Испытание на ударный изгиб — это метод определения ударной вязкости материала, его способности сопротивляться разрушению под воздействием ударных нагрузок, часто при различных температурах, с использованием маятникового копра. Образец (обычно с концентратором надреза) размещают на опорах и подвергают удару маятника; измеряется энергия, поглощенная при разрушении, что помогает выявить переход материала из вязкого состояния в хрупкое (критическая температура хрупкости).

Суть и цель испытания.

• Оценка свойств: показывает, насколько материал пластичен (вязкий) или склонен к хрупкости при высокой скорости деформации.
• Определение ударной вязкости: Работа, затраченная на разрушение (удар), отнесенная к площади сечения образца в месте надреза.
• Критическая температура хрупкости: Температура, при которой в изломе наблюдается 50% хрупкой составляющей (важно для стали и сплавов).

Процедура (по Шарпи).

• Образец: Стандартный образец с V-образным или U-образным надрезом помещается горизонтально на две опоры.
• Удар: Маятник копра, поднятый на определенную высоту, падает и разрушает образец одним ударом в области надреза.
• Измерение: измеряется высота, на которую маятник поднялся после удара. Разница высот (начальная и конечная) показывает энергию, поглощенную образцом.

Применение.

• Оценка надежности конструкций, работающих в условиях динамических нагрузок.
• Контроль качества металлов (сталь, сплавы), пластмасс.
• Определение пригодности материала для низкотемпературных условий эксплуатации, например, в трубопроводах.

Испытание на ударный изгиб (по Шарпи) проводят на маятниковом копре: образец с надрезом (V-образным или U-образным) кладут на две опоры, молот копра ударяет по нему с противоположной стороны, и по разнице высоты падения маятника до и после удара определяют работу, затраченную на разрушение образца, что показывает ударную вязкость материала, его способность противостоять хрупкому разрушению при высоких скоростях деформации, часто при разных температурах.

Как проводится испытание (по Шарпи/ISO 148-1).

• Подготовка образца: Готовится стандартный образец с концентратором (надрезом) в виде буквы 'V' (или 'U' - Менаже) и с точными размерами. Установка образца: Образец симметрично устанавливается горизонтально на две опоры в маятниковом копре.
• Нанесение удара: Маятник поднимается на определенную высоту, а затем освобождается, нанося удар молотом точно по центру образца, напротив надреза.
• Измерение: После удара маятник продолжает движение и поднимается на меньшую высоту. Разница между начальной и конечной высотами (или энергиями) показывает работу, затраченную на разрыв образца (работу удара).
• Определение ударной вязкости: Из полученной работы удара рассчитывается ударная вязкость, например, KCU (для U-образного надреза), KCV (для V-образного надреза), в Дж/см².
• Испытания при разных температурах: Для определения склонности материала к хладноломкости испытания часто проводят в криостатах при пониженных температурах (например, -20°C, -40°C).
• Для чего это нужно.
• Оценка работоспособности материала в сложных условиях. Определение критической температуры хрупкости (температуры перехода к хрупкому разрушению). Контроль качества металлов для ответственных конструкций (судостроение, сосуды под давлением).

Испытание на ударный изгиб измеряет ударную вязкость материала (энергия, поглощенная при разрушении), критическую температуру хрупкости (температура перехода к хрупкому разрушению), а также позволяет оценить характер разрушения (вязкое/хрупкое) и величину бокового расширения образца, определяя его способность сопротивляться ударным нагрузкам и склонность к хрупкому излому.

Основные измеряемые параметры.

• Ударная вязкость: Работа, затраченная на разрушение образца с надрезом (например, по Шарпи или Изоду), отнесенная к площади его поперечного сечения. Измеряется в Джоулях на квадратный сантиметр (Дж/см²) или килограмм-силах на сантиметр квадратный (кгс/см²).
• Критическая температура хрупкости: Температура, при которой в изломе образца появляется 50% вязкой составляющей (то есть, материал начинает разрушаться хрупко).
• Работа удара: Полная энергия, поглощенная материалом в процессе разрушения.
• Боковое расширение: Величина смещения или расширения образца в месте удара.

Дополнительные параметры (при инструментированном испытании):

• Максимальное усилие, приложенное к образцу.
• Прогиб при максимальном усилии.
• Энергия до достижения максимального усилия.

Зачем это нужно:
Эти параметры позволяют понять, насколько материал пластичен и надежен при динамических нагрузках, что критически важно для конструкций, работающих в условиях низких температур или при внезапных ударах (например, в мостостроении, машиностроении).

Испытание на ударный изгиб (по Шарпи) позволяет определить ударную вязкость — способность материала поглощать энергию при ударной нагрузке, выявить его склонность к хрупкому разрушению и определить критическую температуру хрупко-вязкого перехода, что важно для оценки безопасности и надежности конструкций в различных отраслях (машиностроение, судостроение, энергетика), особенно работающих при низких температурах.

Преимущества испытания:

• Определение хрупкости/вязкости: дает четкое представление о том, вязкий материал или хрупкий, что критически важно для эксплуатации.
• Критическая температура: позволяет найти температуру, при которой материал переходит из вязкого состояния в хрупкое, что необходимо для проектирования.
• Оценка безопасности: выявляет наличие дефектов, таких как трещины, расслоения, и оценивает стойкость к динамическому воздействию.
• Экономичность: является экономичным и широко используемым методом контроля качества.
• Многогранность: дает информацию о вязкости разрушения, которая важна для долговечности и надежности.
• Широкий диапазон: Стандарты (например, ГОСТ 9454-78) позволяют проводить испытания в широком диапазоне температур, от очень низких до высоких.
• Инструментальные методы: Современные методы (инструментированный изгиб) позволяют получать диаграммы «усилие-перемещение» для более глубокого анализа механики разрушения.
• Что определяется: работа удара (энергия): Полная работа, затраченная на разрушение образца маятниковым копром. Ударная вязкость: работа удара, отнесенная к начальной площади поперечного сечения образца, показывающая сопротивление динамическим нагрузкам.

Где применяется:

• Производство труб (особенно стальных).
• Судостроение.
• Энергетика (АЭС, АЗС).
• Строительство.
• Общий контроль качества металлов и сплавов.