su višestruki, uključujući svojstva samih sirovina, orijentaciju uzorka, geometriju zareza i kvalitet obrade, tačnost mašine za ispitivanje, koordinaciju klatna i okvira. , temperaturu ispitivanja, pozicioniranje udarnog uzorka, itd. Sveobuhvatnim razmatranjem ovih faktora i poduzimanjem odgovarajućih mjera optimizacije, udarna žilavost metalnih materijala može biti značajno poboljšana kako bi se zadovoljile potrebe različitih industrijskih primjena. U praktičnim primjenama potrebno je odabrati odgovarajuće materijale i procese na osnovu karakteristika materijala i uvjeta upotrebe kako bi se osiguralo da udarna žilavost materijala ispunjava zahtjeve dizajna.
