تشير متانة المواد المعدنية إلى قدرتها على مقاومة التلف واستعادة التشوه عند تعرضها لأحمال الصدمات، ويعتبر مؤشر الأداء هذا ذا أهمية كبيرة للتطبيق العملي للمواد. لا تعكس متانة التأثير درجة صلابة المادة وهشاشتها فحسب، بل تحدد أيضًا متانة وموثوقية المادة تحت الحمل الديناميكي. هناك العديد من العوامل التي تؤثر على متانة تأثير المواد المعدنية، بما في ذلك طبيعة المادة الخام نفسها، واتجاه العينة، وهندسة الشق وجودة المعالجة، ودقة آلة الاختبار، والملاءمة بين البندول والإطار، درجة حرارة الاختبار، وتحديد موضع عينة التأثير، وما إلى ذلك.
1. طبيعة المادة الخام نفسها
ترتبط صلابة تأثير المواد المعدنية ارتباطًا وثيقًا ببنيتها المعدنية وتركيبها الكيميائي وخصائصها الفيزيائية وعمليات المعالجة والمعالجة الحرارية. على سبيل المثال، التركيب الكيميائي للمعدن، وخاصة الكربون (C)، والفوسفور (P)، والكبريت (S) والعناصر الأخرى، عندما يزيد محتواها، عادة ما يؤدي إلى انخفاض في صلابة تأثير المادة. وذلك لأن هذه العناصر تميل إلى تكوين أطوار أو شوائب هشة داخل المادة، مما يزيد من تركيزات الضغط ويقلل من صلابة المادة. على العكس من ذلك، يمكن لعناصر مثل المنغنيز (Mn) والنيكل (Ni) أن تحسن بشكل فعال صلابة المادة ضمن نطاق معين؛ يمكن للمنجنيز أن ينقي الحبوب ويمنع ترسيب الكربيدات على طول حدود الحبوب، بينما يمكن للنيكل زيادة طاقة طبقات الفريت وتعزيز الإزاحة المتقاطعة للاضطرابات، مما يمكن أن يساعد في تحسين صلابة الفولاذ.
بالإضافة إلى ذلك، فإن تكوين الطور للمادة المعدنية له أيضًا تأثير كبير على صلابتها. كلما زاد محتوى الفريت، وهي مرحلة ذات قوة منخفضة، ولدونة وصلابة جيدة، كلما كانت صلابة تأثير المادة أفضل عادةً. على العكس من ذلك، تؤدي الكربوريتات الشبكية إلى تدهور صلابة المادة، وكلما زادت كميتها، كانت صلابة تأثير المادة أسوأ. لذلك، من خلال ضبط التركيب الكيميائي للمادة وعملية المعالجة الحرارية، يمكن التحكم في تكوين الطور وبالتالي يمكن تحسين صلابة تأثير المادة.
2. اتجاه العينات
يؤثر اتجاه المواد المعدنية على خواصها الميكانيكية، بما في ذلك صلابتها. في تطبيقات الإنتاج والهندسة الفعلية، يتم دحرجة معظم المواد المعدنية، في عملية الدرفلة يتم إطالة الشوائب المعدنية المصحوبة بحبيبات معدنية على طول اتجاه التشوه الرئيسي، وتشكيل أنسجة الألياف المعدنية، مما يؤثر بشكل خطير على صلابة تأثير المواد المعدنية. لذلك، على طول أخذ العينات في اتجاه التدحرج، أي المحور الطويل للعينة الموازي لاتجاه التدحرج، يتم فتح الشق في الاتجاه المتعامد مع اتجاه التدحرج، بحيث تكون صلابة تأثير أخذ العينات أكبر؛ على العكس من ذلك، عمودي على اتجاه المتداول أخذ العينات، على طول اتجاه المتداول من الشق الافتتاحي، وصلابة التأثير التي تم الحصول عليها عن طريق أخذ العينات أصغر.
3. هندسة الشق وجودة المعالجة
إن هندسة الشق وجودة المعالجة لها تأثير مهم على صلابة المادة. وفقًا لمعيار GB/T 229-2007، يتم تقسيم الشق بشكل أساسي إلى نوع U ونوع V نوعين من الشق من النوع V مقارنةً بالشق من النوع U، حيث يكون الضغط أكثر تركيزًا، لذا فإن صلابة تأثيره تكون عادة أقل. بالنسبة لنفس المادة المعدنية، تكون صلابة تأثير العينات المحززة أصغر بكثير من العينات غير المحززة، لأن الشق سيؤدي إلى تركيز الإجهاد، مما يقلل من صلابة المادة. تحتوي عينات الصدم المحززة على درجة كبيرة من تركيز الإجهاد بترتيب تنازلي لعينات الصدم من النوع I، والنوع V، والنوع U، وشبه الدائري.
