Charpy Schlagversuch kalt geformten und heiß gerollt Stähle unter verschiedenen Temperaturbedingungen

Structural Engineering

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Overview

Quelle: Roberto Leon, Department of Civil and Environmental Engineering, Virginia Tech, Blacksburg, VA

Eine heimtückischere Arten von Fehlern, die in Strukturen auftreten können sind spröde Brüche, die vor allem aufgrund der minderwertigen Materialien oder schlechte Materialauswahl sind. Spröde Brüche neigen dazu, plötzlich und ohne viel Material Inelastizität auftreten; Denken Sie zum Beispiel ein Knochenbruch. Diese Fehler treten häufig in Situationen, wo gibt es wenig Fähigkeit des Materials, Schubspannungen durch dreidimensionale Belastungsbedingungen zu entwickeln, wo lokale Belastung Konzentrationen, die hoch sind, und ein logische und direkte Kraft Weg von nicht zur Verfügung gestellt wurde der Designer. Beispiele für diese Art von Fehler wurden im Anschluss an die Northridge Erdbeben 1994 in mehrstöckigen Stahlkonstruktionen beobachtet. In diesen Gebäuden brach eine Reihe der wichtigsten Schweißnähte ohne jegliches duktiles Verhalten anzuzeigen. Brüche neigen dazu, in der Nähe von Verbindungen oder an Grenzflächen zwischen Stücken von Basismaterialien, wie Schweißen, lokale Diskontinuitäten in sowohl, Materialien und Geometrie als auch dreidimensionale Belastungen durch Kühlung einzuführen neigt.

Wenn Sie Materialien für eine Struktur angeben, sehen, dass sehr niedrige Betriebstemperaturen (d. h. die Alaska-Pipeline) viele Zyklen (eine Brücke auf eine Autobahn) zu laden, oder wo Schweißen wird umfassend genutzt, ist es notwendig, eine einfache testen, ob Robustheit des Materials oder die Bruchfestigkeit auszeichnet. Im Feld hoch-und Tiefbau, die Probe ist die Charpy V-Kerbe-Test, der in dieser Übungseinheit beschrieben wird. Der Charpy V-Kerbe-Test soll eine sehr vereinfachende Maß für das Material Fähigkeit zur Energieabsorption bei einer Stoßbelastung ausgesetzt.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Konstruktiver Ingenieurbau. Charpy Schlagversuch kalt geformten und heiß gerollt Stähle unter verschiedenen Temperaturbedingungen. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

Im Stahl-und Metallbau ist eine interessiert, duktiles Verhalten zu erhalten, so dass es ein Zeichen oder Vorwarnung über drohende Scheitern. Zum Beispiel in einem Stahlträger, könnte dies in Form von übermäßigen Verformungen kommen. Diese Leistung wird quantifiziert durch die materielle Zähigkeit, definiert als die Fläche unter der Spannungs-Dehnungs-Kurve, die die mechanische Eigenschaft, die am engsten mit duktilen oder spröde Verhalten verbunden ist. Belastbarkeit bezieht sich auf Festigkeit und Duktilität. Während Zähigkeit die Fähigkeit des Materials ist, vor dem Versagen plastisch verformen, ist Duktilität das Maß, wie viel Material vor Ausfall plastisch verformen kann. Ein Material mit hoher Festigkeit aber geringe Duktilität ist nicht schwer, nur als ein Material mit geringer Festigkeit und hohe Duktilität ist nicht hart. In Ordnung für ein Material, hart zu sein müssen sie hohen Belastungen und hohen Belastungen (Duktilität und Stärke) aufnehmen zu können.

Das gleiche Material, Baustahl, kann beispielsweise entweder eine duktile und spröde abhängig von der Actualmaterial Chemie, Verarbeitung und Belastungsbedingungen Verhalten. Es gibt mindestens Fivemain Treiber für diese mögliche Änderung in der Leistung:

  1. Die molekulare und Mikrostruktur des Materials, mit feineren Körnungen, wodurch Festigkeit steigt und sinkt in Duktilität und das Vorhandensein großer Mengen von Legierungen, wie Kohlenstoff, was häufig zu einer Abnahme der Duktilität von die meisten Stähle.

  2. Die Verarbeitung, die das Material erfährt kann in verschiedenen Zähigkeit in Stahlplatten in Richtung Rollen, senkrecht dazu, und die durch Dicke der Platte führen. Diese letztere Richtung ist besonders heikel, da es schwer ist, eine konsequente Mikrostruktur über eine Dicke Platte zu entwickeln.

