Ударная вязкость металлических материалов означает их способность противостоять повреждениям и восстанавливать деформацию при воздействии ударной нагрузки, и этот показатель эффективности имеет большое значение для практического применения материалов. Ударная вязкость не только отражает степень вязкости и хрупкости материала, но и определяет долговечность и надежность материала при динамических нагрузках. Существует множество факторов, влияющих на ударную вязкость металлических материалов, включая природу самого сырья, ориентацию образца, геометрию надреза и качество обработки, точность испытательной машины, соответствие маятника и рамы, температура испытания, расположение ударного образца и так далее.
1. Характер самого сырья
Ударная вязкость металлических материалов тесно связана с их собственной металлографической структурой, химическим составом, физическими свойствами, процессами обработки и термической обработки. Например, химический состав металла, особенно углерода (С), фосфора (Р), серы (S) и других элементов, при увеличении их содержания обычно приводит к снижению ударной вязкости материала. Это связано с тем, что эти элементы имеют тенденцию образовывать хрупкие фазы или включения внутри материала, увеличивая концентрацию напряжений и снижая ударную вязкость материала. Напротив, такие элементы, как марганец (Mn) и никель (Ni), могут эффективно улучшить ударную вязкость материала в определенном диапазоне; Mn может измельчать зерно и препятствовать выделению карбидов вдоль границ зерен, тогда как Ni может увеличивать энергию наслаивания феррита и способствовать смещению дислокаций при поперечном скольжении, что может помочь улучшить ударную вязкость стали.
Кроме того, фазовый состав металлического материала также оказывает существенное влияние на его ударную вязкость. Чем выше содержание феррита, фазы с низкой прочностью, хорошей пластичностью и вязкостью, тем обычно лучше ударная вязкость материала. Сетчатые карбуриты, наоборот, ухудшают ударную вязкость материала, и чем больше их количество, тем хуже ударная вязкость материала. Следовательно, регулируя химический состав материала и процесс термообработки, можно контролировать фазовый состав и, таким образом, оптимизировать ударную вязкость материала.
2. Ориентация образцов
Ориентация металлических материалов влияет на их механические свойства, включая ударную вязкость. В реальных производственных и инженерных приложениях большая часть металлических материалов подвергается прокатке, в процессе прокатки металлические включения, сопровождаемые металлическими зернами вдоль основного направления деформации, удлиняются, образуется ткань из металлических волокон, серьезно влияющая на ударную вязкость металлических материалов. Таким образом, вдоль направления прокатки отбора проб, то есть вдоль длинной оси образца, параллельной направлению прокатки, надрез открывается в направлении, перпендикулярном направлению прокатки, так что ударная вязкость полученного отбора проб увеличивается; напротив, перпендикулярно отбору проб в направлении прокатки, вдоль направления прокатки выреза, ударная вязкость, полученная путем отбора проб меньшего размера.
3. Геометрия насечки и качество обработки.
Геометрия насечки и качество обработки оказывают важное влияние на ударную вязкость материала. В соответствии со стандартом GB/T 229-2007, насечка в основном делится на U-тип и V-тип. Два вида V-образной насечки по сравнению с надрезом U-типа, напряжение более сконцентрировано, поэтому его ударная вязкость обычно ниже. Для одного и того же металлического материала ударная вязкость образцов с надрезом значительно меньше, чем у образцов без надреза, поскольку надрез приведет к концентрации напряжений, что снизит ударную вязкость материала. Ударные образцы с надрезом имеют значительную степень концентрации напряжений в порядке убывания ударных образцов I-типа, V-типа, U-типа и полукруглых ударных образцов.
Кроме того, качество обработки надреза также является одним из важных факторов, влияющих на ударную вязкость. Качество обработки надреза в основном за счет воздействия надреза вблизи напряжения, концентрации деформации, влияющей на ударную вязкость материала. Исследования показали, что ударная вязкость глубины надреза ударного образца с увеличением постепенно уменьшается, с увеличением радиуса корня надреза ударная вязкость металлических материалов постепенно увеличивается; Ударная вязкость с нижней части насечки при обработке царапин, степень закалки постепенно уменьшается. Таким образом, необходимо строго соответствовать GB/T 229-2007 размеру надреза ударного образца, предусмотренному условиями обработки ударного образца.
4. Точность испытательной машины, маятника и рамы при координации.
Ударная вязкость металлических материалов на точность ударной машины имеет определенные требования, низкая точность испытательной машины на ударную вязкость с большим ударом. Кроме того, ударная вязкость также связана с погрешностью устройства считывания машины для испытаний на удар, поэтому испытание следует проводить до нулевой операции.
Маятник с рамкой также имеет решающее значение. Испытание на удар – это однократное испытание на разрушение, поэтому прилегание маятника к раме должно быть точным. Сюда входят параллельность оси маятника и базовой плоскости, параллельность стороны маятника и плоскости качания, радиальный и осевой зазор оси маятника, расстояние от оси маятника до центра удара, взаимное расположение ударная кромка ножа, опорный пролет и т. д., которые должны соответствовать требованиям соответствующих стандартов. Когда относительное положение края ударного ножа и центра опорного пролета не соответствует требованиям, край ударного ножа и центральная линия надреза образца не могут совпадать, что приводит к неточным результатам измерений, ударная вязкость будет большой.
5. Температура испытания
Температура испытаний также является одним из важных факторов, влияющих на ударную вязкость материалов. В процессе испытания на ударную вязкость, чтобы обнаружить, что материал находится в диапазоне температур хрупкой зоны, при использовании процесса можно контролировать, чтобы избежать температуры хрупкой зоны на материале. Различные материалы из цветных металлов и их ударная вязкость при воздействии температуры различны, но работа по поглощению удара связана с температурой, однородностью температуры, продолжительностью времени изоляции. С понижением температуры ударная вязкость материала обычно снижается, это связано с тем, что способность пластического деформирования материала при низких температурах снижается, скорость расширения трещин ускоряется, что приводит к снижению ударной вязкости.
6. Расположение ударных образцов
Расположение ударного образца должно обеспечивать совпадение центральной линии надреза ударного образца с краем ударного ножа на маятнике, чтобы уменьшить погрешность проведения испытания. Если их относительные положения не совпадают и не могут соответствовать требованиям 0,5 мм, максимальная сила удара не может воздействовать на минимальное поперечное сечение корня надреза ударного образца, что в конечном итоге приводит к смещению ударной вязкости.
7. Другие факторы
Помимо перечисленных факторов, существенное влияние на их ударную вязкость могут также оказывать внутренние дефекты и примеси металлических материалов. Дефекты и примеси повышают концентрацию напряжений и снижают ударную вязкость материала. Например, внутренние дефекты, такие как включения и пузыри, могут привести к зарождению и расширению трещин, тем самым снижая ударную вязкость материала. Чтобы снизить влияние дефектов и примесей на ударную вязкость материалов, необходимо строго контролировать качество сырья и условия производственного процесса при подготовке и обработке материалов.
