Lucrarea L1

ÎNCERCAREA MATERIALELOR LA ÎNCOVOIEREPRIN ŞOC SINGULAR (REZILIENŢĂ)

L1.1. Standarde de stat

STAS R 10025-75. Încercarea de încovoiere prin şoc pe epruvete cu crestături în U şi V. Tabel comparativ al rezilienţei şi energiei de rupere.STAS R 10026-75. Încercarea de încovoiere prin şoc pe epruvete cu crestături în U şi V. Determinarea cristalinităţii şi fibrozităţii rupturii.STAS 9633-74. Încercarea la şoc a fontei cenuşii pe epruvetă necrestată.STAS 6774-79. Încercarea de încovoiere prin şoc după îmbătrânire artificială.SR EN 875/10-1997. Încercări distructive ale îmbinărilor sudate din materiale metalice.SR EN 10045/1-1993. Încercarea la încovoiere prin şoc pe epruvetă Charpy. Partea I: Metode de încercare.SR 13170:1993. Încercarea la încovoiere prin şoc. Epruvete speciale şi metode de evaluare.

L1.2. Definiţie

Încercarea la încovoiere prin şoc constă în ruperea, dintr-o singură lovitură, cu un ciocan pendul, în condiţiile definite de normative, a unei epruvete cu o crestătură la mijloc, aşezată liber pe două reazeme, urmată de măsurarea energiei absorbite în procesul de rupere. Energia măsurată caracterizează rezistenţa la şoc a materialelor.

L1.3. Scopul lucrării

Scopul lucrării îl reprezintă aprecierea tenacităţii materialului. Acest lucru este posibil prin măsurarea energiei consumate la ruperea epruvetei, în Jouli, precum şi prin determinarea cristalinităţii şi fibrozităţii rupturii, în procente (%).

L1.4. Aparatura utilizată

Încercarea se face (în majoritatea cazurilor) cu Ciocanul tip CHARPY, un aparat specific acesteia. Schema funcţională a ciocanului Charpy este redată în figura L1.1. Componentele pricipale ale aparatului (conform figurii Ll.l) sunt: batiul 1, ciocanul 2, articulat la batiu, acul indicator 3, purtat de pendul în

1

mişcarea de rotaţie, şi cadranul 4 etalonat în unităţi de energie (kgf·m, la utilajele mai vechi), reazemele 5 şi epruvetă 6.

Pendulul se poate poziţiona în starea armată ridicată (iniţială) cu un dispozitiv care permite deblocarea acestuia şi rotirea sa liberă spre epruvetă.

Principiul de funcţionare al ciocanului se bazează pe măsurarea diferenţei între energia potenţială a ciocanului de masă m între starea iniţială (maxim ridicat) şi pendularea maximă după ruperea epruvetei. Conform figurii L1.2 energia consumată pentru ruperea epruvetei este:

(L1.1)unde s-au făcut notaţiile:

Fig. L1.1 Fig.1.2

m - masa ciocanului, g - acceleraţia gravitaţională, h1 - înălţimea iniţială, h2 - înălţimea finală. Energia W se citeşte direct pe cadranul ciocanului. Pentru a putea folosi acelaşi ciocan pentru o gamă largă de materiale, utilajul este prevăzut cu pendule de diferite mase (cel mai adesea 2 pendule, de 15 kg şi 30 kg), montându-se o masă mai mică sau mai mare după cum materialul este mai casant sau mai tenace. Distanţa standard între reazemele de capăt ale epruvetei este l=40 mm.

L1.5. Epruvete utilizate

Materialele tenace, de tipul oţelului, se încearcă pe epruvete crestate. La materialele fragile, de tipul fontei, nu se fac crestături.

În standarde, sunt prevăzute două tipuri de epruvete:

2

a) cu crestătură în V, la 45°, cu adâncimea de 2 mm. Dacă materialul nu permite realizarea de epruvete standard, trebuie folosită o epruvetă cu secţiune redusă, având lăţimea 7,5 mm sau 5,0 mm, crestătura fiind practicată pe una din feţele înguste, figura L1.3, iar raza la vârf este r=0,25 mm;

Fig. L1.3

b) cu crestătură în U sau în cheie, cu adâncimea de 2 mm sau 5 mm, figura L1.4, cu raza de racordare r=1 mm.

A A-A

Fig. L1.4

Tipurile şi parametrii geometrici ai epruvetelor, conform diferitelor norme tehnice, sunt date în Tabelul L1.1. Tabelul L1.1

Denumireepruvetă

TipDimensiuni (mm) Crestătura (mm) Distanţa între

reazeme 1 (mm)L b a Raza r Adâncimea h Unghi

CharpyU

Mesnager 55 10 10 1 2 - 40ISO 55 10 10 1 5 - 40

DVM 55 10 10 1 3 - 40ASTM 55,8 10 10 1 5 - 40

Charpy U(subţiri)

Mesnager 55 5 10 1 2 sau 5 - 40DVMF 55 8 10 4 4 - 40

Charpy V 55 10 10 0,25 2 45° 40

NOTĂ: Pentru materiale subţiri (cazuri deosebite) este permisă folosirea epruvetelor de lăţime b=7,5 mm sau b=5,0 mm, iar a=10 mm.

