ASTM E23: Испытание на удар по металлу

Введение в ASTM E23

ASTM E23 - это международный стандарт, разработанный ASTM International для измерения ударной вязкости металлов и сплавов. Стандарт ударных испытаний Шарпи или Изода, ASTM E23, устанавливает процедуры, аппаратуру и размеры образцов, необходимые для определения поведения материала при внезапном нагружении или ударе.

Испытания на удар определяют вязкость металла или его способность поглощать энергию и сопротивляться разрушению при ударных нагрузках. Это ценная характеристика материала, используемая для оценки его характеристик в реальных условиях, таких как удары, падения или другие аварии с деформацией. Хрупкое разрушение металла при ударе может сделать его непригодным для использования в конструкциях, автомобильной, аэрокосмической промышленности или тяжелом машиностроении, поэтому стандарт ASTM E23 является жизненно важным аспектом характеристики материала.

Преимущества стандарта ASTM E23

Стандарт ASTM E23 обладает рядом преимуществ, благодаря которым он стал стандартом в металлообработке и машиностроении:

1.Стандартизация: Стандарт предусматривает точные размеры образцов, геометрию надрезов и процедуры испытаний, что позволяет обеспечить согласованность и воспроизводимость результатов между лабораториями по всему миру.

2.Универсальность: Стандарт широко применяется для различных металлов и сплавов, таких как стали, алюминиевые сплавы, медные сплавы и материалы специального назначения.

3. Выбор материала: Испытания на ударную вязкость позволяют инженерам выбрать подходящий металл с требуемой степенью безопасности и производительности, особенно в таких критически важных областях применения, как сосуды под давлением, мосты и автомобильные компоненты.

4. Надежность и безопасность: Испытания на ударную вязкость позволяют исключить хрупкий материал или материал с внезапным разрушением, предотвращая разрушение при катастрофических обстоятельствах в процессе эксплуатации.

5. Данные для проектирования и моделирования: Измеренная поглощенная энергия служит исходными данными для вычислительного моделирования, а также для структурного моделирования.

Пример: При проектировании несущей конструкции моста испытания образцов стали по стандарту ASTM E23 позволяют определить, обладает ли выбранный сплав способностью выдерживать воздействие внезапной силы от природных сил, например, упавшего материала или автомобильных аварий, чтобы конструкция оставалась безопасной в неблагоприятных условиях.

Процедура ASTM E23

Стандарт ASTM E23 предписывает пошаговый процесс для получения точных и воспроизводимых измерений ударной вязкости. К основным этапам относятся:

1. Подготовка образцов:

Типичные образцы представляют собой прямоугольные стержни с обработанным надрезом, обычно V-образным или U-образным.

Размеры, глубина надреза и выравнивание точно контролируются для уменьшения вариабельности.

2.Испытательное оборудование:

Образец помещается в маятниковый ударный тестер - устройство, которое ударяет по образцу с известной массой с известной скоростью.

Маятник отпускается с известной высоты, передавая образцу энергию при ударе.

3.Проведение ударного испытания

Маятник ударяет образец по надрезу, и он ломается.

Измеряется энергия, поглощенная образцом, обычно в футах-фунтах (ft-lb) или джоулях (J).

4.Интерпретация данных:

Поглощенная энергия - это показатель вязкости материала. Большее поглощение энергии свидетельствует о вязкости металла и его способности сопротивляться хрупкому разрушению, а меньшее - о хрупкости.

Для определения вязкого или хрупкого разрушения обычно исследуются поверхности разрушения.

5.Представление результатов:

ASTM E23 - это стандарт, который определяет, как следует сообщать температуру испытания, поглощенную энергию, тип надреза и размер образца, что делает отчет о результатах превосходным средством коммуникации.

Пример из практики: Стальные сплавы, используемые в морских платформах, подвергаются испытаниям при отрицательных температурах в соответствии со стандартом ASTM E23. Это позволяет определить температуру перехода вязкости в хрупкость, что крайне важно для обеспечения безопасности в холодных океанских водах.

Применение ASTM E23 в металлах и сплавах

ASTM E23 используется во многих отраслях промышленности для подтверждения характеристик материала при ударных нагрузках:

-Строительство: Конструкционные стали подвергаются испытаниям на вязкость, чтобы выдержать ударные нагрузки, возникающие при случайных ударах или падении предметов.

-Автомобилестроение: Компоненты двигателя, шасси и конструкции, подвергаемые ударным испытаниям, стремятся повысить устойчивость при столкновении и безопасность пассажиров.

-Аэрокосмическая промышленность: Авиационные сплавы проходят испытания на низкотемпературную прочность, чтобы выдержать суровые условия эксплуатации.

-Нефть и газ: хрупкое разрушение при работе под высоким давлением предотвращается благодаря испытаниям сталей для трубопроводов и сосудов под давлением.

-Контроль качества: Производители применяют стандарт ASTM E23 для проверки соответствия партии материалов техническим условиям перед отгрузкой.

Пример данных: Образец из стали 4140, испытанный при температуре -20°C, может поглотить 25 Дж энергии и проявить вязкие свойства для применения в конструкциях в холодном климате, в то время как стальной сплав 4340 при тех же условиях испытания поглощает только 10 Дж, что свидетельствует о более высоком риске хрупкого разрушения.

Различные типы методик испытаний на ударную вязкость

Стандарт ASTM E23 предлагает различные методы для удовлетворения различных требований к оценке:

1. Ударное испытание по Шарпи:

Наиболее распространенный метод, использующий горизонтально закрепленный стержень с надрезом в направлении маятника.

Проверяет энергию, поглощаемую при разрушении, обеспечивая прямое измерение вязкости.

2.Ударное испытание по методу Изода:

Образец поддерживается вертикально, и маятник ударяет по одному концу.

Реже используется для металлов, но может применяться для пластмасс и полимерно-металлических сплавов.

3.Испытание при определенной температуре:

Образцы предварительно выдерживают при различных температурах, обычно ниже точки замерзания, чтобы определить температуру перехода вязкости в хрупкость (DBTT).

Необходимы для использования материалов при арктических или криогенных температурах.

4. Инструментальные маятниковые испытания:

Используется современное оборудование для измерения силы в зависимости от времени при ударе и получения более количественных данных по механике разрушения, например, энергии зарождения, энергии распространения.

Заключение

ASTM E23 - это воспроизводимый стандартный метод испытания ударной вязкости металлов и сплавов. Узнайте, как металлы сохраняют энергию при непредвиденных нагрузках, а производители и инженеры смогут выбрать материалы, которые не будут разрушаться хрупким образом, обеспечат максимальную безопасность и позволят максимально продлить срок службы изделия. ASTM E23 остается важным инструментом для обеспечения соответствия материалов с высокими эксплуатационными характеристиками, начиная от автомобильной и строительной промышленности и заканчивая аэрокосмической и нефтегазовой отраслью. Сочетая в себе точные процедуры, тщательную отчетность и опытные методы, ASTM E23 продолжает обучать инженеров разработке более безопасных и долговечных металлических компонентов.