Udarność materiałów metalowych odnosi się do ich odporności na uszkodzenia i przywracania odkształceń pod wpływem obciążenia udarowego, a ten wskaźnik wydajności ma ogromne znaczenie w praktycznym zastosowaniu materiałów. Udarność nie tylko odzwierciedla stopień wytrzymałości i kruchości materiału, ale także określa trwałość i niezawodność materiału pod obciążeniem dynamicznym. Istnieje wiele czynników wpływających na udarność materiałów metalowych, w tym rodzaj samego surowca, orientacja próbki, geometria karbu i jakość obróbki, dokładność maszyny wytrzymałościowej, dopasowanie wahadła do ramy, temperatura badania, położenie próbki udarowej i tak dalej.
1. Charakter samego surowca
Udarność materiałów metalowych jest ściśle powiązana z ich własną strukturą metalograficzną, składem chemicznym, właściwościami fizycznymi, procesami przetwarzania i obróbki cieplnej. Na przykład skład chemiczny metalu, zwłaszcza węgla (C), fosforu (P), siarki (S) i innych pierwiastków, gdy ich zawartość wzrasta, zwykle prowadzi do zmniejszenia udarności materiału. Dzieje się tak, ponieważ pierwiastki te mają tendencję do tworzenia kruchych faz lub wtrąceń w materiale, zwiększając koncentrację naprężeń i zmniejszając wytrzymałość materiału. Wręcz przeciwnie, pierwiastki takie jak mangan (Mn) i nikiel (Ni) mogą w pewnym zakresie skutecznie poprawić wytrzymałość materiału; Mn może rozdrobnić ziarno i hamować wytrącanie węglików wzdłuż granic ziaren, podczas gdy Ni może zwiększać energię warstwowania ferrytu i sprzyjać przemieszczeniu dyslokacji w wyniku poślizgu poprzecznego, co może pomóc w poprawie wytrzymałości stali.
Ponadto skład fazowy materiału metalicznego ma również znaczący wpływ na jego wytrzymałość. Im wyższa zawartość ferrytu, fazy o niskiej wytrzymałości, dobrej plastyczności i wytrzymałości, tym zwykle lepsza jest udarność materiału. Przeciwnie, węgliki usieciowane pogarszają wytrzymałość materiału, a im większa ich ilość, tym gorsza udarność materiału. Dlatego dostosowując skład chemiczny materiału i proces obróbki cieplnej, można kontrolować skład fazowy, a tym samym optymalizować udarność materiału.
2. Orientacja próbek
Orientacja materiałów metalicznych wpływa na ich właściwości mechaniczne, w tym na wytrzymałość. W rzeczywistych zastosowaniach produkcyjnych i inżynieryjnych większość materiałów metalowych jest walcowana, w procesie walcowania wtrącenia metalowe wraz z ziarnami metalu wzdłuż głównego kierunku odkształcenia ulegają wydłużeniu, tworząc tkankę z włókien metalowych, poważnie wpływając na udarność materiałów metalowych. Dlatego wzdłuż kierunku walcowania, czyli wzdłuż długiej osi próbki, równoległej do kierunku walcowania, należy wykonać karb otwarty w kierunku prostopadłym do kierunku walcowania, tak aby udarność próbki była większa; przeciwnie, prostopadle do kierunku walcowania pobierania próbek, wzdłuż kierunku walcowania karbu otworu, udarność uzyskana przez pobieranie próbek jest mniejsza.
3. Geometria karbu i jakość obróbki
Geometria karbu i jakość obróbki mają istotny wpływ na udarność materiału. Zgodnie ze standardem GB/T 229-2007, wycięcie dzieli się głównie na typu U i typu V. Dwa rodzaje karbu typu V w porównaniu z wycięciem typu U. Naprężenia są bardziej skoncentrowane, więc jego udarność jest zwykle niższa. W przypadku tego samego materiału metalowego udarność próbek z karbem jest znacznie mniejsza niż próbek bez karbu, ponieważ karb będzie prowadził do koncentracji naprężeń, co zmniejszy wytrzymałość materiału. Próbki udarowe z karbem charakteryzują się znacznym stopniem koncentracji naprężeń w kolejności malejącej: próbki udarowe typu I, typu V, typu U i półkoliste.
