Die Schlagzähigkeit metallischer Werkstoffe bezieht sich auf ihre Fähigkeit, Schäden zu widerstehen und die Verformung wiederherzustellen, wenn sie einer Stoßbelastung ausgesetzt werden. Dieser Leistungsindex ist für die praktische Anwendung von Werkstoffen von großer Bedeutung. Die Schlagzähigkeit spiegelt nicht nur den Grad der Zähigkeit und Sprödigkeit des Materials wider, sondern bestimmt auch die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit des Materials unter dynamischer Belastung. Es gibt viele Faktoren, die die Schlagzähigkeit metallischer Werkstoffe beeinflussen, darunter die Beschaffenheit des Rohmaterials selbst, die Ausrichtung der Probe, die Kerbengeometrie und Verarbeitungsqualität, die Genauigkeit der Prüfmaschine, die Passung zwischen Pendel und Rahmen, die Prüftemperatur, die Positionierung der Schlagprobe usw.
1. Die Beschaffenheit des Rohstoffs selbst
Die Schlagzähigkeit metallischer Werkstoffe hängt eng mit ihrer eigenen metallografischen Struktur, chemischen Zusammensetzung, physikalischen Eigenschaften sowie Verarbeitungs- und Wärmebehandlungsprozessen zusammen. Beispielsweise führt die chemische Zusammensetzung des Metalls, insbesondere Kohlenstoff (C), Phosphor (P), Schwefel (S) und andere Elemente, bei steigendem Gehalt in der Regel zu einer Verringerung der Schlagzähigkeit des Materials. Dies liegt daran, dass diese Elemente dazu neigen, spröde Phasen oder Einschlüsse im Material zu bilden, was die Spannungskonzentration erhöht und die Zähigkeit des Materials verringert. Im Gegenteil können Elemente wie Mangan (Mn) und Nickel (Ni) die Zähigkeit des Materials in einem bestimmten Bereich effektiv verbessern; Mn kann das Korn verfeinern und die Ausscheidung von Karbiden entlang der Korngrenzen verhindern, während Ni die Schichtungsenergie von Ferrit erhöhen und die Quergleitverschiebung von Versetzungen fördern kann, was zur Verbesserung der Zähigkeit von Stahl beitragen kann.
Darüber hinaus hat auch die Phasenzusammensetzung eines metallischen Werkstoffs einen wesentlichen Einfluss auf dessen Zähigkeit. Je höher der Gehalt an Ferrit ist, einer Phase mit geringer Festigkeit, guter Plastizität und Zähigkeit, desto besser ist in der Regel die Schlagzähigkeit des Materials. Im Gegenteil verschlechtern retikulierte Karburite die Zähigkeit des Materials, und je höher ihre Menge, desto schlechter ist die Schlagzähigkeit des Materials. Daher kann durch Anpassung der chemischen Zusammensetzung des Materials und des Wärmebehandlungsprozesses die Phasenzusammensetzung gesteuert und somit die Schlagzähigkeit des Materials optimiert werden.
2. Ausrichtung der Proben
Die Ausrichtung metallischer Werkstoffe beeinflusst deren mechanische Eigenschaften, einschließlich der Zähigkeit. In tatsächlichen Produktions- und Ingenieuranwendungen werden die meisten Metallmaterialien gewalzt. Beim Walzprozess werden Metalleinschlüsse, begleitet von Metallkörnern, entlang der Hauptverformungsrichtung gedehnt, wodurch sich Metallfasergewebe bildet, was die Schlagzähigkeit von Metallmaterialien erheblich beeinträchtigt. Daher ist die Kerbe entlang der Walzrichtung der Probenahme, d. Im Gegenteil, senkrecht zur Walzrichtung wird die Kerbe entlang der Walzrichtung abgetastet, wobei die durch die Abtastung erhaltene Schlagzähigkeit kleiner ist.
3. Kerbgeometrie und Verarbeitungsqualität
Die Kerbgeometrie und die Verarbeitungsqualität haben einen wichtigen Einfluss auf die Schlagzähigkeit des Materials. Nach dem GB/T 229-2007-Standard ist die Kerbe hauptsächlich in U-Typ und V-Typ unterteilt. Im Vergleich zur U-Typ-Kerbe ist die Spannung konzentrierter und daher auch die Schlagzähigkeit normalerweise niedriger. Bei demselben Metallmaterial ist die Schlagzähigkeit von gekerbten Proben viel geringer als die von ungekerbten Proben, da die Kerbe zu einer Spannungskonzentration führt, die die Zähigkeit des Materials verringert. Die gekerbten Schlagproben weisen einen erheblichen Grad an Spannungskonzentration in absteigender Reihenfolge von I-Typ-, V-Typ-, U-Typ- und halbkreisförmigen Schlagproben auf.
Darüber hinaus ist auch die Qualität der Kerbbearbeitung einer der wichtigen Einflussfaktoren auf die Schlagzähigkeit. Die Qualität der Kerbverarbeitung wird hauptsächlich durch die Einwirkung der Kerbe in der Nähe der Belastung und Spannungskonzentration beeinflusst, um die Schlagzähigkeit des Materials zu beeinflussen. Studien haben gezeigt, dass die Kerbtiefe der Schlagprobe mit zunehmender Kerbtiefe der Schlagzähigkeit allmählich abnimmt und mit zunehmendem Kerbwurzelradius die Schlagzähigkeit von Metallmaterialien allmählich zunimmt. Schlagzähigkeit mit der Unterseite der Kerbe Bearbeitungskratzer, Härtegrad der allmählichen Abnahme. Daher sollten die Bestimmungen der Schlagprobenverarbeitung in strikter Übereinstimmung mit der GB/T 229-2007 Schlagkerbproben-Kerbgröße erfolgen.
4. Die Genauigkeit der Prüfmaschine und des Pendels und Rahmens mit der Koordination
Die Schlagzähigkeit von Metallwerkstoffen stellt bestimmte Anforderungen an die Präzision der Schlagprüfmaschine, während die Schlagzähigkeit der Prüfmaschine bei niedriger Präzision größere Auswirkungen hat. Darüber hinaus hängt die Schlagzähigkeit auch mit dem Fehler des Lesegeräts der Schlagprüfmaschine zusammen, sodass der Test vor dem Nullvorgang durchgeführt werden sollte.
Auch das Pendel mit dem Rahmen ist entscheidend. Bei der Schlagprüfung handelt es sich um einen einmaligen Zerstörungstest, daher muss die Passung des Pendels am Rahmen präzise sein. Dazu gehören die Parallelität der Pendelachse und der Referenzebene, die Parallelität der Pendelseite und der Schwungebene, der radiale und axiale Abstand der Pendelachse, der Abstand der Pendelachse zum Schlagzentrum, die relative Position der Schlagmesserschneide und Stützweite usw., die den Anforderungen der einschlägigen Normen entsprechen sollten. Wenn die relative Position der Schlagmesserkante und der Stützspannenmitte nicht den Anforderungen entspricht, können die Schlagmesserkante und die Mittellinie der Probenkerbe nicht übereinstimmen, was zu ungenauen Messergebnissen führt und die Schlagzähigkeit groß ist.
5. Temperatur testen
Die Prüftemperatur ist auch einer der wichtigen Faktoren, die die Schlagzähigkeit von Materialien beeinflussen. Bei der Prüfung der Schlagzähigkeit wird festgestellt, dass sich das Material im Temperaturbereich der Sprödzone befindet. Bei der Verwendung des Prozesses kann die Temperatur der Sprödzone auf das Material vermieden werden. Verschiedene Nichteisenmetallmaterialien und ihre Schlagzähigkeit durch Temperatureinwirkung sind unterschiedlich, aber die Stoßdämpfungsarbeit hängt von der Temperatur der Temperatur, der Temperaturgleichmäßigkeit und der Länge der Isolationszeit ab. Mit abnehmender Temperatur nimmt in der Regel die Schlagzähigkeit des Materials ab, da die plastische Verformungsfähigkeit des Materials bei niedrigen Temperaturen abnimmt, die Rissausdehnungsgeschwindigkeit beschleunigt wird, was zu einer Verringerung der Zähigkeit führt.
6. Positionierung von Schlagproben
Durch die Positionierung der Schlagprobe soll sichergestellt werden, dass die Mittellinie der Kerbe der Schlagprobe mit der Kante des Schlagmessers am Pendel übereinstimmt, um den Testbetriebsfehler zu verringern. Wenn ihre relativen Positionen nicht übereinstimmen, können die Anforderungen von 0,5 mm nicht erfüllt werden, und die maximale Schlagkraft kann nicht auf den minimalen Querschnitt der Kerbwurzel der Schlagprobe einwirken, was letztendlich zu einer Verzerrung der Schlagzähigkeit führt.
7. Andere Faktoren
Zusätzlich zu den oben genannten Faktoren können auch innere Defekte und Verunreinigungen von Metallwerkstoffen deren Schlagzähigkeit erheblich beeinflussen. Defekte und Verunreinigungen erhöhen die Spannungskonzentration und verringern die Zähigkeit des Materials. Beispielsweise können innere Defekte wie Einschlüsse und Blasen zur Entstehung und Ausbreitung von Rissen führen und so die Schlagzähigkeit des Materials verringern. Um die Auswirkungen von Fehlern und Verunreinigungen auf die Zähigkeit von Materialien zu verringern, müssen die Qualität der Rohstoffe und die Bedingungen des Produktionsprozesses während der Vorbereitung und Verarbeitung der Materialien streng kontrolliert werden.