Η αντοχή σε κρούση των μεταλλικών υλικών αναφέρεται στην ικανότητά τους να αντιστέκονται στη φθορά και να ανακτούν την παραμόρφωση όταν υποβάλλονται σε κρουστικά φορτία. Αυτός ο δείκτης απόδοσης έχει μεγάλη σημασία για την πρακτική εφαρμογή των υλικών. Η αντοχή στην κρούση όχι μόνο αντανακλά την σκληρότητα και την ευθραυστότητα των υλικών, αλλά καθορίζει επίσης την ανθεκτικότητα και την αξιοπιστία των υλικών υπό δυναμικά φορτία. Υπάρχουν πολλοί παράγοντες που επηρεάζουν την αντοχή σε κρούση των μεταλλικών υλικών, συμπεριλαμβανομένων κυρίως των ιδιοτήτων των ίδιων των πρώτων υλών, του προσανατολισμού του δείγματος, της γεωμετρίας της εγκοπής και της ποιότητας επεξεργασίας, της ακρίβειας της μηχανής δοκιμής, της αντιστοίχισης του εκκρεμούς και του πλαίσιο, η θερμοκρασία δοκιμής, η τοποθέτηση του δοκιμίου κρούσης κ.λπ. Ακολουθεί λεπτομερής ανάλυση αυτών των παραγόντων.
1. Οι ιδιότητες των ίδιων των πρώτων υλών
Η αντοχή σε κρούση των μεταλλικών υλικών σχετίζεται στενά με τη δική τους μεταλλογραφική δομή, τη χημική τους σύνθεση, τις φυσικές ιδιότητες, την τεχνολογία επεξεργασίας και τη διαδικασία θερμικής επεξεργασίας. Για παράδειγμα, η χημική σύσταση των μετάλλων, ειδικά των στοιχείων όπως ο άνθρακας (C), ο φώσφορος (P) και το θείο (S), συνήθως οδηγεί σε μείωση της σκληρότητας του υλικού όταν αυξάνεται η περιεκτικότητά τους. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι αυτά τα στοιχεία είναι επιρρεπή στο σχηματισμό εύθραυστων φάσεων ή εγκλεισμάτων στο εσωτερικό του υλικού, αυξάνουν τη συγκέντρωση τάσεων και μειώνουν την σκληρότητα του υλικού. Αντίθετα, στοιχεία όπως το μαγγάνιο (Mn) και το νικέλιο (Ni) μπορούν να βελτιώσουν αποτελεσματικά την σκληρότητα του υλικού σε ένα συγκεκριμένο εύρος. Το Mn μπορεί να εξευγενίσει τους κόκκους και να αναστείλει την καθίζηση των καρβιδίων κατά μήκος των ορίων των κόκκων, ενώ το Ni μπορεί να αυξήσει την ενέργεια ρήγματος στοίβαξης του φερρίτη και να προωθήσει τη διασταυρούμενη ολίσθηση των εξαρθρώσεων, τα οποία βοηθούν στη βελτίωση της σκληρότητας του χάλυβα.
Επιπλέον, η σύνθεση φάσης των μεταλλικών υλικών έχει επίσης σημαντική επίδραση στην σκληρότητά τους. Ο φερρίτης είναι μια φάση με χαμηλή αντοχή, καλή πλαστικότητα και σκληρότητα. Όσο υψηλότερη είναι η περιεκτικότητά του, τόσο καλύτερη είναι συνήθως η σκληρότητα του υλικού σε κρούση. Αντίθετα, το δίκτυο των καρβιδίων θα επιδεινώσει τη σκληρότητα του υλικού. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός του, τόσο χειρότερη είναι η σκληρότητα του υλικού σε κρούση. Επομένως, με την προσαρμογή της χημικής σύνθεσης και της διαδικασίας θερμικής επεξεργασίας του υλικού, μπορεί να ελεγχθεί η σύνθεση φάσης και στη συνέχεια να βελτιστοποιηθεί η αντοχή σε κρούση του υλικού.
2. Προσανατολισμός του δείγματος
Ο προσανατολισμός των μεταλλικών υλικών επηρεάζει τις μηχανικές τους ιδιότητες, συμπεριλαμβανομένης της σκληρότητας. Σε πραγματικές εφαρμογές παραγωγής και μηχανικής, τα περισσότερα μεταλλικά υλικά είναι έλασης. Κατά τη διαδικασία έλασης, τα μεταλλικά εγκλείσματα επιμηκύνονται κατά μήκος της κύριας κατεύθυνσης παραμόρφωσης μαζί με τους μεταλλικούς κόκκους για να σχηματίσουν ιστό μεταλλικών ινών, ο οποίος επηρεάζει σοβαρά την αντοχή σε κρούση του μεταλλικού υλικού. Επομένως, η δειγματοληψία κατά μήκος της κατεύθυνσης κύλισης, δηλαδή ο μακρύς άξονας του δείγματος είναι παράλληλος προς την κατεύθυνση κύλισης και η εγκοπή ανοίγει κάθετα προς την κατεύθυνση κύλισης, η σκληρότητα κρούσης που προκύπτει από τη δειγματοληψία είναι μεγαλύτερη. Αντίθετα, δειγματοληψία κάθετα προς την κατεύθυνση κύλισης και εγκοπή κατά μήκος της κατεύθυνσης κύλισης, η σκληρότητα κρούσης που προκύπτει από τη δειγματοληψία είναι μικρότερη.
