Выносливости, ударной вязкости, твёрдости.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 5Следующая ⇒

1. Прочность – способность сопротивляться деформации и разрушению – определяется при статических испытаниях на растяжение, сжатие, изгиб, кручение (чаще на растяжение). Плоский или круглый образец растягивается и разкрывается на специальной машине с записью диаграммы растяжения – зависимости деформации от нагрузки. При этом определяют модуль упругости Е=σ /δ, как тангенс угла наклона кривой растяжения к оси абсцисс (tg α ), предел упругости, предел пропорциональности, предел текучести, предел прочности или временное сопротивление, истинное сопротивление разрыву. Чаще определяют для сталей предел текучести σ _т и предел прочности σ _в, как отношение соответствующих нагрузок к площади поперечного сечения образца до испытания.

2. Пластичность – способность изменять свою форму, не разрушаясь, и хранить ее после снятия нагрузки. Характеристики пластичности – относительное удлинение (δ ) образца и относительное сужение (ψ ) после разрыва. Определяют δ при статическом испытании на растяжение, как отношение прироста длины к первоначальной длине, в процентах, Ψ, как отношение убыли поперечного сечения образца в месте разрыва (шейка) к первоначальной площади сечения.

δ =(l_k-l₀)/l₀*100% ψ =(F₀-F_k)/F₀*100%

Характеристики σ _т, σ _в, δ, ψ, реже Е включается в ГОСТ на поставку материалов, входят в расчеты конструкций.

3. Ударная вязкость -- способность сопротивляться действию ударных нагрузок – определяется динамическими испытаниями на изгиб на маятниковом копре. Образец квадратного сечения с концентратором напряжений – надрезом разрушается от удара груза маятника. Работа разрушения, отнесенная к площади образца в месте надреза, определяет величину характеристики ударной вязкости. По ГОСТу 9454-78 надрезы могут быть трех видов: с радиусом концентратора 1 мм, 0, 25 и углом 45⁰ и усталостной трещиной, заранее созданной вибратором. К – работа на разрушение, КС – ударная вязкость, КСU, KCV, КСТ – обозначения ударной вязкости с учетом формы концентратора.

4. Выносливость - способность сопротивляться усталости и накоплению повреждений при циклических нагрузках, приводящих к трещинам и разрушению.

Особенностью усталости является две стадии – зарождение и развитие трещины, хрупкое разрушение при напряжениях, гораздо меньших пределов прочности и текучести.

Усталость развивается чаще из-за концентрации циклического характера. При испытаниях определяют выносливость при симметричном цикле на определенной базе – количестве циклов. Образец нагружают и испытывают до разрушения на специальных машинах при вращении, кручении или изгибе. Нагрузки постепенно снижают, пока образец не пройдет базу без разрушения. Для стали база N =10 · 10⁶ циклов, для цветных металлов N = 100 · 10⁶ циклов. Предел выносливости при симметричном цикле обозначает σ _-1, так как

Имеются зависимости: σ _-1= (0, 3÷ 0, 5) σ _в; σ _-1≡ ψ σ _в

5. Твердость - способность сопротивляться вдавливанию более твердых тел, а так же царапанию, упругому отскоку. Более точное определение твердости вдавливанием.

Испытание по Бринеллю (ГОСТ 9012-90) проводится для более мягких образцов, так как необходимо получить отпечаток – лунку и измерить ее диаметр при помощи специального микроскопа со шкалой в мм. На специальной машине – прессе Бринелля (ТШ) – медленно вдавливают стальной закаленный шарик Ø 10 мм (из стали марки ШХ 15) с определенной нагрузкой (до 30000 Н) в образец, выдерживают под нагрузкой для преодоления упругой деформации (10÷ 60 с). Твердомер работает в автоматическом режиме.

Характеристикой твердости по Бринеллю является отношение нагрузки к площади лунки.

В – Бринель, Р- нагрузка на шарик, F- площадь лунки, мм². Преимущества способа – высокая точность, малое влияние неоднородности структуры при высоких нагрузках. Недостаток – можно испытывать лишь мягкие материалы, с твердостью менее 4500 МПа.

Имеется соответствие между твердостью по Бринеллю и пределом прочности при растяжении: σ _в= (0, 34÷ 0, 55) НВ, действующее для углеродистой стали. Для цветных металлов σ _в= (0, 33÷ 0, 55) НВ, в зависимости от твердости.