Ponadto jakość obróbki karbu jest również jednym z ważnych czynników wpływających na udarność. Jakość obróbki karbu głównie poprzez wpływ karbu w pobliżu naprężenia, stężenie odkształcenia wpływające na udarność materiału. Badania wykazały, że udarność głębokości karbu próbki udarowej wraz ze wzrostem i stopniowym spadkiem, wraz ze wzrostem promienia grani karbu, udarność materiałów metalowych stopniowo wzrasta; udarność z dnem karbu podczas obróbki zadrapań, stopień hartowania stopniowo spada. Dlatego też powinno być ściśle zgodne z GB/T 229-2007 wielkość karbu próbki udarowej z przepisami dotyczącymi obróbki próbki udarowej.
4. Dokładność maszyny wytrzymałościowej oraz wahadła i ramy wraz z koordynacją
Udarność materiałów metalowych na precyzję maszyny do badania udarności ma pewne wymagania, maszyna do badania niskiej precyzji na udarność przy większym uderzeniu. Ponadto udarność jest również powiązana z błędem urządzenia odczytującego maszynę udarową, dlatego badanie należy wykonać przed operacją zerową.
Wahadło z ramą też jest istotne. Próba udarności jest jednorazową próbą zniszczenia, dlatego dopasowanie wahadła do ramy musi być precyzyjne. Obejmuje to równoległość osi wahadła do płaszczyzny odniesienia, równoległość boku wahadła do płaszczyzny wychylenia, luz promieniowy i osiowy osi wahadła, odległość od osi wahadła do środka uderzenia, względne położenie wahadła uderzenie krawędzi noża i rozpiętości podpór itp., które powinny spełniać wymagania odpowiednich norm. Gdy względne położenie krawędzi noża udarowego i środka rozpiętości podpory nie spełnia wymagań, krawędź noża udarowego i linia środkowa karbu próbki nie mogą się pokrywać, co skutkuje niedokładnymi wynikami pomiarów, a udarność będzie duża.
5. Temperatura testowa
Temperatura badania jest również jednym z ważnych czynników wpływających na udarność materiałów. W procesie badania udarności, aby stwierdzić, że materiał znajduje się w zakresie temperatur strefy kruchej, podczas stosowania procesu można kontrolować, aby uniknąć temperatury strefy kruchości na materiale. Różne materiały z metali nieżelaznych i ich udarność pod wpływem temperatury są różne, ale praca pochłaniania uderzeń jest związana z temperaturą temperatury, jednorodnością temperatury i długością czasu izolacji. Wraz ze spadkiem temperatury zwykle maleje udarność materiału, dzieje się tak dlatego, że zmniejsza się zdolność materiału do odkształcania plastycznego w niskich temperaturach, przyspiesza się szybkość rozszerzania się pęknięć, co prowadzi do zmniejszenia wytrzymałości.
6. Pozycjonowanie próbek udarowych
Umiejscowienie próbki udarowej ma na celu zapewnienie, że linia środkowa karbu próbki udarowej pokrywa się z krawędzią noża udarowego na wahadle, aby zmniejszyć błąd działania testu. Jeśli ich względne położenie nie pokrywa się, nie może spełnić wymagań 0,5 mm, maksymalna siła uderzenia nie może oddziaływać na minimalny przekrój poprzeczny karbu próbki udarowej, co ostatecznie prowadzi do odchylenia udarności.
7. Inne czynniki
Oprócz powyższych czynników, wewnętrzne defekty i zanieczyszczenia materiałów metalowych mogą również znacząco wpływać na ich udarność. Wady i zanieczyszczenia zwiększają koncentrację naprężeń i zmniejszają wytrzymałość materiału. Na przykład defekty wewnętrzne, takie jak wtrącenia i pęcherzyki, mogą prowadzić do inicjacji i rozszerzania się pęknięć, zmniejszając w ten sposób udarność materiału. Aby zmniejszyć wpływ wad i zanieczyszczeń na wytrzymałość materiałów, jakość surowców i warunki procesu produkcyjnego muszą być ściśle kontrolowane podczas przygotowania i przetwarzania materiałów.
