4. DETERMINAREA REZILIENŢEI.

ÎNCERCAREA DE ÎNCOVOIERE PRIN ŞOC

4.1. Introducere

Rezilienţa este o caracteristică deosebit de importantă pentru proiectarea

organelor de maşini ce urmează a fi solicitate la încovoiere prin şoc (dinamic).

Încercarea are drept scop determinarea tenacităţii metalelor şi aliajelor,

precum şi a caracterului ruperii: ductilă sau fragilă.

După tratamentul termic o serie de aliaje devin fragile, fragilitate ce nu

poate fi determinată prin încercări statice, ci numai prin încercarea de rezilienţă.

Încercarea constă în ruperea unei epruvete cu crestătura în U sau în V,

aşezată liber între două reazeme, cu ajutorul unui ciocan pendul, dintr-o singură

lovitură (fig. 4.1).

Pentru ruperea epruvetei este necesară o anumită cantitate de energie

iniţială, energia de rupere.

Rezilienţa, notată cu KCU sau KCV, se defineşte ca raportul dintre

energia W consumată la ruperea epruvetei şi aria secţiunii iniţiale transversale a

epruvetei S0 în dreptul planului de simetrie al crestăturii:

Fig.4.1. Epruvete de rezilienţă a - epruvetă normală; b - epruvetă subţire.

24

0

WKCU =

S [J / cm2] ( 4.1)

Energia de rupere va fi mai mare sau mai mică în funcţie de natura

materialului, tenace sau fragil.

Condiţiile încercării de încovoiere prin şoc pe epruvete cu crestătura în U

şi în V sunt standardizate.

4.2. Aparatură, epruvete

Aparatul utilizat pentru încercarea de încovoiere prin şoc a epruvetelor cu

crestătura în U sau V este ciocanul pendul Charpy, (fig. 4.2), care se compune

din: ciocanul pendul (berbecul) 1, ce oscilează în jurul axului 2, şi unde se

consideră frecarea nulă. Când ciocanul se ridică în poziţie de lucru, se fixează cu

ajutorul opritorului 3.

Fig.4.2. Ciocanul pendul Charpy

1 – berbec; 2 – ax; 3 – opritor; 4 – epruvetă; 5,6 – reazeme;

7 – manetă;8 - cadran gradat; 9 – ac indicator.

25

Epruveta 4 se aşează pe cele două reazeme 5 şi 6. După eliberarea

ciocanului din poziţia de lucru, berbecul loveşte epruveta, o rupe şi îşi continuă

mişcarea oscilatorie până când va fi oprită maneta 7 de către o curea fixată pe

postament. Aparatul mai are un ecran gradat 8 prevăzut cu un ac indicator.

Ciocanul pendul (berbecul), ridicat la înălţimea h0, acumulează o energie

potenţială egală cu valoarea produsului dintre greutatea sa şi înălţimea la care

este ridicat.

Eliberând pendulul din poziţia de lucru prin deblocarea opritorului, acesta

cade liber şi loveşte epruveta. După ruperea epruvetei, ciocanul îşi continuă

drumul ridicându-se la înălţimea h1 (fig. 4.3.).

Diferenţa dintre energia potenţială iniţială a ciocanului şi cea finală va fi:

W = W0 - Wf [J] (4.2)

W = G h0 - G h1 = G (h0 - h1) [J] (4.3)

unde: G este greutatea pendulului, kg;

h0 - înălţimea iniţială, m;

h1 - înălţimea la care se ridică ciocanul după ruperea epruvetei, m.

Fig.4.3. Schema de principiu a încercării de rezilienţă

26

Ţinând cont de raza de mişcare a ciocanului şi de unghiurile

corespunzătoare poziţiilor iniţiale şi finale ale pendulului, se calculează:

W0 = G l ( l + sin ) (4.4)

Wf = G l ( l - cos ) (4.5)

Lucrul mecanic efectuat pentru ruperea epruvetei este diferenţa acestora:

W = W0 - Wf = G l ( sin + cos ), [J] (4.6)

unde G şi l sunt constante ale aparatului, deci trebuie să se înregistreze numai

valorile unghiului, care sunt măsurate de acul indicator 9.

