Испытание на ударный изгиб при пониженной температуре — это метод определения хладостойкости металлов, при котором образцы с концентратором (например, надрезом) подвергаются удару маятниковым копром в охлаждающей среде (жидкий азот, охлажденные растворители) для измерения работы удара и определения критической температуры хрупкости, что важно для материалов в авиации, строительстве и космонавтике. Определить способность материала сопротивляться хрупкому разрушению при низких температурах, измерив ударную вязкость.
Найти критическую температуру хрупкости — температуру, при которой материал теряет пластичность.

Оборудование.
Маятниковый копр (например, МИК) с системой контроля температуры (криокамера).
Система охлаждения: Жидкий азот, охлажденные спирты, водные растворы солей, сухой лед и растворитель, в зависимости от требуемой температуры.
Приспособления для переноса образца без нагрева.

Процедура испытания.

• Подготовка образца: Образцы со стандартным надрезом (U-образным, V-образным) помещаются в специальный контейнер или непосредственно в охлаждающую среду.
• Кондиционирование: Образец выдерживается в среде до достижения заданной низкой температуры (например, -196°C для жидкого азота).
• Перенос: Образец быстро (за несколько секунд) извлекается из охлаждающей среды и устанавливается на опоры копра.
• Удар: Маятник копра наносит удар в плоскости симметрии образца, противоположной концентратору.
• Измерение: По шкале копра определяется работа удара (энергия, затраченная на разрушение образца), которая пересчитывается в ударную вязкость.

Результаты и значение.
Полученные значения ударной вязкости сравниваются с требованиями стандартов (например, ГОСТ 9454, ГОСТ 22848) для оценки качества и надежности.
Знание критической температуры хрупкости помогает проектировать конструкции, работающие в условиях низких температур, такие как компоненты для аэрокосмической техники, криогенного оборудования.

Испытание на ударный изгиб при пониженной температуре проводится так: образцы с надрезом предварительно охлаждают до заданной низкой температуры в специальной камере (криостате) с хладагентом (например, жидкий азот или водород), затем быстро извлекают и помещают на опоры маятникового копра, где их разрушают одним ударом маятника; фиксируется энергия удара, которая показывает ударную вязкость и склонность материала к хрупкому разрушению при низких температурах, по ГОСТам (например, 9454-78, 22848-77).

Основные этапы проведения.

• Подготовка образцов: изготавливаются стандартные образцы с концентратором напряжений (надрезом).
• Охлаждение: Образцы помещают в криостат или охлаждающую среду (жидкий азот, гелий) и выдерживают до достижения заданной низкой температуры (например, -40°C, -196°C).
• Перенос: Охлажденный образец быстро (обычно не более 5-10 секунд) переносят из криостата и устанавливают на опоры маятникового копра.
• Удар: маятник копра сбрасывается, нанося удар по образцу с противоположной стороны от надреза.
• Фиксация данных: Прибор фиксирует остаточную энергию маятника или работу, затраченную на разрушение образца, которая определяется по шкале копра.
• Анализ: рассчитывается ударная вязкость, а также определяется критическая температура хрупкости — температура, при которой происходит переход материала от вязкого разрушения к хрупкому.
• Цель: оценить, насколько материал сохраняет свою пластичность и сопротивление разрушению при низких температурах, что критически важно для конструкций, работающих в холодных условиях (автомобилестроение, авиация, нефтегазовая промышленность).

Испытание на ударный изгиб при пониженной температуре позволяет измерить ударную вязкость материала, то есть его способность поглощать энергию при ударе и сопротивляться хрупкому разрушению; главный измеряемый параметр — работа удара, отнесенная к площади сечения образца, а также определить температуру перехода в хрупкое состояние.

Измеряемые параметры.

• Ударная вязкость (KCV, KCU, KCT): Основной показатель, который демонстрирует, сколько энергии (в Джоулях) тратится на разрушение образца с концентратором (например, надрезом) при заданной температуре.
• Энергия удара (Работа удара): Полная работа, затраченная маятниковым копром на разрушение образца.
• Температура перехода в хрупкое состояние: Критическая температура, при которой материал резко теряет пластичность и становится хрупким, что критически важно для эксплуатации в условиях холода.

Что это показывает:
Испытание выявляет, как температура влияет на свойства материала, позволяя определить, сохранит ли он пластичность и не станет ли хрупким (например, при использовании в судостроении, строительстве трубопроводов или в авиации в холодных регионах).

Испытание на ударный изгиб при пониженной температуре позволяет выявить «переход» материала от пластичного состояния к хрупкому, определить его критическую температуру хрупкости (КТХ) и оценить способность поглощать энергию удара в условиях холода, что критически важно для надежности конструкций в морозы, предотвращая внезапные разрушения, например, в авиации, судостроении, трубопроводах. Основные преимущества: точное определение «холодной хрупкости» и выбор материалов, стойких к низким температурам.

Преимущества испытания при пониженной температуре.

• Определение критической температуры хрупкости (КТХ): позволяет найти температуру, ниже которой материал становится хрупким и теряет способность к пластичной деформации, что является ключевым фактором безопасности.
• Оценка стойкости к хрупкому разрушению: выявляет склонность материала к внезапному, хрупкому разрушению под ударной нагрузкой при низких температурах, в отличие от пластичного разрушения при комнатной температуре.
• Выбор материалов для холодных климатов: незаменимо для проектирования и производства оборудования, работающего в арктических условиях, в авиации, судостроении, строительстве трубопроводов и других отраслях, где важна надежность при морозе.
• Прогнозирование поведения в эксплуатации: Результаты позволяют предсказать, как материал поведет себя в реальных условиях эксплуатации, где присутствуют ударные нагрузки (вибрации, удары) и низкие температуры.
• Контроль качества термообработки: показывает, как различные режимы термообработки (закалка, отпуск) влияют на переход материала в хрупкое состояние.

Что определяет испытание:

• Ударная вязкость: Работа, затраченная на разрушение образца с надрезом при ударе.
• Зависимость вязкости от температуры: График изменения ударной вязкости при понижении температуры, который наглядно показывает область хрупкости.

Таким образом, испытание на ударный изгиб при низких температурах – это необходимый инструмент для обеспечения надежности и безопасности металлических конструкций в условиях холода, предотвращая катастрофические отказы из-за хрупкости.