Механические и технологические испытания металлов и сплавов

Для определения механических и технологических свойств материалов проводят их испытания. Порядок проведения всех видов испытаний устанавливают государственные стандарты. Для, определения прочности и пластичности чаще всего используют испытания на статическое растяжение стандартного образца. Разрывная машина имеет нагружающий механизм, который растягивает образец, а также измерительные устройства, измеряющие усилие растяжения и деформацию образца. В результате испытаний получают диаграмму растяжения, на которой по оси абсцисс откладывают абсолютные удлинения образца l, а по оси ординат - значения растягивающей силы (рис. 2).

Рис. 2. Диаграмма растяжения.

На первом участке диаграммы 0 - 1 существует линейная зависимость между силой Р и удлинением d, что указывает на наличие только упругих деформаций. Дальнейшее увеличение нагрузки вызывает пластические деформации образца, и линейная зависимость нарушается. На участке 2 - 3 рост деформации происходит при постоянной нагрузке Р_Т, этот участок диаграммы называют площадкой текучести. При росте нагрузки до величины Р_mах (участок 3 - 4)продолжается равномерное удлинение образца, но в точке 4на образце появляется заметное местное сужение (шейка). При дальнейшей деформации шейка сужается и образец разрывается в точке 5 по наименьшему сечению. В качестве характеристик прочности материала используют напряжения в характерных точках 1, 2, 4 диаграммы. Их называют: предел пропорциональности s_пц = Р _пц/ F _о; предел текучести s_т = Р _т /F_o; предел прочности (временное сопротивление разрыву) s_в= P_max/F_o. Если сила измеряется в ньютонах (Н), площадь поперечного сечения образца F_o, мм², то напряжения имеют размерность в мегапаскалях (МПа). В качестве показателя пластичности материала используют относительное удлинение образца d, %:

d = (l _к – l _о)/ l _о×100%,

где l _о - первоначальная длина образца, мм;

l _к - конечная длина образца после разрыва, мм.

У хрупких материалов относительное удлинение d близко к нулю, у пластичных может достигать нескольких десятков процентов.

Для определения твердости используется несколько способов, все они основаны на внедрении в испытываемый материал твердого наконечника (индентора) и последующего измерения полученного отпечатка.

По методу Бринелля на приборе типа ТВ в образец вдавливается силой Р закаленный стальной шарик диаметром 2,5; 5 или 10 мм (рис. 3а).

Рис. 3. Схемы определения твердости: а - по Бринеллю; б - по Роквеллу; в - по Виккерсу

В результате на поверхности детали остается отпечаток, диаметр которого d измеряется специальным микроскопом. Величина твердости по Бринеллю НВ определяется по формуле:

где Р - нагрузка на шарик, Н;

d - диаметр отпечатка, мм².

Метод Бринелля применяется для испытания материалов небольшой и средней твердости НВ < 450.

На приборах типа ТР и ТК (метод Роквелла) в образец внедряется стальной закаленный шарик диаметром 1,27 мм или алмазный конус с углом при вершине 120°. Твердость материала определяется по глубине полученного отпечатка, измеряемого встроенным в прибор индикатором, имеющим три шкалы А, В, С (рис. 3б).

Стальной шарик применяют при испытание мягких металлов при нагрузке 981 Н (100 кгс) шкала В, алмазный конус для испытания твердых материалов при нагрузке, 1471 Н (150 кгс) шкала С, алмазный конус для испытания очень твердых материалов при нагрузке 588 Н (60 кгс) шкала А. Твердость по Роквеллу является условной величиной, характеризующей разность глубин отпечатков, и обозначается HR с добавлением индекса шкалы. Например, HRC = 62, HRA = 90, HRB = 70.

Определение твердости на приборе типа ТВ (метод Виккерса) осуществляется вдавливанием в испытуемый образец алмазной призмы с углом при вершине 136° (рис. 3в). Нагрузка может выбираться в пределах от 49 до 1176 Н (5 - 120 кгс). Величина твердости HV определяется как отношение нагрузки Р, Н, к площади поверхности отпечатка F, мм² которая определяется по диагонали отпечатка а, измеренной с помощью встроенного в прибор микроскопа. Метод Виккерса позволяет измерять твердость как мягких, так и твердых материалов, а также тонких деталей, покрытий, поверхностных слоев.

Испытание на ударную вязкость производят на маятниковом копре, который ударом разрушает образец с надрезом.

Для испытания свойств материалов в условиях цеха применяют технологические пробы. Химический состав стали можно приблизительно определить по искрам при шлифовании. Чем больше в стали углерода, тем больше светлых звездочек в искрах.

Твердость детали можно определить с помощью напильника и эталонов твердости, представляющих набор закаленных колец с разной твердостью от HRC = 45 до HRC = 63 с интервалом 3 - 5 единиц, путем попеременного опиливания детали и эталонов.

Дата добавления: 2015-11-16