ncercarea la ncovoiere prin oc. Reziliena

33

L U C R A R E A N R . 3

N C E R C A R E A D E N C O V O I E R E P R I N O C . R E Z I L I E N A

3.1. Reziliena Viteza cu care se aplic sarcina la determinarea unei proprieti mecanice are o influen foarte mare asupra comportrii materialelor metalice. Oelurile, ndeosebi, se comport tenace la viteze mici de aplicare a sarcinii (ncercri statice) i fragil la viteze mari de aplicare a sarcinii (ncercri dinamice). Pentru a determina valoarea rezilienei, care este proprietatea materialelor de a rezista la sarcini dinamice (ocuri), este necesar s recurgem la un tip de ncercare dinamic, la care sarcina s fie aplicat cu o vitez mare. ncercarea de rezilien permite aprecierea tenacitii sau fragilitii materialelor metalice i const din ruperea epruvetei dintr-o singur lovitur a ciocanului pendul.

Fig. 3.1. Epruveta, ciocanul pendul, modul de aezare a epruvetei la

ncercarea de ncovoiere prin oc

Lucrri de laborator

34

n timpul solicitrii epruveta, sub forma unei bare cu seciune ptrat (10x10mm), i cu o cresttur la mijloc (sub form de U sau V) este supus unei solicitri de ncovoiere prin oc (fig. 3.1). La ncercarea pe epruvete Charpy U (SR EN 10045-1:1993) se definete reziliena ca fiind raportul dintre energia consumat pentru ruperea epruvetei i aria seciunii transversale din dreptul crestturii.

[ ]20

cm/daJAWKCU = (3.1)

unde: K -iniiala cuvntului german Kerbschlagfestigheit (rezilien); C -iniiala de la cuvntul Charpy; U -forma crestturii; W -energia consumat pentru ruperea epruvetei, dintr-o singur lovitur; A0 -aria seciunii epruvetei n dreptul crestturii (A0=bh, unde b -limea epruvetei; h -adncimea crestturii). La ncercarea pe epruvete Charpy V, (STAS R 10025-75) tendina actual este ca rezultatele s se exprime prin energia consumat pentru rupere. n acest caz simbolul este KCV i se msoar n [J] sau [daJ]. Prin analogie cu ncercarea cu epruvete Charpy U, uneori se mai exprim i prin energia de rupere raportat la unitatea de suprafa a seciunii din dreptul crestturii. Pentru efectuarea ncercrii la ncovoiere prin oc se folosete soneta, introdus pentru prima dat de A. Martens n anul 1891 sau ciocanul pendul cu cadran. n prezent, utilajul cel mai folosit este ciocanul Charpy, datorit simplitii i robusteii construciei. Ciocanul Charpy (fig. 3.1) const dintr-un pendul prevzut cu un ciocan de greutate P, ce oscileaz n jurul lui O. Pentru ruperea epruvetei, aezat liber pe dou reazeme de pe batiul B, ciocanul cade de la o nlime H0, dinainte stabilit. n rotaia pendulului, ciocanul propriu-zis, prin intermediul unui cuit din material dur, lovete epruveta i o rupe, consumnd astfel o parte din energia cinetic a pendulului; restul de energie este folosit de pendul pentru a se ridica la nlimea H. Energia consumat pentru ruperea epruvetei este dat de relaia:

ncercarea la ncovoiere prin oc. Reziliena

35

( )

( ) coscoslGHHGWWW

cp

0pf0

====

(3.2)

unde: W0 -energia potenial a pendului n poziia iniial; Wf -energia potenial a pendulului n poziia final; Gp -greutatea pendulului; lc -distana de la centrul de greutate al pendulului pn la axul de rotaie; H0 -nlimea iniial a centrului de greutate al pendulului, msurat pe vertical, fa de poziia cea mai de jos atins de centrul de greutate n cursa de ncercare; H -nlimea final a centrului de greutate al pendulului, msurat pe vertical, fa de poziia cea mai de jos atins de acesta n cursa de rotaie; , -unghiurile celor dou poziii extreme fa de axa vertical. Viteza de lovire se calculeaz cu relaia: 0Hg2v = (3.3)

3.2. Aparatur i materiale

Pentru lucrare sunt necesare: pendul de rezilien (fig. 3.2), epruvete tip Mesnager (cu cresttur n form de U) din diferite materiale cum sunt reprezentate n fig. 3.1.

