Схемы нагружения металлоизделий

В связи с тем, что конечной целью всех технологических переделов металла (получение чугуна®стали®ОМД®термическая или комбинированная обработка) является достижение определенного структурного состояния и нормируемого уровня механических свойств металлоизделий, целесообразно более детально ознакомиться с основными терминами и понятиями, используемыми при проведении испытаний металлоизделий на различных стадиях технологической цепочки.

При эксплуатации различных машин, механизмов и самых простых металлических предметов на них могут воздействовать различные виды внешних усилий, сосредоточенные в определенных частях или рассредоточенные по определенной площади или объему. Таким образом нагрузка, действующая на металлоизделие, может быть поверхностной и объемной (например, силы тяжести, инерции, магнитного притяжения и др.).

В зависимости от характера действия нагрузки подразделяют на растягивающие (рис.1,а), сжимающие (рис.1,б), изгибающие (рис.1,в), скручивающие (рис.1,г), срезывающие (рис.1,д) и периодически повторяющиеся – циклические (рис.2).

Рис.1 - Основные схемы нагружения: а -растяжением; б - сжатием; в - изгибом;

г - кручением; д - срезом

Рис. 2 -Схемы циклического нагружения: а - растяжением; б - сжатием;

в- знакопеременной нагрузкой.

В реальных условиях эксплуатации изделий могут возникать различные комбинации этих схем нагружения.

Знание и учет этих нагрузок, а также реакции металлоизделий на них, позволяет правильно конструировать и производить изделия с высокими эксплуатационными свойствами. Для оценки комплекса свойств используются различные виды испытаний металлоизделий на различных стадиях их изготовления. К наиболее распространенным испытаниям свойств металлоизделий относятся механические испытания, при которых определяют количественные характеристики механических свойств. Механическими свойствами материалов называют свойства, определяемые при воздействии различных внешних нагрузок. К основным признакам, по которым классифицируют виды механических испытаний, относят:

-способ нагружения (растяжение, сжатие, изгиб, кручение, срез, циклическое нагружение и т.д.);

-скорость нагружения (статическая, динамическая);

-длительность процесса испытания (кратковременный, длительный).

Статические испытания отличаются схемой приложения нагрузки к телу (т.е. схемой напряженного состояния - плоские и объемные состояния): одноосное растяжение или сжатие; изгиб; кручение, растяжение с изгибом образцов с надрезом или трещиной.

Динамические испытания (чаще всего на изгиб) создают резким ударом по испытываемому образцу массы свободно падающего груза. При таком испытании определяют величину полной или удельной работы динамической деформации и величину остаточной деформации (абсолютной или относительной) образца.

Циклические (усталостные) испытания осуществляют многократным приложением к образцу изменяющихся нагрузок. В результате механических испытаний определяют предельный уровень напряжений, которые выдерживает материал без разрушения при определенном цикле нагружений (ГОСТ 23207; ГОСТ 25502; ГОСТ 16505; малоцикловые при количестве циклов от 10 до 5х 10⁴; многоцикловые – от 10⁵до 10¹⁰).

Проведение механических испытаний металлов и сплавов и их результаты позволяют определять такие основные характеристики материалов: упругость, прочность, твердость, пластичность, вязкость, усталость, трещиностойкость, хладостойкость, жаропрочность.

Результаты механических испытаний металлов и сплавов в значительной мере определяются схемой напряженного состояния, которое возникает в образце при нагружении в определенных условиях испытаний. Известно восемь схем напряженного состояния (по Я.Б.Френкелю). Кроме схем напряженного состояния механические испытания различаются и по способу нагружения и характеру его изменения во времени. Используют два способа нагружения образцов:

1- путем его деформации с заданной скоростью и измерением сил сопротивления материала образца этой деформации (наиболее часто используется при статических испытаниях);

2- подачей постоянной нагрузки на образец с измерением возникающей при этом деформации (используется при испытания на ползучесть и длительную прочность).

Испытания металла с мартенситной структурой (например, инструментальные стали) представляет определенные трудности для исследователей, т.к. находятся в хрупком состоянии и очень чувствительны к перекосам, состоянию поверхности, надрезам и концентраторам напряжений. Такие стали разрушаются хрупко, с небольшой пластической деформацией и очень чувствительны к изменению вида напряженного состояния (рис.). Из работ Геллера Ю.А. известно, что для инструментальных сталей наиболее жестким методом нагружения является испытание на растяжение, по сравнению с испытанием на изгиб и кручение (рис.). Для пластичных сталей испытание на растяжение более просты и доступны, чем испытания на кручение, изгиб и сжатие.

Рис. Сравнительная таблица уровня прочности инструментальной стали Р18, определенного различными методами	Рис. Диаграмма механического состояния инструментальных сталей. Схема по работам Фридмана и Я.Б. Прибылова Б.П.

Дата добавления: 2014-10-23