Рисунок 1.4 – Схема універсальної розривної машини УММ-5.

На чавунній литій станині 9 є направляючі, по яких може переміщатися у вертикальному напрямку нижня траверса машини 1, на якій встановлено нижній затискач 2. Верхній затискач 4 закріплений у верхній частині станини 5 є нерухомим. Він з’єднаний з динамометричним пристроєм, призначеним для визначення навантаження.

Характер деформації визначається напрямком переміщення нижнього затискача 2. Під час розтягування в затискачі 2 і 4 встановлюється випробовувальний зразок 3. Поступальне переміщення (вгору або вниз) траверса 1 отримує за допомогою вантажного гвинта 10 за рахунок обертання черв’ячного редуктора, розташованого усередині фундаменту машини 9. Робоче обертання черв’ячного редуктора здійснюється асинхронним електродвигуном через коробку передач.

Опускання нижнього затискача при нерухомому верхньому викликає розтяг зразка 8. Рух нижнього затискача через зразок передається на верхній затискач машини. Переміщення викликає відхилення важеля 5 маятника 4, з яким вони з’єднані шарніром. При відхиленні важеля, маятник повертається і займає похиле положення, яке і визначає навантаження на зразок.

Машина має силовимірювач 6 та діаграмний апарат барабанного типу 7, що дозволяє записувати у великому масштабі діаграму навантаження зразків.

Силовимірювач має чотири шкали навантажень для статичних випробувань з різною ціною поділок. Ці шкали призначені для вимірювання граничних статичних навантажень у 0,5; 1; 2,5 і 5 тонн.

Деформації на діаграмному аппараті можна отримувати в масштабі 1:2. Відстань між захватами під час розтягування – 0-800мм, відстань між захватами при стиску – 700мм, максимальна відстань між захватами під час випробування на згин – 600мм, максимальний допустимий прогин зразка під час випробування на поперечний згин – 68мм.

1.1.2. Машини для випробувань на кручення

 Для випробування зразків на кручення використовують випробувальну машину з механічним навантаженням, на який випробовують стандартні зразки з різних матеріалів (ГОСТ 3595-80 «Металлы. Метод испытания на кручение»).

Крутильна машина КМ-50, яка є в наявності в лабораторії кафедри, з максимальним крутильним моментом 500 Н·м, призначена для проведення різних випробувань на кручення зразків круглого, прямокутного і кільцевого перерізів. Загальний вигляд машини показано на рисунку 1.5.

Машина має станину, на якій змонтовані механізми навантаження і силовимірювання. КМ-50 належить до машин з важільним маятниковим силовимірювачем.

Рисунок 1.5 – Загальний вигляд випробувальної машини КМ-50.

Принципово-кінематична схема машини наведена на рисунку 1.6. На станині машини, що складається з основи 15, двох колон 14 і траверси 13, змонтовані усі основні вузли: механізм навантаження, силовимірювальний механізм, пристрій для розрахунку кутів закручування і самописний діаграмний апарат. Кріплення зразка в затискачах 11 здійснюється за допомогою клиновидних вкладишів з рифленою робочою поверхнею, набір яких для зразків різних розмірів і перерізів входить до комплекту машини. Для установки зразків різної довжини нижній (активний) затискач можна швидко переміщувати, обертаючи маховик 2.

Рисунок 1.6 – Принципово-кінематична схема випробувальної машини КМ-50.

Механізм навантаження. Електродвигун через коробку швидкостей і черв’ячну пару 1 призводить в обертання ходовий гвинт 13 разом з нижнім затискачем 11. Механічний привод передає валу дві швидкості обертання –  0,3 і 0,1 об/хв.

Силовимірювальний механізм забезпечує реєстрацію величини крутильного моменту, що передається через зразок, який випробовують до верхнього (пасивного) затискача. При навантаженні зразка верхній затискач разом з валом 10 повертається на невеликий кут, пропорційний величині крутильного моменту, і викликає за допомогою гнучкої тяги 8 відповідне відхилення маятника 3 від вертикального положення.