3

L1.6. Caracteristici determinate

La epruvetele crestate U se determină energia specifică de rupere, prin raportarea energiei măsurate la aria secţiunii nete a epruvetei în zona crestăturii, caracteristică numită "rezilienţă" notată KCU, astfel:

(L1.2)

Adesea se respectă standardele mai vechi, după notaţia rezilienţei trecându-se caracteristicile epruvetei de forma KCUn1/n 2/n 3 unde n1 este masa pendulului, de exemplu m=15 kg, n2 este adâncimea crestăturii, h şi n3 este lăţimea secţiunii b.

Dacă se folosesc epruvete crestate V, atunci rezilienţa este numeric egală cu energia de rupere prin şoc, astfel:

KV=9,81·W [J] (L1.3)NOTĂ: Dacă ciocanul CHARPY folosit este modern, etalonarea sa este în Jouli, rezilienţă fiind KV=W; ciocanele CHARPY mai vechi sunt etalonate în kgf·m.Secţiunea de rupere prin şoc are două zone: zonă centrală (cel mai adesea), cu aspect strălucitor, numită secţiune de rupere cristalină (rupere fragilă); zonă mată, aflată de obicei pe marginea secţiunii, numită zonă de rupere fibroasă (caracter tenace, rupere ductilă).

Secţiunea de rupere, cu cele două zone, este schematizată în figura LI.5; pe schemă se evidenţiază secţiunea de rupere fragilă, notată Sf şi cea de rupere ductilă Sd.

Cristalinitatea ruperii se exprimă prin procentul secţiunii de rupere fragilă din secţiunea netă a epruvetei, astfel :

[%] (L1.4)

Fibrozitatea ruperii ar trebui să fie diferenţa de la cristalinitatea deja determinată şi 100%, astfel:

Fb=100-Cr [%] (L1.5)Pentru că secţiunea de rupere se poate deforma se vor măsura

dimensiunile secţiunii de rupere a* şi b*, conform figurii L1.5, fibrozitatea fiind:

[%] (L1.6)

Dimensiunile zonelor secţiunii de rupere fragilă (af, bf) se măsoară direct pe epruvetă, în secţiunea de rupere precum şi cele ale secţiunii de rupere (a*, b*). Secţiunea de rupere ductilă se poate calcula şi prin diferenţa:

(L1.7)

În standard se găsesc tabele de Sd

4

evaluare a cristalinităţii şi ductilităţii,dvalorile fiind rotunjite. Sf

Fig. L1.5

L1.7. Desfăşurarea încercării

Efectuarea încercării se desfăşoară parcurgând următoarele etape: - se verifică corectitudinea dimensiunilor epruvetei;- se verifică distanţa dintre reazemele ciocanului (l=40 mm pentru oţel);- se loveşte în gol cu ciocanul şi se verifică lipsa pierderilor de energie în

articulaţie (indicaţie 0 pe cadran);- se aşează epruveta pe reazeme, cu faţa crestată vertical şi opusă feţei de lovire

cu ciocanul; se verifică dacă ciocanul va lovi exact la jumătate;- se loveşte epruveta şi se citeşte pe cadranul ciocanului energia de rupere W;

dacă epruveta nu s-a rupt se schimbă pendulul cu unul mai mare sau se foloseşte alt tip de epruvetă, cu secţiunea netă mai mică (mai îngustă sau crestată mai mult);

- se calculează rezilienţa, dacă epruveta este crestată U (KCU) sau se reţine energia de rupere ca atare (KV);

- se măsoară, în secţiune, dimensiunile celor două zone de rupee, se calculează cristalinitatea Cr şi fibrozitatea Fb, cu ajutorul tabelelor din standard obţinându-se valorile rotunjite;

- se completează datele experimentale şi caracteristicile determinate în tabelul 2;- se repetă încercarea pentru toate epruvetele din lot (se recomandă folosirea a

cel puţin 3 epruvete pentru acelaşi material).

L1.8. Rezultate experimentale

Datele experimentale şi caracteristicile rezistenţei la şoc (rezilienţa) calculate sunt centralizate în tabelul L1.2.

Tabelul L1.2

Mat.Epruv.

Date iniţiale Date experimentale Caracteristicia

mmb

mmh

mmS0

mm2W

kgfmaf

mmbf

mma*

mmb*

mmKCUJ/mm2

Cr%

Fb%

oţel 10 10 2 80 9 4 5 8 10 1,1 75 25lemn 18 22 - 396 7,6 - - - - 0,19 - -

L1.9. Observaţii şi concluzii

5

- Se fac observaţii generale asupra aspectului secţiunii de rupere.- Se comentează caracteristicile specifice materialului şi diferenţele între diferite

materiale (caracterul preponderent ductil sau fragil al materialului).- Se apreciază dispersia rezultatelor experimentale pentru acelaşi material (se

folosesc minim 3 epruvete identice) şi se stabileşte viabilitatea experimentului, eventual repetarea lui (se poate face abaterea procentuală între rezilienţa maximă şi minimă pentru lotul de epruvete rupte).

- Se compară rezilienţa cu cea din documentaţia de provenienţă a materialului (Certificate de calitate) şi se concluzionează asupra calităţii materialului încercat.

- Se pot face aprecieri asupra deformării materialului în secţiunea de rupere (eventuale contracţii transversale).

6