  3. Die Beladungszustände (Laden in 3 Dimensionen), die oft hemmt die Entwicklung der Schubspannungen. In 1 - und 2-dimensionale laden, wird man in der Regel begegnen laden Situationen, die zu großen Schubspannungen, und somit eine Menge führen nachgiebig und duktiles Verhalten. In den Grenzwert für eine 3D hydrostatischen Laden gibt es keinen Radius Mohrs Kreis, und so gibt es keine Scherkräfte. In solchen Fällen das Material wird nicht nachgeben aber plötzlich Versagen.

  4. Die Erhöhung der Dehngeschwindigkeit, die führt zu höheren Festigkeiten, sondern Verformung Kapazität verringert.

  5. Eine Abnahme der Temperatur, was zu erheblichen führen kann, nimmt Zähigkeit. Einige Materialien, die bei Raumtemperatur sehr duktil möglicherweise könnte werden sehr spröde, wenn die Temperatur deutlich verringert wird.

Um festzustellen, ob ein Material spröde oder duktiles Verhalten wird, läuft man in der Regel ein Charpy V-Kerbe schlagversuch. Es gibt andere ähnliche Tests, wie z. B. Izod Impact Test, der die am häufigsten verwendeten Härte-Test in Europa ist. Diese Tests wollen die Energie zu messen, die ein kleines Volumen des Materials bei einem plötzlichen Aufprall Belastung aufnehmen kann. Wie bereits erwähnt, kann diese Energie betrachtet werden, um die Fläche unter der Spannungs-Dehnungs-Kurve in direktem Zusammenhang.

Jede Probe Charpy V-Kerbe auf Stoßfestigkeit getestet werden ist standardisierte Abmessungen und konzipiert, unterstützt und geladen, so dass es fehl, wenn Sie einen Schlag in einer standardisierten Weise angewendet. Es ist wichtig zu bedenken, dass die Charpy-Messung sich auf das Volumen und die Geometrie der Probe bezieht und somit die Ergebnisse eignen sich für den Vergleich der relativen Verhalten der Materialien und nicht für ihren absoluten Wert.

Um den Test durchzuführen, wird eine kleine, Strahl Probe mit einer Kerbe auf der einen Seite (Abb. 1) Auswirkungen von einem Hammer ein festes Gewicht sank von eine feste Höhe (Abb. 2) unterzogen. Das Gewicht ist in der Regel zwischen 150 lbs und 300 lbs und kann gelöscht werden, für verschiedene Höhen, unterschiedliche Mengen an Energie zu produzieren. V-Kerbe soll eine Spannungskonzentration verursachen somit den lokalen Stress deutlich zu erhöhen. Wenn der Strahl ist einfach auf beiden Seiten unterstützt und schlug sich in der Mitte, wird der Strahl in Spannung gebogen werden, wo die Kerbe ist. Infolgedessen wird eine Rissausbreitung durch die Probe als schlug geschaffen.

Figure 1
Abbildung 1: Charpy Proben.

Figure 2
Abbildung 2: Charpy-Prüfmaschine.

Theoretisch wird die potentielle Energie gespeichert in einer bestimmten Höhe des Hammers vollständig in kinetische Energie übersetzt werden, kurz bevor der Hammer Charpy Probe schlägt, vorausgesetzt, dass das Pendel reibungslos ist. Wie der Hammer die Probe schlägt und es bricht, ist einiges an diese kinetische Energie verbraucht. Man misst dann, wie viel das Pendel schwingt zurück in die entgegengesetzte Richtung. Aus der Differenz zwischen die Ausgangshöhe und der Höhe nach dem Streik erreicht kann einen Unterschied in potentielle Energie berechnet werden. Die Energie, die in diesem Prozess verloren gegangen ist kann angenommen werden, von der Probe in Fraktur aufgenommen werden. Dieser Wert wird als die Zähigkeit des Materials oder die Fläche unter der Spannungs-Dehnungs-Kurve entsprechen.

Viele Metalle, vor allem die Körperzentrierte Kubik (BCC) Stähle, weisen einen sehr starken Rückgang der Energieaufnahme bei Temperaturen ab etwa 40 oder 50°F und Reichweite eine niedrigeren plateau ca.-100°F. zahlreiche Strukturen heute ausgesetzt die Umwelt sind in diesem Temperaturbereich, somit ist es wichtig zu verstehen, die Temperaturabhängigkeit der Metall scheitern. Beim Bau einer Pipeline in Nordalaska, wo die Temperaturen sehr niedrige Werte erreichen können, wäre es zum Beispiel wichtig, die Temperatur abhängige Fehler des Metalls zu verstehen. Jedoch sind die meisten flächenzentrierter kubische (FCC) Stähle, wie Edelstähle, unempfindlich gegenüber dieser Temperatur-Effekt.

