靭 性 - Toughness


インパクトテストとは何ですか?

衝撃試験は、金属の脆弱性を理解し、評価するために使用されます。金属の脆弱さは、この金属が顕著な変形に苦しまずに破裂(または破壊)を達成しなければならない特性または特性に関連しています。 

このテストは、船舶が伝統的なリベット構造の代わりに溶接プレートを使用し始めた第二次世界大戦から重要性を増しました。 

それまでは、引張テストなど、他のテストでは予測できなかったため、この脆弱な動作は理解できませんでした。 

引張試験は、通常室温で行われる単軸/単軸抵抗試験であり、したがって、米国の「自由」船が受けていた労働条件を代表していなかった:
  • 低温;
  • 三軸応力状態(X、Y、Zの3軸の電圧)
  • 負荷を動的に適用 (影響);
これらの船舶への就航に失敗したために人的および物質的に大きな損失が発生した後、影響に関する具体的な試験が開発されました。 

耐衝撃性は温度によって大きく影響されるが、一般的な引張試験では容易に実施できない条件によっても影響を受ける:
  • ひびやノッチの存在;
  • ロード速度;
米国の輸送船は、ヨーロッパの冷たい海域とは異なり、製造され、テストされた場所で疑わしかった。これにより、自由船の溶接部など、壊れやすい材料や壊れやすい材料があると結論づけています。 

疑わしい材料を使用しても、特定のアプリケーションや負荷に耐えるのに十分な強度を持つ、疑わしい材料は、与えられた温度の後に弱く壊れることができることを実際に発見しました。 

衝撃試験は、以下の図のハンマーによる衝撃によって引き起こされる曲げに標準化されたパターン化されたテストボディを施すことで構成されています。 
Altura do ensaio de impacto (h e h’)

衝撃試験はテスト本体の変形および破壊に使用されるエネルギーを得ることを可能にする。このエネルギーは、h振り子の初期高さと、h'テスト本体の破裂後に到達した最大高さとの差の尺度です。一方、吸収されたエネルギーが低いほど(h'が大きいほど)、その温度での材料の挙動が脆弱になります。

  

影響テストの目的

影響テストは標準(ASME、AWS、DIN、ISOなど)の要件によって適用され、それを使用するいくつかの理由があります。 

その理由の一つは、低温で動作する機器の材料を評価することです。具体的には、材料の脆弱な挙動の評価に使用され、材料のデュクチル壊れやすい転移温度の研究のための補助的なツールとして機能します。 

しかし、この評価の結果は意味と解釈が限られており、その結果は決定的ではありません。このため、テストは同じ条件で試験材料の比較に制限する必要があります。
より定量化可能な結果を得るには、CTODアッセイと、ドロップウェイトテストを使用する必要があります。 

影響試験の限界の説明は、試験中に試験体に存在する三軸応力の成分が複数の要因に依存するため、満足に測定できないという事実によるものです。 

したがって、テストボディによって吸収されたエネルギーを金属の挙動に関連付けることはできません。 

また、衝撃試験を使用して、溶接や熱処理サイクルなどの製造条件の成功(または失敗)を評価することもできます。 

もう一つの非常に一般的なアプリケーションは、特定の溶接ジョイントで使用される溶接手順の検証のためでもあります。材料が適しているかどうかを知るだけでは不十分です、溶接も評価されるべきです。

標本の種類

試験体は標準(ASTM A370など)によって標準化され、骨折の位置を可能にし、応力の三軸状態を生成するために標準化された措置のノッチも提供されています。 

衝撃試験の実施に一般的に使用される試料は、ASTM E23標準で指定されたチャーピー標本とアイゾッド標本です。 

これら2つの中で、cp(証明体)のタイプは間違いなく最も使用されるタイプです。衝撃試験は「シャルピー」と呼ばれることがあるほど使用されています(Yの方が強い音で発音されます)。

シャルピーテストボディ

チャーピー標本はA型B型とC型に分類され、10mmの正方形部、長さ55mm、試料の中央にノッチが付いています。 

タイプAはVの形でノッチを持ち、キーホールの形でタイプB、U.シャルピー型の標本の形でタイプCが中央に支持され、これらの支持体間の距離は40 mm.