بالإضافة إلى ذلك، تعد جودة معالجة الحز أيضًا أحد العوامل المهمة التي تؤثر على متانة الصدمات. جودة معالجة الشق بشكل رئيسي من خلال تأثير الشق بالقرب من الضغط، وتركيز الضغط للتأثير على صلابة تأثير المادة. أظهرت الدراسات أن صلابة تأثير عمق درجة تأثير العينة مع الزيادة في الانخفاض التدريجي، مع زيادة نصف قطر جذر الشق، زادت صلابة تأثير المواد المعدنية تدريجيًا؛ تأثير المتانة مع الجزء السفلي من الخدوش بالقطع، تصلب درجة الانخفاض التدريجي. لذلك، يجب أن يكون متوافقًا بشكل صارم مع GB/T 229-2007 حجم شق عينة التأثير لأحكام معالجة عينة التأثير.
4. دقة آلة الاختبار والبندول والإطار مع التنسيق
صلابة تأثير المواد المعدنية على دقة آلة اختبار التأثير لها متطلبات معينة، آلة اختبار منخفضة الدقة على صلابة التأثير للتأثير الأكبر. بالإضافة إلى ذلك، ترتبط متانة التأثير أيضًا بخطأ جهاز قراءة آلة اختبار التأثير، لذلك يجب إجراء الاختبار قبل العملية الصفرية.
البندول مع الإطار أمر بالغ الأهمية أيضًا. اختبار التأثير هو اختبار تدمير لمرة واحدة، لذلك يجب أن يكون توافق البندول مع الإطار دقيقًا. يتضمن ذلك توازي محور البندول والمستوى المرجعي، وتوازي جانب البندول والمستوى المتأرجح، والخلوص الشعاعي والمحوري لمحور البندول، والمسافة من محور البندول إلى مركز الضربة، والموضع النسبي للمحور البندول. حافة سكين التأثير وامتداد الدعم، وما إلى ذلك، والتي يجب أن تلبي متطلبات المعايير ذات الصلة. عندما لا يفي الموضع النسبي لحافة سكين التصادم ومركز امتداد الدعم بالمتطلبات، لا يمكن أن تتطابق حافة سكين التصادم والخط المركزي لشق العينة، مما يؤدي إلى نتائج قياس غير دقيقة، وستكون صلابة التأثير كبيرة.
5. اختبار درجة الحرارة
تعد درجة حرارة الاختبار أيضًا أحد العوامل المهمة التي تؤثر على صلابة المواد. في عملية اختبار صلابة التأثير، للعثور على المادة في نطاق درجة حرارة المنطقة الهشة، في استخدام العملية يمكن التحكم فيها لتجنب درجة حرارة المنطقة الهشة على المادة. تختلف المواد المعدنية غير الحديدية المختلفة ومتانة تأثيرها بتأثير درجة الحرارة، ولكن عمل امتصاص الصدمات يرتبط بدرجة حرارة درجة الحرارة، وتوحيد درجة الحرارة، وطول فترة العزل. مع انخفاض درجة الحرارة، تنخفض عادة صلابة تأثير المادة، وذلك بسبب انخفاض قدرة التشوه البلاستيكي للمادة عند درجات حرارة منخفضة، وتسارع معدل تمدد الكراك، مما يؤدي إلى انخفاض الصلابة.
6. تحديد المواقع من العينات التأثير
إن تحديد موضع عينة التأثير هو التأكد من أن الخط المركزي لشق عينة التأثير يتزامن مع حافة سكين التأثير على البندول لتقليل خطأ تشغيل الاختبار. إذا كانت مواضعها النسبية غير متطابقة، ولا يمكن أن تلبي متطلبات 0.5mm، فإن الحد الأقصى لقوة التأثير لا يمكن أن يعمل على المقطع العرضي الأدنى لشق عينة التأثير، مما يؤدي في النهاية إلى انحياز صلابة التأثير.
7. عوامل أخرى
بالإضافة إلى العوامل المذكورة أعلاه، فإن العيوب والشوائب الداخلية للمواد المعدنية يمكن أن تؤثر أيضًا بشكل كبير على متانة تأثيرها. تزيد العيوب والشوائب من تركيز الضغط وتقلل من صلابة المادة. على سبيل المثال، يمكن أن تؤدي العيوب الداخلية مثل الادراج والفقاعات إلى بدء الشقوق وامتدادها، وبالتالي تقليل صلابة تأثير المادة. من أجل تقليل تأثير العيوب والشوائب على صلابة المواد، يجب مراقبة جودة المواد الخام وظروف عملية الإنتاج بشكل صارم أثناء إعداد المواد ومعالجتها.