Theoretische Bruchfestigkeit, auch bekannt als ideale Bruchfestigkeit, ist in erster Linie abhängig von der freien Oberflächenenergie und der interatomare Abstand. Ein ideales Material haben eine Stärke ungefähr 1/8 bis 1/10 der Elastizitätsmodul. Die eigentliche experimentelle Bruchfestigkeit ist viel niedriger aufgrund von Mängeln, Hohlräume, metallische Einschlüsse und / oder Verunreinigungen. Zum Beispiel ist in einer einfachen Stabstahl in Spannung geladen, der Stress ausgegangen, einheitlich, mit Ausnahme von nahe den Enden sein, wo die Last angewendet wird. Jedoch mit der Einführung eines einfachen, runden Loch sind die Kräfte, um das Loch zu fließen, wodurch eine Spannungskonzentration neben dem Loch.

Das Ausmaß der Spannungskonzentration ist proportional zum Radius der Bohrung auf die Breite der Probe (R/w). Der Radius bei abnehmender Konzentration Stressfaktor steigt dramatisch an. Allerdings gibt es keine perfekte Löcher in der Natur oder künstliche Produkte; im Allgemeinen werden gezackte Ränder auf mikroskopischer Ebene und somit Spannungskonzentrationen viel höher auftreten werden. Es gibt viele Unzulänglichkeiten und Mängel in Metall Kristallgitter. Es liegt in der Nähe dieser kleinen Spannungskonzentrationen, die Risse zu bilden beginnen, und wenn sehr schnell geladen, diese Risse zu propagieren, verschmelzen, und letztlich dazu führen, dass das Material zum Scheitern verurteilt.

Dieser Test fällt in den Bereich der Bruchmechanik, einhergehende charakterisieren eine Materialien-Fähigkeit, die Bildung und Ausbreitung von Rissen zu widerstehen. Linear elastischen Bruchmechanik (Brauchbaren) ist ein Energetics Ansatz, wobei die Gesamtenergie des Systems die Arbeit aufgrund der angewendeten Lasten entspricht plus die gespeicherten Dehnungsenergie plus die Energie benötigt, um neue Bruchfläche zu erstellen. In seiner linearen Weise ist es sehr nützlich für die Charakterisierung von spröder Werkstoffen, die begrenzte Plastizität aufweisen. Es gibt mehrere Einschränkungen zu Brauchbaren Anwendung auf die Charpy Tests, z. B. eine falsche Annahme, dass keine Energie verloren gehen durch Plastizität, obwohl es eine Menge von Plastizität vor die Rissausbreitung gibt.

Procedure

In diesem Experiment werden wir mehrere Charpy Proben mit unterschiedlichen Temperaturen zur Veranschaulichung der Temperatureinfluss auf Schlagfestigkeit aus Normalstahl testen.

  1. Für die Vorbereitung der Prüfmaschine, zuerst sicherstellen, dass den Pfad des Hammers ist frei von Hindernissen. Sobald der Weg klar ist, heben Sie den Hammer zu, bis er einrastet und sichern Sie das Schloss, um zu verhindern, dass unbeabsichtigten Freisetzung des Hammers zu.
  2. Zur Vorbereitung der Proben verwenden Sie der cold-Box, um ein Exemplar jedes Metall auf eine Temperatur unter den Gefrierpunkt abkühlen. Verwenden Sie eine heiße Platte, um ein weiteres Exemplar von jedem Metall zu einer Temperatur von über 200 ° c erhitzen
  3. Sobald der Hammer ausgelöst wird, legen Sie die Probe in mittels Zange dafür, dass es in die Halterung mit der Kerbe der abgewandten Seite durch den Hammer beeinflusst werden zentriert ist.
  4. Wenn das Muster fertig ist, Stellrad auf der Maschine, um genau 300 ft -lbs. wichtig: Drehen Sie das Rad mit dem Drehknopf. Drücken Sie nicht auf den Zeiger!
  5. Um den Test zu starten, entfernen Sie die Sperre und lösen Sie das Pendel durch Druck auf den Hebel.
  6. Nach die Probe gebrochen wurde, wird die Zifferblatt Gage die Energieaufnahme durch die Probe lesen. Notieren Sie sich diesen Wert.
  7. Sobald die absorbierte Energie aufgezeichnet wird, können Sie die Maschine Bremse, um das Pendel Schwingen zu stoppen. Da mit der Bremse die Gage lesen ändert, achten Sie darauf, die Daten zu speichern, bevor Sie es verwenden.
  8. Wenn das Pendel aufgehört hat, rufen Sie die Probe und bestimmen Sie die Prozent der Fläche des gebrochenen Gesichts, die faserige Struktur hat.

