Деление спектра на цветовые участки 2 страница

Приложенные к материалу напряжения, не превышающие о, не вызывают появления необратимых (остаточных) деформаций. Напряжение, соответствующее пределу упругости, - это пре­дельное напряжение, при котором допускается работа материала в конструкциях и изделиях, т. к. под действием более высоких на­пряжений появляются необратимые деформации. Точка В соответ­ствует напряжению, при котором в образце материала появляются остаточные деформации, распространяющиеся на весь образец.

Это напряжение называется пределом текучести - а_г. Напря­жения, соответствующие пределу упругости и пределу текучести, весьма близки по своей величине.

Обычно для большинства материалов за предел текучести при­нимают напряжения, вызывающие появление остаточной дефор­мации величиной 0,2% от начальной длины образца.

Точка О на кривой деформации соответствует величине разру­шающего напряжения при растяжении - о. Разрушающее напря­жение (о) - это максимальное напряжение, которое выдерживает материал при растяжении. Ранее это напряжение называлось пре­делом прочности или временным сопротивлением разрыву. Точ­ка Кш диаграмме растяжения соответствует напряжению в момент

разрыва образца, т. е. разделению его, по меньшей мере, на две части.

Очевидно, что при расчете изделий и конструкций на прочность максимальная нагрузка, которую может выдерживать материал, определяется ординатой точки О, несмотря на то что разрыв про­исходит в точке К при меньшей нагрузке.

Важнейшим показателем механических свойств материалов является показатель относительного удлинения при разрыве (или относительного разрывного устройства)-е. Относительное удли­нение при разрыве (е) - это максимальное значение деформации развившейся к моменту разрыва материала. Как правило, величина е выражается в процентах. По величине относительного разрыв­ного удлинения судят о пластичности материалов.

Пластичностью называют способность материала, не разру­шаясь, изменять форму под действием нагрузки и сохранять из­мененную форму после того, как нагрузка снята.

Чем больше разрывное удлинение материала, тем он более пластичен. В противоположность пластичным хрупкие материалы при испытаниях на разрыв разрушаются без изменения формы или с незначительным ее изменением, т. е. при малых деформациях, часто в области упругих деформаций.

Достаточно часто в процессе эксплуатации изделия и конструк­ции подвергаются ударным динамическим нагрузкам, под дей­ствием которых может произойти нарушение целостности изделия или его полное разрушение, приводящее к выходу изделия или конструкции из строя.

Для оценки способности материалов сопротивляться воздейст­виям динамических нагрузок и склонности их к хрупкому разруше­нию используют методы оценки стойкости материалов к удару. Эти испытания позволяют в известной мере оценивать и контролиро­вать качество материала, испытывающего в процессе эксплуатации ударные нагрузки. На величины показателей, характеризующих устойчивость материалов к ударным нагрузкам, оказывают вли­яние различные дефекты (трещины, поры, царапины и др.), воз­никающие в процессе производства и эксплуатации изделий. При ударных испытаниях определяется не величина усилий или напря-

Глава 1

Теоретические основы товароведения

жений, возникающих в образце при ударе, а работа, затраченная на разрушение образца. В связи с этим результаты испытаний ус­тойчивости материала к ударным нагрузкам, не характеризующие значения напряжений при разрушении образца, не могут быть не­посредственно использованы в расчетах на прочность изделий и конструкций. Они служат лишь критерием качества материала: чем выше устойчивость материала к ударным нагрузкам, тем выше уровень качества материала.

Характеристикой устойчивости материала к ударным нагруз­кам является показатель ударной вязкости, называемый иногда удельной ударной вязкостью и характеризующий способность материала поглощать механическую энергию при деформации до разрушения под действием ударно приложенной нагрузки.

Показатель удельной ударной вязкости (а) рассчитывается по формуле

где А - работа разрушения;

5 - площадь поперечного сечения образца, или площадь наи­меньшего сечения образца в месте надреза:

где Л - ширина;

Ъ - толщина образца.