Испытание по Роквеллу (ГОСТ 9013-90) проводят, вдавливая стальной закаленный шарик Ø 1, 59 мм в сравнительно мягкие материалы или алмазный (твердосплавный) конус с углом при вершине 120⁰ для твердых закаленных сталей и чугунов. Преимущество – универсальность, большой диапазон по твердости, быстрота определения (2÷ 3 с) сразу по шкале. Твердомер (ТК) с нагрузкой от 1000 до 1500 Н, к зависимости от индентора, характеристика твердости – условные единицы по шкалам А, В и С, которые, для сравнения, переводят на НВ по специальной таблице.

Обозначение твердости по Роквеллу: НRA, если индентор алмазной канус, а нагрузка 600н., HRC – при нагрузке 1500 Н, HRB, если индентор – шарик, а нагрузка 1000 Н.

Для неответственных деталей с твердостью HRC20-50 применяют твердый сплав вместо алмаза.

Недостаток – меньшая точность, так как могут повлиять неоднородности структуры, поэтому испытание проводят три и более раз, определяя глубину вдавливания индентора после предварительной и затем после основной нагрузки. Образцы следует предварительно сортировать по примерной твердости, определенной напильником или другими способами.

Испытание по Виккерсу (ГОСТ 2999-75) и на микротвердость (ГОСТ 9450-75) проводят для тонких поверхностных слоев после цементации, азотирования, для фольги, отдельных структурных составляющих при увеличении до 650 раз. Индентор – алмазная пирамида, по отпечатку которой судят о твердости. Обозначение по Виккерсу HV, а микротвердости – Н. Особенности – применение малых нагрузок (от 50 до 1000Н по Виккерсу и от 0, 05до 5Н для микротвердомера ПМТ).

6. Испытание на изнашивание проводят на специальных машинах при трении образцов в условиях, близких к эксплуатации (со смазкой, с абразивом и т.д.).

Износ деталей во многом зависит от твердости поверхностных слоев и условий эксплуатации, от коррозии, от прочности, контактной выносливости металла.

Определение твердости образцов

Метод Бринеля

Используются образцы стали. Суть метода - замер диаметра отпечатка стального закаленного шарика (ГОСТ 9012-90, метод Бринелля).

Формула для расчета числа твердости НВ=Р/F.

При диаметре шарика D=10 мм и нагрузке Р=30 кН число твердости НВ определяется по таблице. Соотношения для стали с твердостью НВ1200÷ 1750 МПа - σ _в 0, 345; НВ; для стали с твердостью НВ 1750÷ 4500Мпа – δ _в ≈ 0, 35 НВ.

Рис.1.1 Схема испытания Рис.1.2 Схема измерений

на твердость по Бринеллю отпечатка под микроскопом

Бринелля (d, мм)

Таблица 1.1

Протокол испытаний на твердость по Бринеллю

d₁	d₂	d₃	НВ₁	НВ₂	НВ₃	НВ

Метод Роквелла

Определение твердости образцов стали по глубине вдавливания алмазного (твердосплавного) конуса или стального закаленного шарика (ГОСТ 9013-90, метод Роквелла).

Таблица 1.2

Соотношения числа твердости НR

по шкалам

Шкала	Обозна-чение	Пределы по шкале	Твердость по Бринеллю, НВ
А	НRA	70-90	Свыше 7000
С	НRC	20-67	2300-7000
В	НRВ	25-100	600-2300

Рис.1.3 Схема испытаний

на твердость по Роквеллу

3. Метод Виккерса

Определение твердости стали на образцах по диагонали отпечатка, полученного вдавливанием алмазной пирамиды (ГОСТ 2999-90, метод Виккерса).

Рис.1.4 Схема испытания по Виккерсу

Формула для определения числа твердости

НV = 0, 189

где Р- нагрузка на пирамиду (от 10 до 1000 Н);

d – длина диагонали отпечатка [мм];

α = 136⁰ – угол между гранями пирамиды;

НV= НВ (при твердости менее 4000 МПа).

4. Определение микротвердости (ГОСТ 9450 – 90).

Нагрузки на пирамиду на приборе ПМТ-3 от 0, 05 до 5 Н.

Н=0, 189 Р/d²,

где Р- нагрузка [Н];

d- длина диагонали отпечатка [мм].

Для сравнения, при букве Н ставят индекс величины нагрузки, например, Н₅ 220, где 5 – нагрузка [Н].

5. Определение характеристик прочности и пластичности

1. Определение характеристик прочности и пластичности стали при растяжении образца (ГОСТ 1497-86). Формулы для расчета предела текучести , предела прочности σ _в=Р_в/F₀, относительного удлинения и относительного сужения . Испытания проводятся на разрывной машине со снятием диаграммы растяжения стандартного образца из низкоуглеродистой стали.

Таблица 1.3

⇐ Предыдущая 123 4 5 Следующая ⇒