Härte eines Materials kann gemessen werden, mit dem Charpy V-Kerbe-Test, ein einfacher Test, der Robustheit oder Bruchfestigkeit des Materials charakterisiert.

Spröde Ausfälle sind eines der heimtückischsten strukturelle Versäumnisse, kommt ohne Vorwarnung. Um diese Anwendungen mit sehr niedrigen Betriebstemperaturen zu vermeiden, müssen wiederholte Zyklen der Verladung oder umfangreiche Schweißen uns von zähen Materialien machen. Robuste Materialien sind viel weniger wahrscheinlich, in gewissem Sinne sprödes Versagen.

Zähigkeit kann mit dem Charpy V-Kerbe-Test gemessen werden. Prüfung umfasst eine gekerbte Probe mit dem schwingenden Hammer des bekannten Gewicht, berechnen die Energieaufnahme durch die Probe während des Aufpralls und Beobachtung der Bruchfläche auf.

Dieses Video wird veranschaulichen den Charpy V-Kerbe-Test durchführen und die Ergebnisse zu analysieren.

Ein zähes Material ist der starke und dehnbar ist. Es kann mehr Energie als Materialien absorbieren, die sind weniger hart, bevor ein Fehler auftritt. Veränderungen in der Materialbearbeitung und die Belastungssituation können zusammen mit der chemischen Zusammensetzung des Materials die Zähigkeit des Materials führen.

Der Charpy V-Kerbe-Test wird verwendet, um vorherzusagen, ob ein Material spröde oder duktil im Dienst Verhalten wird. Jeder Prüfling hat Dimensionen mit einer V-Kerbe entwickelt, um den lokalisierten Stress erheblich standardisiert. Während des Tests wird die Probe in der Prüfmaschine mit der Kerbe abgewandten Belastungsrichtung unterstützt. Ein Hammer von einem bekannten Gewicht und Höhe wird geschwungen, fällt die Probe. Die gekerbte Seite der Probe erlebt Spannung. Dies führt zu einem Riss Vermehrung durch die Dicke der Probe zum Scheitern.

Die potentielle Energie des Hammers wird kinetische Energie, als es in Richtung der Probe schwingt. Wie der Hammer die Probe trifft, wird eine kleine Menge an Energie absorbiert. Änderung der potentiellen Energie kann die Höhe des Hammers zu wissen, vor und nach dem Auftreffen auf der Probekörpers berechnet werden. Der Energieverlust durch den Hammer entspricht die Energieaufnahme durch die Probe. Energie, die während des Ausfalls zeigt die Zähigkeit des Materials. Dies bezieht sich auf die Fläche unter der Spannungs-Dehnungs-Kurve mit den härtesten Materialien hoher Belastung und hoher Beanspruchung aufnehmen.

Charpy-V-Kerbe Auswirkungen Prüfwerte sind für bestimmte Testbedingungen genau aber können auch verwendet werden, um die relative Verhalten der Materialien.

Im nächsten Abschnitt messen wir die Zähigkeit der zwei verschiedene Arten von Stahl an den beiden hohen und niedrigen Temperaturen mit dem Charpy V-Kerbe Auswirkungen Test.

Achtung: dieses Experiment beinhaltet die schweren beweglichen Teile und extreme Temperaturen. Befolgen Sie alle Sicherheits-Richtlinien und Verfahren während der Prüfung. Vor dem Tag der Prüfung sind Exemplare der gewünschten Materialien bearbeitet die Standardabmessungen für Charpy Tests.

In dieser Demo werden wir zwei verschiedene Arten von Stahl, ASTM A36 und C1018 testen. Zur Vorbereitung der Proben verwenden Sie die cold-Box ein Exemplar von jedem Metall bis minus 40 Grad Celsius abkühlen lassen. Verwenden Sie eine Herdplatte, um ein weiteres Exemplar von jedem Metall bis 200 Grad Celsius zu erhitzen. Eine dritte Reihe von Proben bei Zimmertemperatur aufbewahren.

Jetzt bereiten der Prüfmaschine. Zuerst überprüfen Sie, ob der Pfad des Hammers frei von Hindernissen ist, und heben Sie dann den Hammer, bis er einrastet. Das Schloss, um zu verhindern, dass ein unbeabsichtigtes Lösen des Hammers zu sichern. Bestätigen Sie, dass das Gebiet klar ist, dann entfernen Sie die Sperre und drücken Sie den Hebel nach oben um das Pendel zu lösen. Der Hammer sollte nach unten frei mit sehr wenig Reibung, schwingen, so dass unerheblich Energie verloren, wie auf dem Zifferblatt angezeigt. Nutzen Sie die Pause, um das Pendel zu stoppen, damit Sie den Hammer resecure und Zange verwenden, um ein Exemplar auf dem Amboss mit der Kerbe der abgewandten Auswirkungen Seite zentrieren können.

