В материаловедении испытание на удар по Шарпи , также известное как испытание по Шарпи с V-образным надрезом , представляет собой стандартизированное испытание на высокую скорость деформации , которое определяет количество энергии, поглощаемой материалом во время разрушения . Поглощенная энергия является мерой прочности материала на надрез . Он широко используется в промышленности, поскольку его легко приготовить и провести, а результаты можно получить быстро и дешево. Недостатком является то, что некоторые результаты носят лишь сравнительный характер. [1] Это испытание сыграло решающую роль в понимании проблем разрушения кораблей во время Второй мировой войны. [2] [3]
Тест был разработан около 1900 года С.Б. Расселом (1898, американец) и Жоржем Шарпи (1901, француз). [4] Этот тест стал известен как тест Шарпи в начале 1900-х годов благодаря техническому вкладу и усилиям Шарпи по стандартизации.
В 1896 году С.Б. Рассел представил идею остаточной энергии разрушения и разработал маятниковый метод разрушения. Первоначальные тесты Рассела измеряли образцы без надрезов. В 1897 году Фремон представил тест для измерения того же явления с помощью подпружиненной машины. В 1901 году Жорж Шарпи предложил стандартизированный метод, усовершенствовавший метод Рассела, представив обновленную конструкцию маятника и образец с надрезом, давая точные характеристики. [5]
Устройство состоит из маятника известной массы и длины, который роняют с известной высоты и ударяют по образцу материала с надрезом . Энергию, переданную материалу, можно определить, сравнивая разницу в высоте молотка до и после разрушения (энергия, поглощенная событием разрушения).
Надрез в образце влияет на результаты испытания на удар, [6] поэтому необходимо, чтобы надрез имел правильные размеры и геометрию . Размер образца также может повлиять на результаты, поскольку размеры определяют, находится ли материал в плоской деформации . Эта разница может существенно повлиять на сделанные выводы. [7]
Стандартные методы испытаний металлических материалов на удар с надрезом можно найти в ASTM E23, [8] ISO 148-1 [9] или EN 10045-1 (устаревший и замененный ISO 148-1), [10] , где все Подробно описаны аспекты испытаний и используемое оборудование.
Количественный результат удара определяет энергию, необходимую для разрушения материала, и может использоваться для измерения ударной вязкости материала. Связь с пределом текучести существует , но ее нельзя выразить стандартной формулой. Кроме того, можно изучить скорость деформации и проанализировать ее влияние на разрушение.
Температура пластично-хрупкого перехода (DBTT) может быть получена из температуры, при которой энергия, необходимая для разрушения материала, резко меняется. Однако на практике резкого перехода нет, и трудно получить точную температуру перехода (на самом деле это переходная область). Точное значение DBTT может быть получено эмпирически разными способами: по удельной поглощенной энергии, изменению характера разрушения (например, 50% площади является сколом) и т. д. [1]
Качественные результаты испытаний на удар можно использовать для определения пластичности материала. [11] Если материал ломается на плоской плоскости, разрушение было хрупким, а если материал ломается с неровными краями или кромками сдвига, то разрушение было пластичным. Обычно материал не разрушается тем или иным способом, и, таким образом, сравнение зубчатых и плоских участков поверхности излома дает оценку процентного содержания пластичного и хрупкого разрушения. [1]
Согласно ASTM A370 [12] стандартный размер образца для испытаний на удар по Шарпи составляет 10 мм × 10 мм × 55 мм. Размеры подразмерных образцов составляют: 10 мм × 7,5 мм × 55 мм, 10 мм × 6,7 мм × 55 мм, 10 мм × 5 мм × 55 мм, 10 мм × 3,3 мм × 55 мм, 10 мм × 2,5 мм × 55 мм. Детали образцов согласно ASTM A370 (Стандартный метод испытаний и определения для механических испытаний стальных изделий).
Согласно EN 10045-1 (устаревший и замененный стандартом ISO 148), [10] стандартные размеры образцов составляют 10 мм × 10 мм × 55 мм. Неразмерные экземпляры: 10 мм × 7,5 мм × 55 мм и 10 мм × 5 мм × 55 мм.
Согласно ISO 148, [9] стандартные размеры образцов составляют 10×10×55 мм. Неразмерные образцы: 10 мм × 7,5 мм × 55 мм, 10 мм × 5 мм × 55 мм и 10 мм × 2,5 мм × 55 мм.
Согласно стандарту MPIF 40, [13] стандартный размер образца без надреза составляет 10 мм (±0,125 мм) x 10 мм (±0,125 мм) x 55 мм (±2,5 мм).
Энергия удара малопрочных металлов, не проявляющих изменения режима разрушения с температурой, обычно высока и нечувствительна к температуре. По этим причинам ударные испытания не получили широкого распространения для оценки сопротивления разрушению малопрочных материалов, режимы разрушения которых не изменяются при изменении температуры. Испытания на удар обычно показывают пластично-хрупкий переход для высокопрочных материалов, которые действительно демонстрируют изменение режима разрушения с температурой, например, для переходных металлов с объемно-центрированной кубической структурой (BCC). Испытания на удар по природным материалам (которые можно считать малопрочными), например древесине, используются для изучения ударной вязкости материала и затрагивают ряд вопросов, в том числе взаимодействие маятника и образца, а также более высокие режимы воздействия. вибрация и множественные контакты между чашей маятника и образцом. [14] [15] [16]
Как правило, высокопрочные материалы имеют низкую энергию удара, что свидетельствует о том, что трещины легко возникают и распространяются в высокопрочных материалах. Энергия удара высокопрочных материалов, отличных от сталей или переходных металлов BCC, обычно нечувствительна к температуре. Высокопрочные стали BCC демонстрируют более широкий разброс энергии удара, чем высокопрочный металл, не имеющий структуры BCC, поскольку стали подвергаются микроскопическому пластично-хрупкому переходу. Несмотря на это, максимальная энергия удара высокопрочных сталей по-прежнему низка из-за их хрупкости. [17]