Кут закручування (кут повороту нижнього затискача відносно верхнього) в межах 360⁰ визначають за шкалою кутів закручування 16 зі стрілочним покажчиком. Для відліку цілого числа обертів машина забезпечена лічильником 17 з межею вимірювання 10 обертів. Показання кута закручування за шкалою 16 відповідають відносному куту закручування нижнього 11 і верхнього 11 затискачів машини.

Механізм силовимірювання. При закручуванні зразка верхній затискач 11 намотує на свій вал 9 тонку гнучку тягу, яка відхиляє маятник 3 до тих пір, поки не буде урівноважений крутильний момент, що виникає в зразку.

При відхиленні маятника 3 через важіль 7 приводиться в рух зубчаста рейка 6, на одному кінці якої закріплюється самозаписувач діаграмного апарату 4, а на іншому зубчаста пара, що переміщає стрілку шкали навантажень 5. Одночасно перо, що закріплене на рейці, записує на діаграмному апараті 4 залежність . Масштаб запису кута закручування φ: 1град зкручування = 2мм на барабані. Барабан 4 приводиться в обертання від ходового гвинта гнучким зв’язком.

У комплекті для маятника є три різних вантажі, що дозволяють створювати такі границі вимірювання крутильного моменту: 100, 200 і 500 Н∙м (10, 20 і 50 кгс∙м).

1.1.3 Машини для випробувань на удар

При виборі матеріалу для деталей, або єлементів конструкцій, які   піддаються динамічним впливам, керуються так званою ударної пробою. Вона полягає в тому, що зразки матеріалу піддають руйнуванню, вимірюючи кількість енергії, витраченої на руйнування зразка.

Ударна в’язкість сильно залежить також від наявності різного роду дефектів у структурі металу (тріщини, порожнечі, неметалеві включення та ін.). Тому випробовування на ударну в’язкість відноситься також до числа поширених технологічних проб, які виявлятимуть якість матеріалу. Такі випробування проводять на ударний розрив або згин.

Руйнування зразків здійснюється зазвичай на маятникових копрах із запасом енергії 300Дж, так як великий надлишок енергії, що залишається після удару, негативно впливає на точність вимірювань.

Випробування на ударний згин.

Випробування на ударний згин (злам) надрізаних зразків має великі переваги: воно вимагає більш дешевих і простих машин і дозволяє виявити небезпечну крихкість там, де випробування на розрив дає хороші результати. Для випробування на ударний згин використовують маятникові копри МК-30 (із максимальною енергією удару 30 кгс×м). На рисунку 1.7 наведено схему та загальний вид копра.

Рисунок 1.7 – Маятниковий копер МК-30: а) схема копра, б) зовнішній вигляд копра.

На масивній основі 1 (рис. 1.7, а) встановлено стійки 2 зі швелерів, пов’язаних вгорі поперечиною. До верхньої частини стійок 2 на горизонтальній осі кріпиться маятник 7, що являє собою плоский сталевий диск, який має в середині ніж 8. Підйомна рама 5 може повертатися навколо своєї осі, і її положення фіксується храповиком 4.

Маятник 7 відхиляється вручну і за допомогою защіпки 6, яка забезпечена запобіжним стопором, закріплюється на підйомній рамі 5. При підйомі маятника одна зі стрілок шкали 3 відхиляється на кут, відповідний (в поділках шкали) потенційній енергії маятника в зведеному положенні, і вказує запас енергії маятника.

Дослідний зразок 11 встановлюється на опори 10, положення яких можна в певних межах регулювати. Відстань між опорами має бути такою, щоб зруйнований зразок не заклинював ніж 8.

Спуск маятника відбувається за допомогою рукоятки защіпки 6. При падінні маятник, пройшовши нижнє положення і зруйнувавши зразок, відхиляє іншу стрілку шкали 3 на кут, що відповідає енергії, збереженої в маятнику після руйнування зразка (в деяких конструкціях маятникових копрів відлік потенційної енергії здійснюється не по круговій шкалі, а по прямолінійній) (рис. 1.8).