Cadranul aparatului este divizat în unităţi de lucru mecanic şi indică direct

lucrul mecanic W care s-a consumat pentru ruperea epruvetei încercate.

Pentru asigurarea echidistanţei axei pendulului faţă de cele două reazeme

pe care se aşează epruveta, se verifică poziţia lui cu ajutorul unui şablon.

Forma şi dimensiunile epruvetelor cu crestătură în U sunt redate în

figura 4.4.

Fig.4.4. Forma şi dimensiunile epruvetelor cu crestătura în U

27

Se utilizează următoarele tipuri de epruvete:

epruvete ISO cu crestătură în U, cu adâncime h = 5 mm (KCU 5);

epruvete DVM cu crestătura în U, cu adâncime de h = 3 mm (KCU 3);

epruvete Mesnager cu crestătura în U, cu adâncime de h = 2 mm

(KCU 2).

La încercarea produselor care au grosimi sub 12 mm, se admite utilizarea

epruvetelor cu lăţimea 5 mm, restul dimensiunilor rămânând neschimbate

(fig. 4.1).

Prelucrarea probelor se face numai prin aşchiere, evitându-se încălzirea

materialului. Crestătura în U se execută prin găurire şi tăiere. Se admite execuţia

crestăturii prin frezare, urmată de o rectificare pentru a elimina rizurile obţinute

pe piesă în urma aşchierii orientate după generatoarea crestăturii.

Feţele epruvetei trebuie să fie perpendiculare.

În figura 4.5 sunt prezentate forma şi dimensiunile epruvetelor cu

crestătură în V:

Fig.4.5. Forma şi dimensiunile epruvetelor cu crestătura în V

4.3. Determinări experimentale

Se verifică întâi dimensiunile standardizate ale epruvetelor;

28

29

- se calculează secţiunea epruvetei în dreptul crestăturii;

- se aşează epruveta pe cele două reazeme ale aparatului, verificându-se

poziţia ei, astfel încât crestătura să se afle în dreptul părţii active a

ciocanului;

- se pune acul indicator în dreptul cifrei maxime de pe cadran;

- se ridică ciocanul în poziţia de lucru (iniţială);

- se eliberează berbecul care prin cădere va rupe epruveta;

- se citeşte pe cadran valoarea energiei consumate la ruperea epruvetei;

- se calculează rezilienţa.

Rezilienţa, în cazul general, se indică prin simbolul KCU, urmat de

valorile W0, h şi b, separate prin câte o linie oblică (/).

De exemplu, KCU 150/2/5, reprezintă rezilienţa determinată cu un ciocan

pendul având o energie potenţială iniţială W0 = 150 J, pe o epruvetă cu

crestătură în U, având adâncimea h = 2 mm şi lăţimea b = 5 mm.

Pentru indicarea rezilienţei determinată cu un ciocan pendul având o

energie potenţială W0 = 300 J, pe epruvete cu lăţimea b = 10 mm, se utilizează

simbolurile simplificate, conform tabelului 1. Simbolul simplificat este urmat de

cifra care indică adâncimea crestăturii.

Tabelul 4.1.

Simbolizarea rezilienţei Simbolul Simbolul

simplificat W0 (J)

h (mm)

b (mm)

Observaţii

KCU KCU 5 300 5 10 KCU 300 / 3 / 10 KCU 3 300 3 10 KCU 300 / 2 / 10 KCU 2 300 2 10

Rezilienţa se exprimă cu o precizie de:

2 J / cm2 pentru KCU < 100 J / cm2;

5 J / cm2 pentru KCU > 100 J / cm2.

Dacă în standardele de produs nu sunt specificate alte condiţii, încercările

se execută la temperatura mediului ambiant (20 2C).