Fig. 3.2. Pendul de rezilien tip Charpy; schi i pendul seria

PH 150-450 Joule

Lucrri de laborator

36

3.3. Modul de lucru Se ridic manual ciocanul (2) (fig. 3.2) n poziia de sus, corespunztor unei energii disponibile de 30daJ sau 15 daJ (funcie de greutatea montat) i se blocheaz n aceast poziie cu dispozitivul de blocare cu clichet (4). Proba pregtit anterior, prin prelucrare mecanic, se aeaz pe suportul ciocanului pendul cu cresttura lateral, opus direciei de lovire, folosind un ablon, astfel ca deplasarea axei de simetrie a epruvetei fa de muchia de lovire a ciocanului s fie mai mic de 0,5 mm. Se deblocheaz ciocanul lsndu-se s cad asupra epruvetei, pe care o rupe i o antreneaz n direcia de micare, simultan deplasnd i acul indicator pe discul gradat pn la diviziunea corespunztoare lucrului mecanic consumat pentru ruperea epruvetei. Dup ruperea epruvetei ciocanul se oprete n poziia vertical folosind prghia de frn (5). Citirea pe cadranul divizat, direct n uniti de lucru mecanic, se face pe scara corespunztoare discului (3) ce asigur energia disponibil folosit (30 daJ sau 15 daJ). n cazul cnd epruveta nu se rupe dintr-o singur lovitur, atunci se trece la un ciocan cu o energie disponibil mai mare. Dac epruveta nu s-a rupt pe toat seciunea, ns, ea a fost antrenat cu ciocanul, deci a trecut printre reazemele aparatului, determinarea se consider ca fiind valabil. Pentru a afla valoarea rezilienei unui material metalic, aceasta se ia ca media aritmetic a cel puin trei ncercri. Aprecierea caracterului ruperii epruvetei se face astfel: dac seciunea de rupere are un aspect grunos i lucios ruperea este fragil, dac seciunea de rupere are un aspect neted, mat ruperea este tenace. Materialele tenace (oelurile cu coninut redus de carbon) prezint o rezilien ridicat, deoarece energia consumat la ruperea epruvetei este mare; materialele fragile (oelurile aliate i nalt aliate, fontele albe) prezint o rezilien sczut deoarece energia consumat la ruperea epruvetei este mic.

3.4. Rezultate i concluzii Rezultatele ncercrilor se prezint n tabelul 3.1. Reziliena este o proprietate de importan primordial pentru piesele i instalaiile care lucreaz n condiii de ocuri normale sau ntmpltoare, ca, de exemplu, roile dinate din

ncercarea la ncovoiere prin oc. Reziliena

37

cutiile de viteze n momentele de cuplare i decuplare (mai ales la manevre greite, cnd nu se debreiaz corect). De asemenea, poansoanele i matriele pentru tanare i gurire, cuitele ghilotinelor de debitare i alte scule sunt supuse la ocuri repetate. Dac materialul din care sunt executate astfel de piese i scule are reziliena sczut, ele se sparg i se produc avarii sau scoateri premature din uz.

Reziliena materialelor metalice este mult influenat de temperatura de funcionare a pieselor. Prin scderea temperaturii, reziliena poate scdea brusc. Cazurile cele mai grave de avarii datorate acestei cauze se produc la recipientele sub presiune (conducte, rezervoare, cisterne), la podurile metalice i la navele oceanice, in perioadele sezoanelor reci. Astfel, n cursul razboiului al II-lea mondial, peste 100 de nave s-au rupt n buci n lunile de iarn, n zonele reci i cu valuri mari, care au provocat ocuri puternice asupra corpului navelor. Pentru a se prentmpina asemenea situaii, materialele din care se realizeaz astfel de instalaii se ncearc la oc pe epruvete speciale (cu crestatura in V) i la temperaturi sczute (pn la -50C) i nu se folosesc dect acele materiale care corespund prescripiilor standardizate sau altor norme tehnice.

Tab. 3.1.

KCU, n daJ/cm2 Nr. crt. Materialul

Nr. probei

Seciunea epruv.

cm2

W

daJ Pe

probe Medie Obs.

1 2 1 3 4 5 2 6