Jak przeprowadzić próbę udarności materiału?

Układy mechaniczne oraz materiały konstrukcyjne są poddawane różnym obciążeniom dynamicznym i statycznym, na które reagują na różne sposoby. Bardzo przydatną metodą kontrolną będzie więc próba udarowa, którą wykonuje się dla oceny zachowania materiału w warunkach sprzyjających kruchemu pękaniu. W jaki sposób przeprowadza się taką próbę i na czym ona polega?

Czym są próby udarowe?

Próbami udarowymi nazywa się takie badania, które określają zdolność materiału do przenoszenia gwałtownych obciążeń. Osoba wykonująca taką formę analizy jest w stanie określić charakterystykę mechaniczną materiału, co byłoby zadaniem niemożliwym przy wykorzystaniu wyłącznie prób statycznych.

Próby udarowe zaliczane są do grupy badań niszczących, które wykonuje się w specjalistycznych laboratoriach. Tego typu usługi oferuje między innymi firma ELANA PET Sp. z o.o.

Przeprowadzanie próby udarowej

Prace wykonuje się na próbkach wzbogaconych karbem, w kształcie litery U lub V, o wymiarach 55×10×10 mm. Warunki sprzyjające kruchemu pękaniu tworzy się za pomocą dużej szybkości odkształcenia, wywołanej dynamicznym działaniem siły oraz temperatury. 

Próbę udarności przeprowadza się na młotach wahadłowych typu Charpy. W zależności od typu testowanego materiału stosuje się młoty o różnych zakresach (podaje się je w jednostce J).

Dochodzi do złamania próbki jednokrotnym uderzeniem noża młota wahadłowego. Próbka ta musi opierać się swobodnie obydwoma końcami na podporach młota. Następnie należy przeprowadzić pomiar pracy uderzenia, która musi odpowiadać energii zużytej na złamanie próbki.

Poszczególne kroki opisane są szczegółowo w normie PN-79/H-04370.

Rodzaje prób udarowych

Wyróżnia się kilka rodzajów prób udarowych, a każda z nich wywołuje w próbce określony stan naprężenia. Zasadniczo można wyróżnić podział na próby:

• ściskania,
• skręcania,
• rozciągania,
• zgniatania.

Te dwie ostatnie należą do najczęściej wykorzystywanych metod.

Po co przeprowadza się próby udarowe?

Takie próby wykonuje się najczęściej po to, by określić, jaka jest ciągliwość, skłonność do kruchego pękania i podatność na obróbkę cieplną stali oraz odlewów staliwnych.

W próbach udarności nie wyznacza się naprężeń, natomiast określa się pracę zniszczenia próbki.  Warto podkreślić, że obciążenia, jakim poddawane są różnego typu układy mechaniczne (maszyny, konstrukcje itd.), mają dynamiczny charakter. Do tego dochodzi jeszcze kwestia zmiennych właściwości poszczególnych materiałów przy obciążeniach udarowych. Okazuje się, że te cechy, które uwidaczniają się przy próbach statycznych, mogą całkowicie modyfikować się pod wpływem obciążeń. 

Badania udarności są szczególnie ważne w przypadku stali ulepszanych cieplnie, ponieważ są one podatne na kruszenie się, mimo zwiększającego się wzrostu wytrzymałości i twardości. Tak więc próba udarowa umożliwia ustalenie optymalnych warunków obróbki cieplnej.