Величина ударной вязкости оценивает способность материала сопротивляться динамическим нагрузкам. Ударная вязкость оце­нивается работой разрушения образца при испытаниях на спе­циальных приборах - маятниковых копрах различной мощности (по запасу энергии маятника). Величина этой работы зависит от вида материала, а для одного и того же материала от размеров, формы и степени дефектности испытуемых образцов, скорости приложения нагрузки и темпер атурно-влажио стных условий ис­пытания. Ударные испытания проводятся, как правило, при дефор­мации изгиба с использованием ударных копров, у которых удар

по образцу осуществляется при свободном падении подвешенного на горизонтальной оси маятника различной массы.

Испытания могут выполняться как на образцах с надрезом (в основном для металлов), так и на образцах без надреза (пласт­массы, древесина). Нанесение надреза на образце связано с необхо­димостью создания препятствий для развития в нем пластической деформации в случае испытания пластичных ("вязких") материалов и протекания процесса хрупкого разрушения. В основании надреза при ударе имеет место значительная концентрация напряжений, что способствует хрупкому разрушению образца.

Твердость - это показатель свойства материала, характеризу­ющий его сопротивление местной пластической деформации, воз­никающей при внедрении в материал более твердого тела. Испы­тания на твердость заключаются главным образом в определении сопротивляемости испытуемого материала локальной пластиче­ской деформации, осуществляемой путем царапания материала при помощи специального наконечника или вдавливания индикатора, представляющего собой тело определенной геометрической фор­мы: сферической, пирамидальной, конической из твердого мате­риала (алмаза, закаленной стали, твердых сплавов).

Широкая распространенность испытаний материалов на твер­дость объясняется простотой методов испытаний, не требующих сложных испытательных установок, возможностью контроля ка­чества материалов без изготовления специальных образцов, воз­можностью определения твердости непосредственно на деталях и товарах без нарушения их целостности.

Твердость может определяться при статистических и динами­ческих нагружениях.

Наибольшее распространение получили методы определения твердости при статистическом вдавливании индентора: методы Бринелля (твердость по Бринеллю), Роквелла (твердость по Рок-веллу), Виккерса (твердость по Виккерсу).

Независимо от метода определения твердость обозначается символ ом Я с соответствующим индексом, указывающим на метод определения:

звароведение и экспертиза промышленных тон аров.

Глава 7

Теоретические основы товароведения

НВ - твердость по Бринеллю, Н& - твердость по Роквеллу, НУ- твердость по Виккерсу.

Твердость по Бринеллю - стандартная физико-механическая характеристика материала, определяющая его способность сопро­тивляться локальной пластической деформации, осуществляемой путем статического вдавливания в поверхность изделия или об­разца шарика из закаленной стали диаметром 2,5; 5 или 10 мм. Твердость по Бринеллю (НВ} определяется как частное от деления нагрузки (Р} при вдавливании на площадь сферического отпечат-кя ( А. пиаметр которого (ф измеряется после снятия нагрузки:

По физическому смыслу число твердости по^Бринеллю есть среднее удельное давление на поверхность контакта между ша­риком и образцом при нанесении отпечатка.

Твердость по Роквеллу - стандартная физико-механическая характеристика материала, определяющая его способность сопро­тивляться локальной пластической деформации, осуществляемой путем статического вдавливания в поверхность образца или из­делия алмазного конуса с образующим углом при вершине, рав­ным 120°, или стального закаленного шарика диаметром 1,588 мм

(1/16 дюйма).

Твердость по Роквеллу (или число твердости НК} определяется разностью между глубиной внедрения Н конуса или шарика под полной нагрузкой Р и глубиной внедрения й₀, вызванной предва­рительной нагрузкой Р₍₎ = \ ООН. Число твердости (НК) выражается в условных безразмерных единицах и определяется по следующим гЬоомулам:

Твердость по Виккерсу - стандартная физико-механическая характеристика материала, определяющая его способность сопро-

тивляться локальной эластической деформации, осуществляемой путем статического вдавливания в поверхность образца или изде­лия правильной четырехгранной алмазной пирамиды с двухгран­ным углом а при вершине, равным 136°.

Твердость по Виккерсу (НУ) определяется как частное от деле­ния нагрузки Р при вдавливании на площадь боковой поверхности/ пирамидального отпечатка, диагонали которого измеряются после снятия нагрузки:

где А- среднее арифметическое диагоналей отпечатка (в мм).

Число твердости (НУ) имеет размерность ньютон/мм² и пред­ставляет собой среднее удельное давление на поверхность контакта между пирамидой и образцом при нанесении отпечатка.