下の図は、これら3種類の標本の形状、寸法、ノッチを示しています。
Três tipos de corpos de prova de charpy

 

  

アイゾットテストボディ

Izod試験体は10mmの正方形のセクション、75 mmの長さ、一方の端からの28 mmの距離でノッチ、v字型を持つ。 

より深いノッチを持つ標本(例IzodおよびシャルピータイプA)は、最も疑わしい金属試験で吸収されたエネルギーの違いを示すために使用される。これらのcpsは壊れやすい骨折をより容易に引き起こす傾向がある。 

FoFo(鋳鉄)や鋳造金属などのより脆弱な材料の試験では、通常、検体はノッチを必要としません。それは、材料がすでに自然に壊れやすいからです。
Corpo de prova Izod

  

減らされた標本

寸法が正常な標本(厚さ11mm未満)の製造を許可していない材料の場合には、減らされた標本を除去することができる。しかし、テスト本体の長さ、スロット半径、ノッチ角度は一定のままです。

ノッチマシニング

スロット加工の小さなバリエーションがテスト結果に大きなエラーを引き起こす可能性がありますので、適切な機器とスロットプロファイル制御手段が必要です。 

注:ペトロブラスは、その規格を通じて、例えば、シャルピー衝撃試験を実行する前に、プロファイルプロジェクターのノッチの検証を必要とします。 

スロットはブローチ、平面またはフライス盤によって使用することができ、そのプロファイルはプロファイルプロジェクタによって制御されなければならない。 

インパクトテストに従うたびに、私はノッチのコンプライアンスを評価できるように、プロファイルプロジェクターにテストボディを置くようにオペレータに依頼します。 

ノッチは、加熱処理後に加工する必要があります(該当する場合)。「鍵穴」の形でスロットされた標本は、円形の穴を低い切断速度で慎重に開く必要があります。 

溝の切断は、任意の適用可能な方法で行うことができますが、穴面に欠陥がないようにします。

標本の除去

ノッチの製造のためのその向きと方向は、試験結果の有意な変化を意味するので、基準は、試験片の除去場所を指定します。 

私たちは、鋼板の異なる位置から取られたシャルピー標本のノッチの除去および/または位置の3つの位置に従っています。
Três possibilidades de retirada e posicionamento do entalhe em corpos de prova Charpy

シャルピー標本におけるノッチの除去と位置決めの3つの可能性


インパクトテストに提出されたこれらのボディは、次のグラフに示すように、3つの異なる曲線を提示しました。 
Ensaio de impacto (diferentes posições de retirada)

体内Aでは、ノッチは材料の繊維に横方向である。カーブAは、これが吸収エネルギーの最大量を提示したテストボディだったことを示しています。 


繊維の方向にノッチを持つテストボディC(せん断を好む)は、可能な限り低いエネルギー吸収を有する。 

Bプルーフボディにはクロスノッチもあります。この場合のみ、ノッチはプレートのコアを横切り、すべての繊維を横切って切断します。 

カーブは他の 2 つのカーブと比較して中間状態にあります。この曲線間の関係は、テストの温度が何であれ、一定のままです。

テスト技術

衝撃試験は、下に与えられたスキームから見ることができます.
Funcionamento do ensaio de charpy

Aノッチを持つ標準化された試験体は、振り子(a)の形でハンマーの作用によって壊れています。動作原理は、同じ図の側面図(b)で分析できます。 


振り子は、衝撃点での運動エネルギーが固定された特定値を持つような方法で参照に対して、その重心が高さh0にあるような位置に取られると仮定されます。ハンマーが解放され、ノッチの反対側からテストボディに当たる。 

ピボットの空気抵抗と摩擦を無視して、一度解放され、テストボディがない場合、振り子は省エネの原則によって反対側の同じ高さに達するはずです。 

試験体を突破した後、ハンマーは、変形し、テストボディを破るために吸収されたエネルギーに反比例する高さまで上昇します。したがって、ハンマーで到達した高さが低いほど、テストボディが吸収するエネルギーが多くなります。このエネルギーはテストマシンに直接読み込まれます。 

試験体が振り子の衝撃によって挿入され、破裂した場合、この操作で吸収されたエネルギーは、振り子を他方の側で、h0未満の最大高さh1に達する原因となる。すなわち、材料の耐衝撃性は、h0とh1の電位エネルギーの差によって与えられる。 

実際には、器械はエネルギー差の直接読書のための最大値の指標と、等級のスケールを有する。エネルギーであるため、レポートの耐衝撃性は通常ジュール(J)に記録されます。しかし、試験体によって吸収されるエネルギーは、kgf/m(1メートル当たりのキログラム力)またはlb/ft(1フィート当たりポンド)またはJ(ジュール)で表すこともできます。ブラジルの一部の古いマシンは、通常、キログラム/mでエネルギーを表示し、ジュールへの変換が必要です。 

シャルピーアッセイでは、テスト本体は中央ノッチを有し、両端で支持される。影響は、上に示すように中央で行われます。 

最も一般的なノッチはタイプ"V"ですが、「U」またはホールエンドスリットの形でノッチもあります。タイプ V ノッチの寸法は次のとおりです:
  • 長さ55mm;
  • 10 x 10 mm;
  • 45º でノッチ
  • 深さ 2 mm.

機器

試験装置は基本的に、固定高さの自由落下でリリースされる振り子(ハンマー)、試験体の支持部位、および段階的なスケールを備えたダイヤルを含む測定器で構成されています。
 
このダイヤルでは、初期高さと振り子が到達した最終的な高さの差によって、テストボディを突破するために吸収されたエネルギーを決定することができます。

テストに関する考慮事項

試験温度は、低および中強度材料で得られた結果に直接関連しているため、テストされた試験体の種類と共に結果に記録する必要があります。 

衝撃試験は通常低温に対して指定されますが、周囲温度でも、周囲温度でも実行できます。
試験温度が室温でない場合、試験体を機械に挿入し、5秒以内に破裂する必要があります(温度変動が大きくないように)。これに加えて、加熱および/または冷却媒体は、温度の維持および均質化のための制御を有する必要があります。 

チャーピーテストは、マシン上で最も簡単な位置決めであるため、最も推奨されます。cpsの取り扱いは、その寸法に適した粘り強い(爪タイプ)を使用して行うことができます。また、CTOD.< br />のようなテストと比較して最も安価な影響テストです。 

影響テストを実行する際には、注意が必要です。例えば、テスト開始前に、機械は振り子の自由振動によってチェックされなければならないので、自由落下で放出される振り子は機械ディスプレイのゼロエネルギーを示す。 

この手順でディスプレイにエネルギー値が記録されている場合、テスト本体でのテスト中に得られた結果からこの値を削除する必要があります。 

テストされた材料から結論を出すために、衝撃試験のみを実行することはお勧めできません。
同じ材料のいくつかの標本の結果は、それ自体の間で異なる場合があり、結果として許容平均を有するために少なくとも3つの試験を行う必要があります。同じ場所から3つの標本はすべてセットと呼ばれ、例えば1溶接セット、1 ZACセットなどです。

引張試験と同様に、試験体の破壊領域を観察することによってのみ材料の延性を推定することもできる。せん断の割合が高いほど、材料の疑いが高くなります(トラクショントピックを参照)。

結果の評価

このアッセイの評価基準は次のとおりです:
  1. テスト本体に吸収されたエネルギー。試験された標本で吸収されたエネルギーは機械の表示で読み取られる;
  2. 骨折の特徴と割合(疑わしいまたは壊れやすい)。せん断の割合は、明るい側面を持つ骨折部分の面積の関数です
  3. テスト本体の横展開の割合。横方向の膨張は、試験体の破裂後、ノッチ自体の方向に、反対側の顔を追加することです。この基準は非常にまれであり、ほとんど必要とされません
衝撃試験の主な結果は、変形して破壊するためにテストボディによって吸収されるエネルギーです。 

エネルギーは衝撃の前後にハンマー(衝撃試験機の部品)の電位エネルギーを変化させることによって計算される。吸収されるエネルギーが低いほど、その温度で材料が壊れやすくなります。 

シャルピー標本の例の下の図を参照してください:
  • cp がテストされていません (以下);
  • テスト後にcp (媒体の);
  • cp/非常に疑わしい材料(上から);
材料が壊れないとは思われない、つまり、下図の中央cpとして材料が壊れる/破砕することを期待していることに注意してください。CPが破損しない場合、試験機に損傷を及ぼす可能性があり、その可能性のあるデキャリブレーション.
Exemplos de corpos de prova charpy

試験結果の評価は、許容可能な平均値と最小値が承認されたとみなすために定義されている標準、仕様または設計に従うものとします。

  

英語版

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