Испытание на ударный изгиб по Шарпи: особенности и практическое значение
Данный метод показывает, как материал поведет себя при резком ударе — способен ли он поглотить энергию или разрушится сразу? Для ответа на эти вопросы используют особый метод испытаний, имитирующий резкую нагрузку, как в реальных условиях — например, при падении детали или внезапном ударе. Так определяют, безопасно ли применение материала в строительстве, машиностроении и других сферах. В статье разберем особенности метода, существующие стандарты, практическое значение.
Методика испытаний
Их проводят на маятниковом копре — это устройство, ударяющее с высоты по образцу, который укладывают горизонтально на две опоры. Ударный молот маятника бьет по центру строго напротив надреза, если он есть. После разрушения копер продолжает движение вверх, но уже с меньшей силой. Поглощенная энергия при разрушении образца пропорциональна разнице между высотой, с которой упал маятник, и высотой, до которой он поднялся после удара. То есть чем выше маятник поднялся после столкновения, тем меньше энергии ушло на разрушение.
Методику проведения испытаний регламентирует ГОСТ ударной вязкости по Шарпи.
На результат сильно влияет надрез: его форма и размеры строго задаются по стандартам. Также важны габариты самого образца — они тоже могут изменить итоговые значения.
Метод Шарпи подходит для металлов и пластмасс. Материалы по-разному реагируют на удар в зависимости от температуры. При понижении температуры многие пластики и металлы теряют пластичность и становятся хрупкими. Поэтому испытания проводят в разных температурных режимах. Это особенно важно для тех изделий, которые эксплуатируются в условиях перепадов температуры.
Основной измеряемый параметр для металлов — поглощенная энергия удара в Дж, для пластмасс — ударная вязкость по Шарпи в Дж/м² или кДж/м².
В стандартных маятниковых копрах с указательной стрелкой используется формула:
K = Q · (h₁ — h₂),
где Q — масса маятника, h₁ — высота перед ударом, h₂ — высота после разрушения.
Для конструкций без подъемной рамы применяется формула:
K = Q · R · (cos β — cos α),
где R — длина маятника, α — угол отклонения до удара, β — после удара.
Образцы и стандарты
Используют образцы с V- или U-образным надрезом, либо без надреза. Надрез создает концентратор напряжений и влияет на тип разрушения. Размеры и форма регламентированы:
- Для металлов — ISO 148-1, ГОСТ Р ИСО 148-1, ASTM E23.
- Для пластмасс — ISO 179-1, ГОСТ 4647, ASTM D6110.
Практическое значение
Метод помогает не только правильно подобрать материал, но и обеспечить контроль качества. Благодаря этому становится возможным оценить надежность строительных элементов и продлить срок службы оборудования в промышленности:
- В строительстве материалы испытывают нагрузки не только от веса здания, но и от внешней среды — ветра, сейсмических колебаний, ударов.
- В машиностроении компоненты оборудования работают под постоянной вибрацией и механическим давлением.
- В инфраструктуре — при строительстве мостов и трубопроводов ударопрочность напрямую связана с долговечностью.
Испытания по Шарпи — простой, доступный и информативный способ оценки ударной прочности материалов. Его активно применяют в контроле качества, выборе материалов и сравнительном анализе различных полимеров и сплавов. Благодаря автоматизации метод остается актуальным и в современных высокоточных лабораториях.
