В материаловедении испытание на удар по Шарпи , также известное как испытание на удар по Шарпи с V-образным надрезом , представляет собой стандартизированное испытание на высокую скорость деформации , которое определяет количество энергии, поглощенной материалом во время разрушения . Поглощенная энергия является мерой ударной вязкости материала . Оно широко используется в промышленности, поскольку его легко подготовить и провести, а результаты можно получить быстро и дешево. Недостатком является то, что некоторые результаты являются только сравнительными. [1] Испытание имело решающее значение для понимания проблем разрушения кораблей во время Второй мировой войны. [2] [3]
Испытание было разработано около 1900 года С. Б. Расселом (1898, американец) и Жоржем Шарпи (1901, француз). [4] Испытание стало известно как испытание Шарпи в начале 1900-х годов из-за технического вклада и усилий по стандартизации Шарпи.
В 1896 году С. Б. Рассел выдвинул идею остаточной энергии разрушения и разработал маятниковый тест на разрушение. Первоначальные тесты Рассела проводились на образцах без надрезов. В 1897 году Фремонт представил тест для измерения того же явления с использованием подпружиненной машины. В 1901 году Жорж Шарпи предложил стандартизированный метод, улучшающий метод Рассела, введя переработанный маятник и образец с надрезами, что дало точные характеристики. [5]
Аппарат состоит из маятника известной массы и длины, который падает с известной высоты, чтобы ударить по образцу материала с надрезом . Энергию, переданную материалу, можно вывести, сравнив разницу в высоте молотка до и после разрушения (энергия, поглощенная событием разрушения).
Надрез в образце влияет на результаты ударного испытания, [6] поэтому необходимо, чтобы надрез имел регулярные размеры и геометрию. Размер образца также может влиять на результаты, поскольку размеры определяют, находится ли материал в состоянии плоской деформации . Эта разница может сильно повлиять на сделанные выводы. [7]
Стандартные методы испытания металлических материалов на ударную вязкость с использованием надрезанного стержня можно найти в стандартах ASTM E23 [8] , ISO 148-1 [9] или EN 10045-1 (упразднен и заменен на ISO 148-1) [10] , где подробно описаны все аспекты испытания и используемое оборудование.
Количественный результат удара проверяет энергию, необходимую для разрушения материала, и может быть использован для измерения прочности материала. Связь с пределом текучести существует, но ее нельзя выразить стандартной формулой. Также можно изучать и анализировать скорость деформации на предмет ее влияния на разрушение.
Температура вязко-хрупкого перехода (DBTT) может быть получена из температуры, при которой энергия, необходимая для разрушения материала, резко меняется. Однако на практике нет резкого перехода, и трудно получить точную температуру перехода (это действительно область перехода). Точная DBTT может быть получена эмпирически многими способами: удельная поглощенная энергия, изменение аспекта разрушения (например, 50% площади является сколом) и т. д. [1]
Качественные результаты ударного испытания можно использовать для определения пластичности материала. [11] Если материал ломается на плоской поверхности, то излом был хрупким, а если материал ломается с зазубренными краями или срезными губами, то излом был пластичным. Обычно материал не ломается только одним или другим способом, и, таким образом, сравнение зазубренных и плоских площадей поверхности излома даст оценку процента пластичного и хрупкого излома. [1]
Согласно ASTM A370 [12] , стандартный размер образца для испытания на ударную вязкость по Шарпи составляет 10 мм × 10 мм × 55 мм. Размеры образцов меньшего размера 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. Подробная информация об образцах согласно ASTM A370 (Стандартный метод испытаний и определения для механических испытаний стальных изделий).
Согласно EN 10045-1 (упразднен и заменен на ISO 148), [10] стандартные размеры образцов составляют 10 мм × 10 мм × 55 мм. Образцы меньшего размера: 10 мм × 7,5 мм × 55 мм и 10 мм × 5 мм × 55 мм.
Согласно ISO 148, [9] стандартные размеры образцов составляют 10 мм × 10 мм × 55 мм. Образцы меньшего размера: 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 металлов низкой прочности, которые не показывают изменения режима разрушения с температурой, обычно высока и нечувствительна к температуре. По этим причинам испытания на удар не широко используются для оценки сопротивления разрушению материалов низкой прочности, режимы разрушения которых остаются неизменными с температурой. Испытания на удар обычно показывают переход пластично-хрупкое состояние для высокопрочных материалов, которые действительно показывают изменение режима разрушения с температурой, таких как объемно-центрированные кубические (ОЦК) переходные металлы. Испытания на удар на природных материалах (можно считать низкопрочными), таких как древесина, используются для изучения прочности материала и подвергаются ряду проблем, которые включают взаимодействие между маятником и образцом, а также более высокие режимы вибрации и множественные контакты между наконечником 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 ОЦК, обычно нечувствительна к температуре. Высокопрочные стали ОЦК демонстрируют более широкий разброс энергии удара, чем высокопрочные металлы, не имеющие ОЦК-структуры, поскольку стали подвергаются микроскопическому пластично-хрупкому переходу. Независимо от этого, максимальная энергия удара высокопрочных сталей все еще низкая из-за их хрупкости. [17]