3. Γεωμετρία εγκοπής και ποιότητα επεξεργασίας
Η γεωμετρία και η ποιότητα επεξεργασίας της εγκοπής επηρεάζουν σημαντικά την αντοχή στην κρούση του υλικού. Σύμφωνα με το πρότυπο GB/T 229-2007, οι εγκοπές χωρίζονται κυρίως σε τύπου U και τύπου V. Σε σύγκριση με τις εγκοπές τύπου U, οι εγκοπές τύπου V έχουν πιο συγκεντρωμένη πίεση, επομένως η αντοχή τους σε κρούση είναι συνήθως χαμηλότερη. Για το ίδιο μεταλλικό υλικό, η σκληρότητα κρούσης των δοκιμίων με εγκοπές είναι πολύ μικρότερη από εκείνη των μη χαραγμένων δειγμάτων, επειδή οι εγκοπές θα προκαλέσουν συγκέντρωση τάσεων, μειώνοντας έτσι την σκληρότητα του υλικού. Η σημασία της συγκέντρωσης τάσης των δοκιμίων κρούσης με εγκοπή είναι από μεγάλα έως μικρά, της τάξης των δειγμάτων κρούσης τύπου I, τύπου V, τύπου U και ημικυκλικής κρούσης.
Επιπλέον, η ποιότητα επεξεργασίας των εγκοπών είναι επίσης ένας από τους σημαντικούς παράγοντες που επηρεάζουν την αντοχή στην κρούση. Η ποιότητα επεξεργασίας των εγκοπών επηρεάζει κυρίως την αντοχή σε κρούση των υλικών επηρεάζοντας τη συγκέντρωση της τάσης και της καταπόνησης κοντά στην εγκοπή. Μελέτες έχουν δείξει ότι η σκληρότητα κρούσης μειώνεται με την αύξηση του βάθους της εγκοπής του δοκιμίου κρούσης και η σκληρότητα κρούσης των μεταλλικών υλικών αυξάνεται με την αύξηση της ακτίνας της ρίζας της εγκοπής. η αντοχή στην κρούση μειώνεται με την αύξηση των γρατσουνιών επεξεργασίας και του βαθμού σκλήρυνσης στο κάτω μέρος της εγκοπής. Επομένως, η επεξεργασία του δοκιμίου κρούσης θα πρέπει να γίνεται αυστηρά σύμφωνα με τις διατάξεις του μεγέθους εγκοπής του δοκιμίου εγκοπής κρούσης σε GB/T 229-2007.
4. Η ακρίβεια της μηχανής δοκιμής και ο συντονισμός του εκκρεμούς και του πλαισίου
Η αντοχή σε κρούση των μεταλλικών υλικών έχει ορισμένες απαιτήσεις σχετικά με την ακρίβεια της μηχανής δοκιμής κρούσης. Το μηχάνημα δοκιμής με χαμηλή ακρίβεια έχει μεγαλύτερο αντίκτυπο στην αντοχή στην κρούση. Επιπλέον, η αντοχή στην κρούση σχετίζεται επίσης με το σφάλμα της συσκευής ανάγνωσης της μηχανής δοκιμής κρούσης, επομένως η λειτουργία μηδενισμού πρέπει να εκτελείται πριν από τη δοκιμή.
Ο συντονισμός του εκκρεμούς και του πλαισίου είναι επίσης καθοριστικός. Η δοκιμή πρόσκρουσης είναι μια καταστροφική δοκιμή εφάπαξ, επομένως ο συντονισμός του εκκρεμούς και του πλαισίου πρέπει να είναι ακριβής. Αυτό περιλαμβάνει τον παραλληλισμό του άξονα του εκκρεμούς και του επιπέδου αναφοράς, τον παραλληλισμό της πλευράς του εκκρεμούς και του επιπέδου αιώρησης, το ακτινικό και αξονικό διάκενο του άξονα του εκκρεμούς, την απόσταση από τον άξονα του εκκρεμούς έως το κέντρο κρούσης, τη σχετική θέση του η λεπίδα πρόσκρουσης και το άνοιγμα στήριξης κ.λπ., τα οποία θα πρέπει να πληρούν όλες τις απαιτήσεις των σχετικών προτύπων. Όταν η σχετική θέση μεταξύ της λεπίδας πρόσκρουσης και του κέντρου του ανοίγματος στήριξης δεν πληροί τις απαιτήσεις, η λεπίδα πρόσκρουσης και η κεντρική γραμμή της εγκοπής δείγματος δεν μπορούν να συμπίπτουν, με αποτέλεσμα ανακριβή αποτελέσματα μέτρησης και μεγαλύτερη ανθεκτικότητα κρούσης.