Рисунок 1.8 – Руйнування зразка при ударному згині.

Робота, витрачена на руйнування зразка, дорівнює різниці енергії маятника до і після удару. Для зупинки маятника при зворотному ході копер обладнаний стрічковим гальмом 12. Перед кожним випробуванням гальмівний пристрій зводиться натисканням педалі 9.

У масових динамічних випробуваннях на згин зразків з надрізом ударна в’язкість – єдина вихідна характеристика випробування. Діаграма деформації зазвичай не записується, так як це пов’язано зі значними експериментальними труднощами. Загальний час випробування вимірюється частками секунди, тому для фіксації залежності навантаження від деформації потрібні малоінерційні чутливі датчики і швидкодіючий прилад для запису діаграм. Зазвичай використовують п’єзокварцеві динамометри і шлейфові осцилографи.

Випробування на ударний розтяг.

Один з найважливіших плюсів ударних випробувань, як методу оцінки стану металу, – підвищена чутливість. Так, наприклад, коливання механічних властивостей біля середнього значення для сталі (0,35% С) складають: для ударної в’язкості а_н – 99%, для границі міцності σ_в – 15%, для відносного залишкового подовження ε  – 8,8% і для відносного залишкового звуження ψ – 5,7%.

На величину ударної в’язкості часто впливає і спосіб виплавки сталі: електросталь має найбільшу, безсімерівська – найменшу, мартенівська –проміжну величину ударної в’язкості.

Ударна в’язкість в значній мірі відображає стан поверхні зразка, так як деформації в зразку розподіляються нерівномірно і часто бувають зосереджені, в основному, в поверхневих шарах. Наявність твердих поверхневих шарів знижує ударну в’язкість, а м’які поверхневі шари підвищують її.

Випробування на ударний згин проводять на маятникових копрах Шарпі  (рис. 1.9, а) із  запасом енергії піднятого маятника 300Дж. Копер призначений для проведення випробувань як на ударний розтяг, так і на ударний згин.

Опис установки для випробувань. Схема маятникового копра Шарпі показана на рис. 1,9, б. Копер складається з основи 1, на якій кріпеться стояк 2. До верхньої частини стояка на горизонтальній осі підвішений маятник 3, що являє собою плоский сталевий диск з вирізом. З іншого боку маятника є отвір з різьбою для вкручування зразка 9  (при проведенні випробувань на ударний розтяг), на який зверху накручується «тарілка» 10. Крім того, на осі маятника встановлена ​​стрілка 4, навпроти якої до стояка 2 прикріплена шкала 5 для відліку витрат енергії на руйнування зразка. Шкала проградуйована в градусах від 0⁰ до 160⁰.

Рисунок 1.9 – Маятниковий копер Шарпі: а) загальний вигляд, б) схема маятникового копра.

Для фіксації маятника в вихідному верхньому положенні передбачена защіпка 6. На стояках 2 передбачені опори 7 для установки зразків при випробувань на ударний згин, а опори 8 – для випробувань на ударний розтяг.

При проведенні випробувань маятник 3 піднімають вгору і фіксують защіпкою 6. Стрілку 4 встановлюють на нуль, а в маятник 3 вкручують зразок 9. Потім, повернувши засувку 6, відпускають маятник 3, який при своєму падінні руйнує зразок, вдаряючись «тарілкою» 10 об опори 8. Рухаючись далі, маятник 3 перемістить стрілку 4 по шкалі 5, яка зафіксує кут підйому маятника після удару. Цей кут по спеціальних таблицях переводять в значення роботи руйнування зразка. Маятник після удару зупиняють спеціальним гумовим гальмом 11, натискаючи на рукоятку 12.

Зразки для випробувань на ударний розтяг виготовляють механічною обробкою зі стержнів циліндричної форми (рис. 1.10). При динамічних випробуваннях закон подібності не діє. Тому тут необхідна жорстка уніфікація розмірів зразків і умов проведення випробування.

Поверхня зразків повинна бути гладкою, рівною, без тріщин, сколів, здуття і раковин.