Для материалов средней твердости (приблизительно до 400 по //Кили НВ} числа твердости по Бринеллю и по Виккерсу при­близительно равны.

Между твердостью материалов и рядом других физических, механических и технологических свойств имеются достаточно явные корреляционные зависимости.

Наибольший интерес представляют зависимости между твер­достью и разрушающим напряжением материала, имеющие вид

Коэффициент К составляет для малоуглеродистой стали 0,34, для деформируемых алюминиевых сплавов - 0,42, для никеля -0,40.

Из других методов оценки твердости материалов следует от­метить методы определения твердости при царапании, показатели твердости по Герберту и твердости по Шору.

Твердость при царапании - свойство материалов сопротивлять­ся локальному разрушению, осуществляемому острым наконеч­ником из твердого материала (алмаза, закаленной стали, твердых

Глава 1

Теоретические основы товароведения

сплавов), при нанесении царапины на поверхность исследуемого образца или изделия. Твердость при царапании по методу Мартенса оценивается количественно или шириной царапины при посто­янной нагрузке на острие или величиной нагрузки, необходимой для нанесения царапины заданной величины. Царапина наносится с помощью прибора (например, прибора Мартенса), после чего ее ширина измеряется с точностью до долей микрометра.

Твердость при царапании коррелирует с показателем разруша­ющего напряжения. Метод определения твердости при царапании для металлов применяется крайне редко. Однако он находит до­статочно широкое применение при сравнительной оценке твердо­сти минералов, стеклянных и керамических изделий, ювелирных

камней.

Определение проводят с помощью минералогической шкалы,

называемой шкалой твердости, или шкалой Мооса.

Шкала состоит из эталонных минералов - талька, гипса, каль­цита, плавикового шпата, апатита, полевого шпата, кварца, топаза, корунда, алмаза. Эти десять минералов подобраны так, что каждый из них при нажиме и трении оставляет черту на предыдущем.

При испытании острым углом (ребром) одного из минералов проводят со средним нажимом по поверхности испытуемого изде­лия черту и наблюдают, образовалась ли царапина. Если видимой царапины нет, то рядом проводят черту более твердым минералом. Испытания проводят до получения видимой царапины, которая не стирается рукой. Твердость характеризуется порядковым номером минерала, оставившего царапину; иногда берут среднее арифмети­ческое между двумя порядковыми номерами двух минералов, один из которых оставил, а другой не оставил царапину на поверхности

стекла.

Этот метод не обеспечивает высокую точность результатов, но широко распространен благодаря простоте и скорости. Однако надо иметь в виду следующее: по шкале можно определить, какой ма­териал более тверд, но нельзя сделать заключение о соотношении материалов по твердости. Например, если у алмаза твердость по шкале 10, а у кварца 7, то это не значит, что первый превосходит второй по твердости в 1,4 раза. Определение твердости путем вдав-

ливания алмазной пирамиды показывает, что у алмаза твердость составляет более 10 000, а у кварца всего - 1120, т. е. в девять раз меньше.

Твердость по Герберту определяется на приборе, представ­ляющем собой массивный (4 кг) дугообразный маятник, опи­рающийся на стальной или алмазный шарик диаметром 1 мм, устанавливаемый на строго горизонтальную поверхность ис­пытуемого образца. Этот метод относится к динамическим методам определения твердости материалов. Число твердости по Герберту измеряется временем (с), за которое происходит десять полных колебаний маятника (Н₇) или амплитудой пер­вого отклонения маятника (Я^), взведенного на определенный угол, фиксируемый по шкале прибора. Между твердостью по Герберту и числом твердости по Бринеллю существуют эмпи-пические зависимости:

Твердость по Шору, определяемая динамическим способом, -это физико-механическая характеристика материала, устанавли­вающая его способность сопротивляться локальной пластической деформации, осуществляемой свободно падающим с постоянной высоты бойком, снабженным наконечником из алмаза или твердого сплава. Твердость по Шору (//5) определяется высотой отскока бойка и выражается в условных безразмерных единицах, отсчи­тываемых непосредственно по шкале прибора (склероскоп Шора). Шкала твердости по Шору проградуирована таким образом, что твердость ИЗ, равная 100, соответствует твердости закаленной мартенситной стали. К сожалению, этот простой метод определе­ния твердости недостаточно точен и характеризуется сравнительно большим разбросом результатов измерения.

