На головну

Методи випробування металів і сплавів

  1. Синтез І ОПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ВОДНИХ РОЗЧИНІВ НАНОЧАСТИНОК МЕТАЛІВ
  2. I. Лабораторні методи дослідження
  3. I. Основи теорії корозії металів.
  4. II. Наука як процес пізнання. Форми і методи наукового пізнання. Структура естественнoнаучного пізнання
  5. II. Спеціальні (активні) методи лікування.
  6. IV. Форми і методи контролю. критерії оцінок
  7. А) виділення металів з нафтової золи.

Для встановлення комплексу механічних властивостей металів зразки з досліджуваного матеріалу піддають статичним і динамічним випробуванням.

Статичними називаються випробування, при яких додається до зразка навантаження зростає повільно і плавно.

До статичних випробувань відносять випробування на розтяг, стиск, кручення, вигин, а також визначення твердості.

В результаті випробувань на статичний розтяг, яке проводять на розривних машинах, отримують діаграму розтягування (рис.6 а) і діаграму умовних напружень (рис. 6 б) пластичного металу.

Мал. 6 діаграма розтягування пластичного матеріалу; б - діаграма умовних напруг пластичного матеріалу

З графіка видно, що як би не було мало прикладена напруга, воно викликає деформацію, причому початкові деформації є завжди пружними і величина їх знаходиться в прямій залежності від напруги. На кривій, наведеної на діаграмі, пружна деформація характеризується лінією ОА і її продовженням.

Вище точки А порушується пропорційність між напругою і деформацією. Напруга викликає вже не тільки пружну, але і пластичну деформацію.

Представлена ??на рис. 6 залежність між прикладеним ззовні напругою і викликаною ним відносною деформацією характеризує механічні властивості металів:

- Нахил прямої ОА (рис. 6а) показує жорсткість металу або характеристику того, як навантаження, прикладена ззовні, змінює міжатомні відстані, що в першому наближенні характеризує сили міжатомної тяжіння; тангенс кута нахилу прямої ОА пропорційний модулю пружності (Е), який чисельно дорівнює частці від ділення напруги на відносну пружну деформацію (Е = s / e);

- Напруга sпц (рис. 6б), яке називається межею пропорційності, відповідає моменту появи пластичної деформації. Чим точніше метод вимірювання деформації, тим нижче лежить точка А;

- Напруга sупр (рис. 6б), яке називається межею пружності, і при якому пластична деформація досягає заданої малої величини, встановленої умовами. Часто використовують значення залишкової деформації 0,001; 0,005; 0,02 і 0,05%. Відповідні межі пружності позначають s0,005, s0,02 і т. Д. Межа пружності - важлива характеристика пружинних матеріалів, які використовують для пружних елементів приладів і машин;

- Напруга s0,2, яке називається умовним пределомтекучесті і якому відповідає пластична деформація 0,2%. Фізичний межа плинності sт визначається по діаграмі розтягування, коли на ній є майданчик плинності. Однак при випробуваннях на розтяг більшості сплавів майданчики плинності на діаграмах немає Обрана пластична деформація 0,2% досить точно характеризує перехід від пружних деформацій до пластичних, а напруга s0,2 нескладно визначається при випробуваннях незалежно від того, є чи ні майданчик плинності на діаграмі розтягування . Допустима напруга, яке використовують в розрахунках, вибирають зазвичай менше s0,2 в 1,5 рази;

- Максимальне напруження sв, яке називається тимчасовим опором, характеризує максимальну несучу здатність матеріалу, його міцність, що передує руйнуванню, і визначається за формулою

sв = Р max / Fo

Допустима напруга, яке використовують в розрахунках, вибирають менше sв в 2,4 рази.

Пластичність матеріалу характеризується відносним подовженням d і відносним звуженням y:

d = [(lк - lо) / lо] * 100,

y = [(Fо - Fк) / Fо] * 100,

де lо і Fо - початкові довжина і площа поперечного перерізу зразка;

lк - кінцева довжина зразка;

Fк - площа поперечного перерізу в місці розриву.

Твердость- здатність матеріалів чинити опір пластичної або пружною деформації при впровадженні в нього більш твердого тіла, яке називається индентором.

Існує різні методи визначення твердості.

Твердість по Брінеллю визначається як відношення навантаження при вдавливании сталевої кульки в випробовуваний матеріал до площі поверхні отриманого сферичного відбитка (рис. 4.7а).

HB = 2P / pD [D - O D2 - d2],

де Р - навантаження, кгс;

D - діаметр кульки, мм;

d - діаметр лунки, мм

Мал. 7. Схеми випробування на твердість: а - по Брінеллю; б - по Роквеллу; в - за Вікерсом

Твердість по Роквеллу визначається глибиною проникнення в випробовуваний матеріал алмазного конуса з кутом при вершині 120о або загартованого кульки діаметром 1,588 мм (рис. 7. б).