Wenn das Muster fertig ist, Stellrad auf der Maschine auf 300 Fuß Pfund. Noch einmal bestätigen Sie, dass das Gebiet klar ist, und lassen Sie dann das Pendel. Der Hammer wird Auswirkungen auf die Probe, und als es sich auf der gegenüberliegenden Seite schwingt, bewegen Sie das Zifferblatt der Energiemenge an, die die Probe absorbiert. Notieren Sie den Wert aus dem Messgerät, und verwenden Sie dann die Maschine-Pause, um den Hammer Schwingen zu stoppen. Einbindung der Pause erlischt die Anzeige lesen, also nicht die Lektüre nach die Pause angewendet wurde.

Wenn das Pendel aufgehört hat, rufen Sie die Probe und bestimmen Sie die Prozent der Fläche des gebrochenen Gesichts, die faserige Struktur hat. Wiederholen Sie den Test für die restlichen Proben. Wenn Sie den Abschlusstest abgeschlossen haben, lassen Sie den Hammer in der unteren Position.

Nun, werfen Sie einen Blick auf die Ergebnisse.

Repräsentative Proben aus einem Gesicht zentriert Kubikmeter Material aus jeder der Temperatur-Gruppen zu vergleichen. Diese Beispiele zeigen wenig Variation in den unterschiedlichsten Temperaturen getestet.

Vergleichen Sie nun Proben aus einem Körper zentriert Kubikmeter Material aus jeder der Temperatur-Gruppen. Proben, die bei erhöhter Temperatur getestet wurden zeigen mehr Duktilität und plastische Verformung, während Proben aus der Niedertemperatur-Gruppe Anzeichen von Sprödbruch zeigen.

Der Übergang zu spröde versagen kann durch Plotten die absorbierte Energie als Funktion der Temperatur der Probe für viele Tests gesehen werden. Für Körper kubische Materialien zentrierten, gibt es eine klare obere Plateau in absorbierte Energie bei erhöhten Temperaturen, eine niedrige Plateau bei geringeren Temperaturen und einen Übergangsbereich zwischen. Gesicht zentriert kubische Materialien anzeigen nicht den gleichen Übergang bei geringeren Temperaturen.

Nun, da Sie die Charpy V-Kerbe Schlagprüfung für seinen Gebrauch bei der Vorhersage der Härte der Materialien im Service zu schätzen wissen, werfen Sie einen Blick auf wie es angewendet wird, um Klangstrukturen jeden Tag versichern.

Extreme Temperaturen wie Weltraumforschung, wo die Temperatur über eine große Auswahl sowie Hundeschlitten variiert, wo Temperaturen weit unter Null, dip erfordern harte Materialien.

Eine besonders wichtige Anwendung ist im Bridge, wo Stähle erforderlich sind, um ASTM Standards erfüllen, die niedrigen und hohen Temperaturen umfassen Charpy Grenzen.

Sie sah nur Jupiters Einführung in die Charpy-Auswirkungen zu testen. Sie sollten jetzt verstehen, wie die Charpy schlagversuch auf Materialien bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt, und wie diese Ergebnisse beziehen sich auf die materiellen Zähigkeit.

Danke fürs Zuschauen!

Results

Nach Wiederholung des Experiments für Proben und Temperaturwerte kann, Sie Plotten die Temperaturabhängigkeit der absorbierten Energie und deutlich sehen, die Existenz von einem oberen und unteren Regal (oder flache horizontale Teile). Diese Regale zufolge gibt es klare Minima und Maxima, die für ein bestimmtes Material und Verarbeitung erreicht werden kann. Das Hauptinteresse ist sorgfältig Quantifizierung der übergangstemperaturen zur Minimierung des Risikos, die diese in die Betriebstemperaturen der Bauwerk fallen. Ähnliche Materialien derzeit verschiedene Wärme und mechanische Behandlungen zeigen ähnlich oberen und unteren Regalen, sondern auch eine deutliche Verschiebung in die Übergangstemperatur. Die Übergangszone nach links bewegt wird tendenziell das Frakturrisiko für eine Struktur zu senken; Allerdings bringt das erhebliche Mehrkosten bei der Verarbeitung.

Anzumerken ist, dass der Charpy Test eignet sich zur Charakterisierung von spröder Werkstoffen, die sehr wenig Duktilität zeigen werden. In der Praxis werden Charpy Tests für alle Arten von Materialien, einschließlich sehr duktile Metallen eingesetzt. Diese Verwendung ist grundsätzlich falsch, da die Verformung Prozesse fahren ein sprödes Versagen unterscheiden sich von denen im Fehlerfall duktil sind. Es ist nicht gelungen, einen einfachen Test ableiten, der in einer Produktionsumgebung, wie die Charpy, für semi-duktile oder duktile Materialien verwendet werden können. So ist es wahrscheinlich, dass die Charpy Tests in naher Zukunft beliebt bleibt.

Applications and Summary

Auswirkungen testen, in Form von Charpy und Izod-Tests wird häufig verwendet, um den Widerstand des metallischen Werkstoffen zu Sprödbruch zu messen. Der Charpy Test verwendet eine kleine Balken-Probe mit einer Kerbe. Der Strahl wird durch einen großen Hammer befestigt eine reibungsfreie Pendel geladen. Die Kombination aus der Dehngeschwindigkeit aus diesem Ladesequenz und das Vorhandensein der V-Kerbe erstellt, die ein lokale großen Stress Konzentration Ergebnis in schnelle rissfortpflanzung und Aufteilung der Probe.

Der Test bestimmt die Energieaufnahme durch das Material während der Bruch durch den Vergleich der potentiellen Energie am Anfang und Ende des Tests gemessen von der Position der Impulshammer. Das Ausmaß der die absorbierte Energie ist das Volumen des Materials in der kleinen Strahl Probe abhängig, so dass die Ergebnisse nur in gewisser Weise vergleichende gültig sind.

Bruchmechanik ist einen sehr wichtigen Bereich von Studien in allen Materialien, es erinnert uns daran, dass alle Materialien Fehler enthalten, dass die Form und Größe des Fehlers wichtig sind und man muss sich im Design des Problems von Spannungskonzentrationen.

Ein Beweis für die Bedeutung der Temperaturabhängigkeit war im zweiten Weltkrieg, als einige Liberty-Schiffe und t-2 Tanker buchstäblich in Hälfte noch im Hafen split. Dieses Scheitern musste für die Liberty-Schiffe mit Spannungskonzentrationen zu tun, die beim Schweißen sowie Versprödung der Stahlrumpf durch Schweißarbeiten induziert und begleitet von kalten Wassertemperaturen.

Der Charpy V-Kerbe Test gehört viele ASTM Standards und als solche ist in vielen Produkten, die wir täglich verwenden. Eine besonders wichtige Anwendung ist im Brückendesign wo die meisten Stähle angegeben werden, um eine niedrige Temperatur und eine hohe Temperatur Charpy-Grenze (d.h., 20 ft-lbs bei-40°F und 40 ft-lbs bei 80 ° C) übergeben.

Bruchenergie ist eine sehr wichtige Materialeigenschaft. Wenn man eine einwandfreie Glasplatte mit Oberflächenenergie γstests = 17 x 10-5 -lb/in2 und E = 10 x 106 Psi, wäre die theoretische Bruchfestigkeit ca. 465 000 Psi, Griffith Gleichung gegeben (σf = (2Eγs /Πa)0,5). Wenn man einen Fehler, sogar mit einer Magnitude so klein wie 0,01 In in die Glasplatte einführt, die Bruchfestigkeit sinkt um drei Größenordnungen nur 465 PSI, das ist viel mehr wie wir im wirklichen Leben sehen.

Anderen Temperatur abhängige Anwendungen, bei denen ein Charpy-V-Kerbe-Test wichtig wäre, sind Prüfgeräte für Raumfahrt, wo die Temperatur Overa große Auswahl variiert, sowie Rodeln Ausrüstung in der Antarktis und anderen polaren Regionen, wo Temperaturen weit unter Null dip.

In diesem Experiment werden wir mehrere Charpy Proben mit unterschiedlichen Temperaturen zur Veranschaulichung der Temperatureinfluss auf Schlagfestigkeit aus Normalstahl testen.

  1. Für die Vorbereitung der Prüfmaschine, zuerst sicherstellen, dass den Pfad des Hammers ist frei von Hindernissen. Sobald der Weg klar ist, heben Sie den Hammer zu, bis er einrastet und sichern Sie das Schloss, um zu verhindern, dass unbeabsichtigten Freisetzung des Hammers zu.
  2. Zur Vorbereitung der Proben verwenden Sie der cold-Box, um ein Exemplar jedes Metall auf eine Temperatur unter den Gefrierpunkt abkühlen. Verwenden Sie eine heiße Platte, um ein weiteres Exemplar von jedem Metall zu einer Temperatur von über 200 ° c erhitzen
  3. Sobald der Hammer ausgelöst wird, legen Sie die Probe in mittels Zange dafür, dass es in die Halterung mit der Kerbe der abgewandten Seite durch den Hammer beeinflusst werden zentriert ist.
  4. Wenn das Muster fertig ist, Stellrad auf der Maschine, um genau 300 ft -lbs. wichtig: Drehen Sie das Rad mit dem Drehknopf. Drücken Sie nicht auf den Zeiger!
  5. Um den Test zu starten, entfernen Sie die Sperre und lösen Sie das Pendel durch Druck auf den Hebel.
  6. Nach die Probe gebrochen wurde, wird die Zifferblatt Gage die Energieaufnahme durch die Probe lesen. Notieren Sie sich diesen Wert.
  7. Sobald die absorbierte Energie aufgezeichnet wird, können Sie die Maschine Bremse, um das Pendel Schwingen zu stoppen. Da mit der Bremse die Gage lesen ändert, achten Sie darauf, die Daten zu speichern, bevor Sie es verwenden.
  8. Wenn das Pendel aufgehört hat, rufen Sie die Probe und bestimmen Sie die Prozent der Fläche des gebrochenen Gesichts, die faserige Struktur hat.

Härte eines Materials kann gemessen werden, mit dem Charpy V-Kerbe-Test, ein einfacher Test, der Robustheit oder Bruchfestigkeit des Materials charakterisiert.

Spröde Ausfälle sind eines der heimtückischsten strukturelle Versäumnisse, kommt ohne Vorwarnung. Um diese Anwendungen mit sehr niedrigen Betriebstemperaturen zu vermeiden, müssen wiederholte Zyklen der Verladung oder umfangreiche Schweißen uns von zähen Materialien machen. Robuste Materialien sind viel weniger wahrscheinlich, in gewissem Sinne sprödes Versagen.

Zähigkeit kann mit dem Charpy V-Kerbe-Test gemessen werden. Prüfung umfasst eine gekerbte Probe mit dem schwingenden Hammer des bekannten Gewicht, berechnen die Energieaufnahme durch die Probe während des Aufpralls und Beobachtung der Bruchfläche auf.

Dieses Video wird veranschaulichen den Charpy V-Kerbe-Test durchführen und die Ergebnisse zu analysieren.

Ein zähes Material ist der starke und dehnbar ist. Es kann mehr Energie als Materialien absorbieren, die sind weniger hart, bevor ein Fehler auftritt. Veränderungen in der Materialbearbeitung und die Belastungssituation können zusammen mit der chemischen Zusammensetzung des Materials die Zähigkeit des Materials führen.

Der Charpy V-Kerbe-Test wird verwendet, um vorherzusagen, ob ein Material spröde oder duktil im Dienst Verhalten wird. Jeder Prüfling hat Dimensionen mit einer V-Kerbe entwickelt, um den lokalisierten Stress erheblich standardisiert. Während des Tests wird die Probe in der Prüfmaschine mit der Kerbe abgewandten Belastungsrichtung unterstützt. Ein Hammer von einem bekannten Gewicht und Höhe wird geschwungen, fällt die Probe. Die gekerbte Seite der Probe erlebt Spannung. Dies führt zu einem Riss Vermehrung durch die Dicke der Probe zum Scheitern.

Die potentielle Energie des Hammers wird kinetische Energie, als es in Richtung der Probe schwingt. Wie der Hammer die Probe trifft, wird eine kleine Menge an Energie absorbiert. Änderung der potentiellen Energie kann die Höhe des Hammers zu wissen, vor und nach dem Auftreffen auf der Probekörpers berechnet werden. Der Energieverlust durch den Hammer entspricht die Energieaufnahme durch die Probe. Energie, die während des Ausfalls zeigt die Zähigkeit des Materials. Dies bezieht sich auf die Fläche unter der Spannungs-Dehnungs-Kurve mit den härtesten Materialien hoher Belastung und hoher Beanspruchung aufnehmen.

Charpy-V-Kerbe Auswirkungen Prüfwerte sind für bestimmte Testbedingungen genau aber können auch verwendet werden, um die relative Verhalten der Materialien.

Im nächsten Abschnitt messen wir die Zähigkeit der zwei verschiedene Arten von Stahl an den beiden hohen und niedrigen Temperaturen mit dem Charpy V-Kerbe Auswirkungen Test.

Achtung: dieses Experiment beinhaltet die schweren beweglichen Teile und extreme Temperaturen. Befolgen Sie alle Sicherheits-Richtlinien und Verfahren während der Prüfung. Vor dem Tag der Prüfung sind Exemplare der gewünschten Materialien bearbeitet die Standardabmessungen für Charpy Tests.

