Samostatná práce z nauky o materiálu

Vrubová houževnatost materiálu

V následujícím referátu bylo mým úkolem pojednat o vrubové houževnatosti materiálu jako o jedné z důležitých materiálových vlastností, dále pak vypočíst některé charakteristiky, kde vstupními údaji byli výsledky měření při zkoušce houževnatosti materiálu na Charpyho kladivu.

Nejdříve považuji za nutné samotnou definici vrubové houževnatosti: Vrubovou houževnatostí obecně rozumíme práci potřebnou k rozrušení materiálu, vztaženou na jednotku plochy v místě vrubu. Tuto vlastnost zkoušíme na zařízení, jež je v odborné praxi známé jako Charpyho kladivo.

Princip zkoušky je následující: V čepu kyvadlově uložené závaží (kladivo) je uvolněno z určité výšky (H1), přerazí vzorek umístěný v dolní úvrati a dostoupá se do výšky H2. Právě z rozdílu výšek H2 a H1 by se podle následujícího vzorce vypočetla práce potřebná na porušení vzroku:

A = m . g . (H1 – H2)

V praxi se však výšky nezjištují, práce se přímo odečítá z číselníku na Charpyho kladivu.

Z odečtené práce a průřezu vzorku v místě vrubu se spočítá vrubová houževnatost značená písmeny KC + a) U – pro vrub tvaru U

b) V – pro vrub tvaru V

a dále číslem označujícím hloubku vrubu. Ve výsledku se tak můžeme setkat například se zápisem KCU2.

Od značení nyní přistupme zpět k vzorci pro výpočet vrubové houževnatosti:

KC = ; kde A je vrubová práce v  J],  S průřez v  cm²

Zkušební těleso následující tvar a rozměry:

Důležitým faktorem ovlivňujícím vrubovou houževnatost je teplota vzorku. Materiály mají při různých teplotách různou vrubovou houževnatost, závislost houževnatosti na teplotě je však pro různé teploty také různá. Přibližný průběh křivky závislosti houževnatosti (vrubové práce) na teplotě je na následujícím obrázku:

Z grafu je patrné, že mezi oblastmi s křehkým resp. houževnatým lomem je tzv. přechodová oblast. Ta je z hlediska houževnatosti velice důležitá, je potřebné ji pro různý materiál určit. Je patrné, že materiál může v malém rozmezí teplot výrazně měnit své vlastnosti a to by měli technolog s konstruktérem brát při navrhování vhodného materiálu zvážit, zejména pokud jsou známé teploty, při kterých bude materiál vykonávat budoucí činnost.  Jak vypadá lom při přechodových teplotách je na dalším obrázku:

Nyní již přistoupím k samotné zkoušce, kterou jsme vykonali ve školní laboratoři.

Zkoumaný vzorek měl rozměry průřezu 10 x 10 mm. Vrub tvaru V o hloubce 2 mm.

Průřez S se tedy vypočte:

S = a . (b – h_v) = 10 . (10 – 2) = 80 mm² = 0,8 cm²

Práce potřebná k porušení vzorku byla odečtena přímo z číselníku : A = 35 J

Samotná vrubová houževnost pak je: KCV2 = = = 43,75 J. cm^-2

Kromě výsledku se ještě po zkoušce vyhodnocuje také tvar lomu (tj. plocha průřezu v místě přeražení). U našeho vzorku byla hodnota na obrázku zakótovaná jako b₁ rovna 10,7 mm.

Závěrem lze říci, že zkoušený materiál vykazuje vcelku přijatelnou průměrnou vrubovou houževnatost, hodnotu přechodové teploty bych odhadl zhruba na 25°C.