5. Δοκιμή θερμοκρασίας
Η θερμοκρασία δοκιμής είναι επίσης ένας από τους σημαντικούς παράγοντες που επηρεάζουν την αντοχή σε κρούση των υλικών. Κατά τη διάρκεια της δοκιμής σκληρότητας κρούσης, βρίσκεται το εύρος θερμοκρασίας της εύθραυστης ζώνης του υλικού και μπορεί να ελεγχθεί κατά τη χρήση για να αποφευχθεί η επίδραση της θερμοκρασίας της εύθραυστης ζώνης στο υλικό. Διαφορετικά υλικά μη σιδηρούχων μετάλλων έχουν διαφορετική σκληρότητα κρούσης που επηρεάζεται από τη θερμοκρασία, αλλά η ενέργεια απορρόφησης κρούσης σχετίζεται με τη θερμοκρασία, την ομοιομορφία θερμοκρασίας και τον χρόνο μόνωσης. Καθώς η θερμοκρασία μειώνεται, συνήθως μειώνεται η αντοχή σε κρούση του υλικού. Αυτό συμβαίνει επειδή η ικανότητα πλαστικής παραμόρφωσης του υλικού μειώνεται σε χαμηλές θερμοκρασίες και η ταχύτητα διάδοσης της ρωγμής επιταχύνεται, με αποτέλεσμα μειωμένη σκληρότητα.
6. Τοποθέτηση του δοκιμίου κρούσης
Η τοποθέτηση του δοκιμίου κρούσης πρέπει να διασφαλίζει ότι η κεντρική γραμμή της εγκοπής του δοκιμίου κρούσης συμπίπτει με τη λεπίδα κρούσης στο εκκρεμές για να μειωθεί το σφάλμα λειτουργίας δοκιμής. Εάν οι σχετικές θέσεις τους δεν συμπίπτουν και δεν μπορούν να ανταποκριθούν στα απαιτούμενα 0,5 mm, η μέγιστη δύναμη κρούσης δεν μπορεί να επηρεάσει την ελάχιστη διατομή στη ρίζα της εγκοπής του δοκιμίου κρούσης, γεγονός που οδηγεί τελικά σε μεγαλύτερη αντοχή στην κρούση .
7. Άλλοι παράγοντες
Εκτός από τους παραπάνω παράγοντες, εσωτερικά ελαττώματα και ακαθαρσίες μεταλλικών υλικών θα επηρεάσουν επίσης σημαντικά την αντοχή τους στην κρούση. Τα ελαττώματα και οι ακαθαρσίες θα αυξήσουν τη συγκέντρωση της πίεσης και θα μειώσουν την σκληρότητα του υλικού. Για παράδειγμα, εσωτερικά ελαττώματα, όπως εγκλείσματα και φυσαλίδες, θα προκαλέσουν έναρξη και διαστολή ρωγμών, μειώνοντας έτσι την αντοχή σε κρούση του υλικού. Προκειμένου να μειωθεί ο αντίκτυπος των ελαττωμάτων και των ακαθαρσιών στην σκληρότητα του υλικού, είναι απαραίτητο να ελέγχεται αυστηρά η ποιότητα των πρώτων υλών και οι συνθήκες της διαδικασίας παραγωγής κατά την προετοιμασία και την επεξεργασία του υλικού.
Σύναψη
Οι παράγοντες που επηρεάζουν την αντοχή σε κρούση των μεταλλικών υλικών είναι πολύπλευροι, συμπεριλαμβανομένων των ιδιοτήτων των ίδιων των πρώτων υλών, του προσανατολισμού του δείγματος, της γεωμετρίας της εγκοπής και της ποιότητας επεξεργασίας, της ακρίβειας της μηχανής δοκιμής, του συντονισμού του εκκρεμούς και του πλαισίου , τη θερμοκρασία δοκιμής, την τοποθέτηση του δοκιμίου κρούσης, κ.λπ. Με τη συνολική εξέταση αυτών των παραγόντων και τη λήψη των αντίστοιχων μέτρων βελτιστοποίησης, η αντοχή σε κρούση των μεταλλικών υλικών μπορεί να προσδιοριστεί βελτιώθηκε σημαντικά για να καλύψει τις ανάγκες διαφόρων βιομηχανικών εφαρμογών. Σε πρακτικές εφαρμογές, είναι απαραίτητο να επιλέγονται κατάλληλα υλικά και διεργασίες με βάση τα χαρακτηριστικά των υλικών και τις συνθήκες χρήσης για να διασφαλιστεί ότι η αντοχή σε κρούση των υλικών πληροί τις απαιτήσεις σχεδιασμού