In dieser Demo werden wir zwei verschiedene Arten von Stahl, ASTM A36 und C1018 testen. Zur Vorbereitung der Proben verwenden Sie die cold-Box ein Exemplar von jedem Metall bis minus 40 Grad Celsius abkühlen lassen. Verwenden Sie eine Herdplatte, um ein weiteres Exemplar von jedem Metall bis 200 Grad Celsius zu erhitzen. Eine dritte Reihe von Proben bei Zimmertemperatur aufbewahren.

Jetzt bereiten der Prüfmaschine. Zuerst überprüfen Sie, ob der Pfad des Hammers frei von Hindernissen ist, und heben Sie dann den Hammer, bis er einrastet. Das Schloss, um zu verhindern, dass ein unbeabsichtigtes Lösen des Hammers zu sichern. Bestätigen Sie, dass das Gebiet klar ist, dann entfernen Sie die Sperre und drücken Sie den Hebel nach oben um das Pendel zu lösen. Der Hammer sollte nach unten frei mit sehr wenig Reibung, schwingen, so dass unerheblich Energie verloren, wie auf dem Zifferblatt angezeigt. Nutzen Sie die Pause, um das Pendel zu stoppen, damit Sie den Hammer resecure und Zange verwenden, um ein Exemplar auf dem Amboss mit der Kerbe der abgewandten Auswirkungen Seite zentrieren können.

Wenn das Muster fertig ist, Stellrad auf der Maschine auf 300 Fuß Pfund. Noch einmal bestätigen Sie, dass das Gebiet klar ist, und lassen Sie dann das Pendel. Der Hammer wird Auswirkungen auf die Probe, und als es sich auf der gegenüberliegenden Seite schwingt, bewegen Sie das Zifferblatt der Energiemenge an, die die Probe absorbiert. Notieren Sie den Wert aus dem Messgerät, und verwenden Sie dann die Maschine-Pause, um den Hammer Schwingen zu stoppen. Einbindung der Pause erlischt die Anzeige lesen, also nicht die Lektüre nach die Pause angewendet wurde.

Wenn das Pendel aufgehört hat, rufen Sie die Probe und bestimmen Sie die Prozent der Fläche des gebrochenen Gesichts, die faserige Struktur hat. Wiederholen Sie den Test für die restlichen Proben. Wenn Sie den Abschlusstest abgeschlossen haben, lassen Sie den Hammer in der unteren Position.

Nun, werfen Sie einen Blick auf die Ergebnisse.

Repräsentative Proben aus einem Gesicht zentriert Kubikmeter Material aus jeder der Temperatur-Gruppen zu vergleichen. Diese Beispiele zeigen wenig Variation in den unterschiedlichsten Temperaturen getestet.

Vergleichen Sie nun Proben aus einem Körper zentriert Kubikmeter Material aus jeder der Temperatur-Gruppen. Proben, die bei erhöhter Temperatur getestet wurden zeigen mehr Duktilität und plastische Verformung, während Proben aus der Niedertemperatur-Gruppe Anzeichen von Sprödbruch zeigen.

Der Übergang zu spröde versagen kann durch Plotten die absorbierte Energie als Funktion der Temperatur der Probe für viele Tests gesehen werden. Für Körper kubische Materialien zentrierten, gibt es eine klare obere Plateau in absorbierte Energie bei erhöhten Temperaturen, eine niedrige Plateau bei geringeren Temperaturen und einen Übergangsbereich zwischen. Gesicht zentriert kubische Materialien anzeigen nicht den gleichen Übergang bei geringeren Temperaturen.

Nun, da Sie die Charpy V-Kerbe Schlagprüfung für seinen Gebrauch bei der Vorhersage der Härte der Materialien im Service zu schätzen wissen, werfen Sie einen Blick auf wie es angewendet wird, um Klangstrukturen jeden Tag versichern.

Extreme Temperaturen wie Weltraumforschung, wo die Temperatur über eine große Auswahl sowie Hundeschlitten variiert, wo Temperaturen weit unter Null, dip erfordern harte Materialien.

Eine besonders wichtige Anwendung ist im Bridge, wo Stähle erforderlich sind, um ASTM Standards erfüllen, die niedrigen und hohen Temperaturen umfassen Charpy Grenzen.

Sie sah nur Jupiters Einführung in die Charpy-Auswirkungen zu testen. Sie sollten jetzt verstehen, wie die Charpy schlagversuch auf Materialien bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt, und wie diese Ergebnisse beziehen sich auf die materiellen Zähigkeit.

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