Конус або кульку вдавлюють двома послідовними навантаженнями:

- Попередньої Ро = 10 н;

- Загальною Р = Ро + Р1, де Р1 - основне навантаження.

Твердість позначається в умовних одиницях:

- Для шкал А і С HR = 100 - (h - ho) / 0,002

- Для шкали В HR = 130 - (h - hо) / 0,002

Для визначення твердості використовується алмазний конус при навантаженні 60 Н (HRA), алмазний конус при навантаженні 150 Н (HRC) або сталева кулька діаметром 1,588 мм (HRB).

Твердість по Віккерсу вимірюють для деталей малої товщини і тонких поверхневих шарів, отриманих хіміко-термічною обробкою.

Ця твердість визначається як відношення навантаження при вдавливании в випробовуваний матеріал алмазної чотиригранної піраміди з кутом між гранями 136о до площі поверхні отриманого пірамідального відбитка (рис. 7. в):

HV = 2P * sin a / 2 / d2 = 1,854 P / d2,

де P - навантаження, кгс;

a = 136о - кут між гранями;

d - середнє арифметичне довжин обох діагоналей, мм.

Величину HV знаходять за відомим d відповідно до формули або за розрахунковими таблицями згідно ГОСТ 2999-75.

Мікротвердість, враховуючи структурну неоднорідність металу, застосовують для вимірювання малих площ зразка. При цьому вдавлюють піраміду як при визначенні твердості за Віккерсом, при навантаженні Р = 5-500 Н, а середнє арифметичне довжин обох діагоналей (d) вимірюється в мкм. Для вимірювання мікротвердості використовується металографічний мікроскоп.

Опір матеріалу руйнуванню при динамічних навантаженнях характеризує ударна в'язкість. Її визначають (ГОСТ 9454-78) як питому роботу руйнування призматичного зразка з концентратором (надрізом) посередині одним ударом маятникового копра (рис. 4.8): КС = К / So (К - робота руйнування; So - площа поперечного перерізу зразка в місці концентратора ).

Мал. 8. Схема випробувань на ударну в'язкість

Ударну в'язкість (МДж / м2) позначають KCU, KCV і KCT. Букви КС означають символ ударної в'язкості, букви U, V, T - вид концентратора: U-образний з радіусом надрізу rн = 1 мм, V-подібний з rн = 0,25 мм; T - тріщина втоми, створена в підставі надрізу; KCU - основний критерій ударної в'язкості; KCV і KCT використовують в спеціальних випадках.

Робота, витрачена на руйнування зразка, визначається за формулою

Ан = Р * l1 (cos b - cos a),

де Р - маса маятника, кг;

l1 - відстань від осі маятника до його центру ваги;

b - кут після удару;

a - кут до удару

Циклічна довговічність характеризує працездатність матеріалу в умовах багаторазово повторюваних циклів напружень. Цикл напружень - сукупність зміни напруги між двома його граничними значеннями smax і smin протягом періоду Т (рис. 9).

Мал. 9. Синусоїдальний цикл зміни напружень

Розрізняють симетричні цикли (R = -1) і асиметричні (R змінюється в широких межах). Різні види циклів характеризують різні режими роботи деталей машин.

Процеси поступового накопичення пошкоджень в матеріалі під дією циклічних навантажень, що призводять до зміни його властивостей, утворення тріщин, їх розвитку і руйнування, називають втомою, а властивість протистояти втомі - витривалістю (ГОСТ 23207 - 78).

На втому деталей машин впливають ряд факторів (рис. 10).

Мал. 10. Фактори, що впливають на міцність від утоми

Руйнування від втоми в порівнянні з руйнуванням від статичного навантаження має ряд особливостей:

- Воно відбувається при напрузі, менших, ніж при статичному навантаженні, менших межах плинності або тимчасового опору;

- Руйнування починається на поверхні (або поблизу від неї) локально, в місцях концентрації напружень (деформації). Локальну концентрацію напружень створюють пошкодження поверхні в результаті циклічного навантаження або надрізи у вигляді слідів обробки, впливу середовища;

- Руйнування протікає в кілька стадій, які характеризують процеси накопичення пошкоджень в матеріалі, утворення тріщин втоми, поступовий розвиток і злиття деяких з них в одну магістральну тріщину і швидке остаточне руйнування;

- Руйнування має характерну будову зламу, що відбиває послідовність процесів втоми. Злам складається з вогнища руйнування (місця утворення мікротріщин) і двох зон - втоми і доломіт (рис. 11).

Мал. 11. Схема зламу втомного руйнування: 1 - осередок зародження тріщини; 2 - зона втоми; 3 - зона доломіт

 



Пружна і пластична деформація | Шляхи підвищення міцності металів
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати