испытания на ударный изгиб по шарпи на образцах
Испытания на ударный изгиб по шарпи на образцах
ГОСТ 4647-80
(CT CЭB 1491-79)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
Метод определения ударной вязкости по Шарпи
Plastics. Method for determination of Charpy’s impact strength
Дата введения 1981-06-01
1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством химической промышленности СССР
Г.И.Файдель, Е.Л.Татевосян, И.И.Фарберова, Л.Д.Дерюгина
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета по стандартам от 25.12.80 N 5969
4. Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 1491-79 и МС ИСО 179-82
6. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
Обозначение НТД, на который дана ссылка
7. Ограничение срока действия снято по протоколу N 3-93 Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 5-6-93)
8. ПЕРЕИЗДАНИЕ (июнь 1998 г.) с Изменением N 1, утвержденным в декабре 1988 г. (ИУС 4-89)
ВНЕСЕНО Изменение N 2, принятое Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации по переписке (протокол N 28 от 23.03.2007). Государство-разработчик Россия. Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 19.06.2007 N 144-ст вводится в действие на территории РФ с 01.01.2008
Изменение N 2 внесено изготовителем базы данных по тексту ИУС N 9, 2007 год
Настоящий стандарт распространяется на пластмассы и устанавливает метод определения ударной вязкости по Шарпи на образцах с надрезом и без надреза.
Сущность метода заключается в испытании, при котором образец, лежащий на двух опорах, подвергается удару маятника, причем линия удара находится посередине между опорами и непосредственно напротив надреза у образцов с надрезом.
В настоящем стандарте дополнительно приведен метод определения ударной вязкости по Шарпи без регистрации силы при ударе (приложение 4). Приложение 4 представляет собой аутентичный текст международного стандарта ИСО 179-1-2000 «Пластмассы. Определение ударной вязкости по Шарпи. Часть 1. Не инструментальный метод испытания на ударную вязкость.
Перечень материалов, испытываемых по настоящему стандарту, приведен в приложении 1.
Пояснения к терминам, применяемым в настоящем стандарте, даны в приложении 2.
(Измененная редакция, Изм. N 1, 2).
1. ОТБОР ОБРАЗЦОВ
1.1. Для испытания применяют образцы трех типов, размеры которых приведены в табл.1.
Испытания на ударный изгиб по Шарпи — суть метода. Ударные испытания материалов.
Испытания на ударный изгиб по Шарпи — это один из часто используемых способов тестирования на прочность. Этот метод является важной частью многих комплексных программ для тестирования изделий. Кроме того, сам по себе он также дает много ценной информации об изделии и его прочности. Которая во многих случаях является исчерпывающей.
Испытание на ударный изгиб по Шарпи было изобретено в 1900 году Жоржем Августином Альбертом Шарпи (1865-1945). Однако этот способ ударных испытаний материалов до сих пор используется в качестве экономичного метода контроля качества и прочности материалов.
В чем суть ударных испытаний на изгиб по Шарпи?
С помощью таких ударных испытаний материалов специалисты могут получить представление о прочности изделия, а также опровергнуть или подтвердить заявленный уровень этой характеристики.
При помощи сильного и резкого механического воздействия на объект, исследователи определяют количества энергии, которое материал способен поглощать.
Ударные испытания материалов по Шарпи имеют свои рекомендации и нормы. Они описаны в ГОСТ Р ИСО 148-1-2013 для металлов и ГОСТ 4647-80 для пластмасс.
Как проводятся ударные испытания на ударный изгиб по Шарпи?
Для проведения испытаний на ударный изгиб по Шарпи помимо образца материала используется маятниковый копер.
Груз на рукаве конце маятника устанавливается немного выше над исследуемым материалом. Образец материала устанавливается у основания копера по центру. Таким образом, на исследуемый образец приходится максимальная сила удара груза маятника в данной конструкции.
Ударные испытания по Шарпи проводятся в условиях различных температур. Поскольку значения энергии необходимой для разрушения того или иного материала может отличаться в зависимости этого.
Затем данные, полученные при ударных испытаниях материалов по Шарпи, заносятся в график как функция температуры. Вычисляется переход пластичного хрупкого состояния.
Это важная информация для составления характеристики материала. Помимо прочего ее необходимо получить для определения минимальной рабочей температуры для исследуемого материала
Испытания на ударный изгиб по шарпи на образцах
Метод определения ударной вязкости по Шарпи
Plastics. Method for determination of Charpy impact strength
Дата введения 2017-01-01
Предисловие
Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-2015 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-2015 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены»
Сведения о стандарте
1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт стандартизации материалов и технологий» (ФГУП «ВНИИ СМТ») совместно с Открытым акционерным обществом «НПО Стеклопластик»; Автономной некоммерческой организацией «Центр нормирования, стандартизации и классификации композитов» и Открытым акционерным обществом «Институт пластмасс имени Г.С.Петрова» при участии Объединения юридических лиц «Союз производителей композитов» на основе аутентичного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 5
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 230 «Пластмассы, полимерные материалы и методы их испытаний»
3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 12 ноября 2015 г. N 82-П)
За принятие проголосовали:
Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97
Сокращенное наименование национального органа по стандартизации
Минэкономики Республики Армения
Госстандарт Республики Беларусь
Госстандарт Республики Казахстан
4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 20 ноября 2015 г. N 1915-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 4647-2015 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2017 г.
7 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Июль 2017 г.
ВНЕСЕНА поправка, опубликованная в ИУС N 5, 2019 год
Поправка внесена изготовителем базы данных
1 Область применения
1.1 Настоящий стандарт распространяется на пластмассы и устанавливает метод определения ударной вязкости по Шарпи на образцах с надрезом и бeз надреза.
Данный метод применяют для оценки поведения образцов для испытания, предусмотренных настоящим стандартом, под действием ударных напряжений и для оценки хрупкости или вязкости образцов в пределах, установленных условиями испытания.
1.2 Ударную вязкость по Шарпи определяют для следующих материалов:
— жестких термопластов для литья и экструзии, включая наполненные и упрочненные композиции;
— жестких листов из термопластов и реактопластов;
— жестких формовочных peaктопластов, включая наполненные и упрочненные композиции и слоистые пластики;
— термо- и реактопластов, упрочненных волокном, включая материалы с однонаправленными или разнонаправленными упрочняющими компонентами, такими как маты, ткани, стеклянные ткани из ровинга, рубленные комплексные нити с комбинированными и гибридными упрочняющими компонентами, ровинги и дробленые волокна);
— листов из предварительно пропитанных материалов (препреги), включая наполненные и упрочненные композиции;
— термотропных жидкокристаллических полимеров;
1.3 Настоящий стандарт предусматривает использование образцов для испытания, которые могут быть изготовлены методами прессования, литья под давлением или экструзии, механической обработкой из готовых изделий, полуфабрикатов, слоистых пластиков и листов, полученных экструзией или литьем.
1.4 В настоящем стандарте установлены рекомендуемые размеры образца для испытания. Испытания, проведенные на образцах разных размеров или с разными надрезами или на образцах, изготовленных при разных условиях, например на образцах специально изготовленных и полученных из готовых изделий, могут дать несопоставимые результаты. Другие факторы, такие как энергия маятника, скорость нанесения удара и условия кондиционирования образцов, также влияют на результаты испытания.
1.5 Результаты испытаний используют для контроля качества пластмасс и готовых изделий из пластмасс, для сравнения свойств пластмасс, а также при проведении исследовательских работ (см. раздел 10).
1.6 Данный метод не рекомендуется применять для конструкторских расчетов.
Более полную информацию о поведении материала можно получить, испытывая его при различных температурах, скоростях удара маятника, путем изменения радиуса надреза (см. раздел 10) и/или толщины образца, а также испытывая образцы, изготовленные в различных условиях.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:
ГОСТ 6507-90 Микрометры. Технические условия
ГОСТ 10708-82 Копры маятниковые. Технические условия
ГОСТ 12015-66 Пластмассы. Изготовление образцов для испытания из реактопластов. Общие требования
ГОСТ 12019-66 Пластмассы. Изготовление образцов для испытания из термопластов. Общие требования
ГОСТ 12423-2013 (ISO 291:2008) Пластмассы. Условия кондиционирования и испытания образцов (проб)
ГОСТ 14359-69 Пластмассы. Методы механических испытаний. Общие требования
ГОСТ 26277-84 Пластмассы. Общие требования к изготовлению образцов способом механической обработки
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 ударная вязкость по Шарпи образца без надреза а , кДж/м : Энергия удара, поглощенная при разрушении испытуемого образца без надреза, отнесенная к площади первоначального поперечного сечения образца.
3.2 ударная вязкость по Шарпи образца с надрезом а , кДж/м : Энергия удара, поглощенная при разрушении испытуемого образца с надрезом, отнесенная к площади первоначального поперечного сечения образца под надрезом.
3.3 удар в ребро (параллельно ширине образца) е: Направление удара параллельно размеру b, с ударом по узкой продольной поверхности образца h l (см. рисунки 1 и 3).
3.4 удар плашмя (параллельно толщине образца) f: Направление удара параллельно размеру h, с ударом по широкой продольной поверхности образца b l (см. рисунки 2 и 3).
3.5 перпендикулярный удар n: Направление удара перпендикулярно к плоскости упрочняющего материала (ориентации слоев) (см. рисунок 3).
3.6 параллельный удар р: Направление удара параллельно плоскости упрочняющего материала (см. рисунок 3).
4 Сущность метода
Испытание на ударный изгиб («impact test»)
Ударная вязкость («impact elasticity») – одна из важнейших характеристик конструкционных сталей. Данная характеристика определяется при испытании на ударный изгиб и показывает величину работы, которую нужно потратить, чтобы 
разрушить стандартный образец с надрезом на специально разработанном для данного испытания оборудовании – маятниковом копре.
Измеряется ударная вязкость в кгc/см2 или в Дж/см2, данная размерность показывает отношение работы, потраченной на разрушение испытываемого образца, к площади его поперечного сечения.
Одним из основных критерием качества сталей является способность сопротивления хрупкому разрушению, эта способность качественно выражена в величине ударной вязкости.
Хрупкое разрушение – наиболее опасный вид разрушения конструкции. Его опасность заключается в том, что оно происходит без каких-либо предвестников (например, без пластической деформации). А рост трещины происходит практически мгновенно, скорость распространения трещины при хрупком разрушении приблизительно равна скорости звука в металле. Более подробно о механизме хрупкого разрушения будет рассказано в других статьях.
Теперь, когда вы поняли насколько важна такая характеристика как ударная вязкость, поговорим об образцах для испытания. Так как трещина в металле начинает расти от места скопления микротрещин (когда размер скопления достигает критического уровня), которые обязательно присутствуют в реальных конструкциях, то на образцах для испытания делают искусственный дефект – надрез. Существует два основных типа образцов для испытания на ударную вязкость, которые различаются типом надреза.
Первый тип – образец с полукруглым надрезом, который обозначают латинской буквой «U» и называют образцом «Менаже» в честь ученого, предложившего данный тип образца. Радиус у основания надреза 1 мм.
Второй тип – образец с острым надрезом, который обозначается латинской буквой «V» и называют образцом «Шарпи», также назван в честь ученого, который его предложил и впервые использовал. Радиус у основания надреза 0,25 мм. Тип образца во время экспертизы металла выбирается, исходя из нормативных документов.
Ударная вязкость состоит из двух составляющих – из работы зарождения и работы распространения трещины. Отсюда вытекает логичное умозаключение, что ударная вязкость на образцах «Шарпи» существенно меньше, чем на образцах «Менаже», за счет меньшей работы зарождения трещины.
Кроме типа надреза на величину ударной вязкости прямое влияние оказывает температура испытания. С понижением температуры испытания ударная вязкость снижается, как и меняется характер разрушения образца с вязкого (со значительно степенью пластической деформации), на хрупкий (с практически полным отсутствием пластической деформации). Переход от вязкого к хрупкому разрушению с понижением температуры обусловлен таким явлением, как хладноломкость. Хладноломкость выражена в существенном увеличении предела текучести и снижении относительного удлинении с понижением температуры и характерна для металлов с объемноцентрированной кристаллической решеткой (Fe, Cr, Mo и другие).
Внешний вид образцов после испытания на ударный изгиб, проведенного нашей компанией, представлен на фото. 
Хорошо видно различие между образцами, разрушенными по разным механизмам. Вязкий излом с матовой поверхностью и следами пластической деформации в зоне разрушении. И хрупкий излом с блестящей поверхностью и без следов деформации – ровный скол, будто бы образец был разделен острым ножом. Есть еще и промежуточный вид – смешанное разрушение, в котором присутствует и вязкая, и хрупкая составляющая.
Доля вязкой составляющей является второй характеристикой, после ударной вязкости, которая определяется при испытании на ударный изгиб. Долю вязкой составляющей определяют визуально, изучая строение излома образца после испытания, измеряют ее в %.
Критическая температура хрупкости – очень важный критерий при оценке качества сталей, который показывает до какого момента сталь разрушается преимущественно по вязкому механизму. Использование стали при температурах ниже критической температуры хрупкости нежелательно.
Россия в значительной степени северная страна, где отрицательные температуры сохраняются в течение длительного времени. Освоение полярных и при полярных территорий, богатых природными ресурсами, с одновременным усложнением архитектурной конфигурации возводимых сооружений, ставит задачу по разработкам сталей с высоким уровнем сопротивления хрупкому разрушению. О способах повышения ударной вязкости в сталях я расскажу в следующих статьях.
Испытания на ударный изгиб по шарпи на образцах
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
Метод испытания на ударный изгиб при пониженных,
комнатной и повышенных температурах
Metals. Method for testing the impact strength at low,
room and high temperature
Дата введения 1979-01-01
1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством черной металлургии СССР
В. Н. Данилов, д-р техн. наук; М. Н. Георгиев, канд. техн. наук; Н. Я. Межова; Л. Н. Косарев, канд. техн. наук; Е. Ф. Комолова, канд.техн. наук; Б. А. Дроздовский, канд. техн. наук; В. Г. Кудряшов, канд. техн. наук; П. Д. Одесский, канд. техн. наук; В. И. Гельмида, канд. техн. наук; В. И. Змиевский, канд. техн. наук
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 17.04.78 N 1021
3. Стандарт полностью соответствует ИСО 83-76 и ИСО 148-83
4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
Обозначение НТД, на который дана ссылка
Номер пункта, раздела
5. Ограничение срока действия снято по решению Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол 3-93 от 17.02.93)
6. ПЕРЕИЗДАНИЕ (октябрь 1993 г.) с Изменениями N 1, 2, утвержденными в октябре 1981 г., марте 1988 г., (ИУС 12-81, 6-88)
Информация об отмене документов приведена из издания: официальное издание, М.: Издательство стандартов, 1982 год. Примечание «КОДЕКС».
Настоящий стандарт распространяется на черные и цветные металлы и сплавы и устанавливает метод испытания на ударный изгиб при температуре от минус 100 до плюс 1200 °С.
Метод основан на разрушении образца с концентратором посередине одним ударом маятникового копра. Концы образца располагают на опорах. В результате испытания определяют полную работу, затраченную при ударе (работу удара), или ударную вязкость.
Под ударной вязкостью следует понимать работу удара, отнесенную к начальной площади поперечного сечения образца в месте концентратора.
(Измененная редакция, Изм. N 1, 2).
1. МЕТОД ОТБОРА ОБРАЗЦОВ
1.1. Форма и размеры образцов для испытания должны соответствовать указанным в таблице и на черт. 1-3.
Вид кон- центра- тора
Радиус концен- тратора
R
Глубина надреза
(пред. откл. ±0,1)
Глубина концен-
тратора (пред. откл. ±0,6)
Высота рабочего сечения
* При контрольных массовых испытаниях допускается изготовление образцов с предельным отклонением ±0,10 мм.
Образец с концентратором вида U
Образец с концентратором вида V
Образец с концентратором вида Т
(усталостная трещина)
Допускается использовать образцы без надреза и с одной и двумя необработанными поверхностями, размеры которых по ширине отличаются от указанных в таблице.
Область применения образцов указана в справочном приложении 1.
Испытание образцов типов 4, 14, 18 проводят по требованию потребителя для изделий специального назначения.
Для цветных металлов и сплавов все это должно быть указано в нормативно-технической документации на продукцию.
При вырезке заготовок металл образцов должен предохраняться от наклепа и нагрева, изменяющих свойства металла, если не предусмотрено иное в нормативно-технической документации на продукцию.
1.1; 1.2. (Измененная редакция, Изм N 2).
1.3. Риски на поверхности концентраторов видов U и V, видимые без применения увеличительных средств, не допускаются.
1.4. Концентратор вида Т получают в вершине начального надреза при плоском циклическом изгибе образца. Способ получения начального концентратора может быть любым.
Число циклов, необходимое для получения трещины заданной глубины, должно быть не менее 3000.
Контроль прогиба образца осуществляется с помощью индикаторов часового типа по ГОСТ 577-68 или других средств, обеспечивающих погрешность измерения прогиба не более 0,05 мм на базе длины образца.
1.6. Тип и число образцов, порядок проведения повторных испытаний должны быть указаны в нормативно-технической документации на конкретную продукцию, утвержденной в установленном порядке.
1.4-1.6. (Измененная редакция, Изм. N 1, 2).
2. АППАРАТУРА И МАТЕРИАЛЫ
Допускается применять копры с другой номинальной потенциальной энергией маятника. При этом номинальное значение потенциальной энергии маятника должно быть таким, чтобы значение работы удара составляло не менее 10 % от номинального значения потенциальной энергии маятника. До 01.01.91 допускается использовать копры с такой номинальной потенциальной энергией маятника, чтобы работа удара составляла не менее 5 % от номинальной потенциальной энергии маятника. Номинальное значение потенциальной энергии маятника должно быть указано в нормативно-технической документации на конкретную продукцию.
Основные размеры опор и ножа маятника должны соответствовать указанным на черт. 4. Для копров другой конструкции допускаются иные радиусы закругления ребра опоры и скорость движения маятника от 4,5 до 7,0 м/с.
( Измененная редакция, Изм. N 2).
2.2. Термостат, обеспечивающий равномерное охлаждение или нагрев, отсутствие агрессивного воздействия окружающей среды на образец и возможность контроля температуры.
2.3. Смесь жидкого азота (ГОСТ 9293-74) или твердой углекислоты («сухого льда») с этиловым спиртом. Применение в качестве охладителя жидкого кислорода и жидкого воздуха не допускается.
Массовая доля кислорода в жидком азоте в процессе охлаждения образцов в термостате не должна быть более 10%.