Для оценки твердости материалов в локальных местах, напри­мер твердости зерен в металлах, используют способ определения микротвердости. Индентор прибора для определения микротвер-Дости представляет собой алмазную четырехгранную пирамиду

Глава 1

Теоретические основы товароведения

с углом при вершине 136°, т. е. таким же, как и пирамида при испытании на твердость по Виккерсу.

Нагрузка на индентор невелика и составляет 0,05-5 Н, а раз­мер отпечатка 5-30 мкм. Испытания проводят с использованием прибора типа ПМТ-3, представляющего собой конструкцию на базе микроскопа, снабженную механизмом нагружения. Микро­твердость оценивают по величине диагонали отпечатка.

Для оценки твердости резин используют специальные методи­ки, такие, например, как определение твердости резины по ИСО и твердость резины по ТШМ-2.

Определение твердости резины по ИСО заключается в изме­рении разницы между глубиной вдавливания шарика диаметром 2,5 мм в резину при начальной нагрузке 30 г в течение 5 с и глу­биной вдавливания при конечной нагрузке 580 г в течение 30 с. Величины твердости резин в международных единицах находят либо по специальным таблицам, либо по шкале прибора, граду­ированной в этих единицах. Испытания на твердость по этому методу проводятся на образцах толщиной не менее 6 мм. Во время испытания прибор подвергается легкой вибрации, устраняющей трение при проникновении шарика в образец резины.

Определение твердости резины по ТШМ-2 заключается в из­мерении глубины погружения (/г, мм) в образец резины толщиной не менее 6 мм стального шарика диаметром 5 мм под нагрузкой 1 кг в течение 30 с.

Важнейшими физико-химическими свойствами материалов и изделий являются их диффузионные свойства. Диффузия пред­ставляет собой самопроизвольное выравнивание концентраций в системе, а необходимым условием ее протекания является на­личие различий (градиента) в концентрации диффундирующего вещества (пенетранта) в различных частях материала. При этом перемещение пенетранта идет из области с его высокой концент­рацией в область с низкой концентрацией.

Важнейшим показателем диффузионных свойств материа­лов является их проницаемость, представляющая собой процесс переноса какого-либо вещества через твердое тело (мембрану). Движущей силой этого процесса является разность парциальных

давлений или концентраций в разных точках твердого тела (напри­мер, мембраны на одной и другой ее сторонах).

В зависимости от вида диффундирующего вещества различа­ют несколько видов проницаемости: газопроницаемость - прони­цаемость газообразных сред; паропроницаемость - способность материала пропускать водяные пары и водопроницаемость - пока­затель, характеризующий способность материала пропускать воду при определенном давлении. При этом сопротивление материала проникновению воды на его противоположную сторону называется водоупорностью материала.

Можно выделить два основных типа проницаемости: диффу­зионную, при которой вещество перемещается в растворенном состоянии, и капиллярную, при которой течение газа или жидкости осуществляется по порам и трещинам вследствие разности давле­ний по разным сторонам мембраны. Пары и газы проникают через мембраны, не содержащие сквозных пор, путем активированной диффузии. Диффундирующее вещество растворяется в материале мембраны на одной ее стороне, затем диффундирует через мемб­рану и десорбируется на другой стороне поверхности мембраны.

Спустя некоторое время устанавливается стационарный поток диффундирующего вещества с постоянной скоростью перемеще­ния через мембрану.

Типичная кинетическая кривая, отражающая зависимость ко­личества диффузанта, прошедшего через мембрану, от времени (рис. 1.2), имеет два характерных участка: криволинейный, на ко­тором процесс протекает в нестационарном режиме, и линейный, на котором процесс носит стационарный характер. Как видно из рис. 1.2, имеется некоторый интервал времени от момента начала диффузионного процесса до момента, когда устанавливается ста­ционарный поток.

Это время, обозначаемое как 9, называется временем запаз­дывания или индукционным периодом. Величина времени запаз­дывания зависит от целого ряда факторов и в первую очередь от наличия дефектов в материале, а также величины растворимости Диффузанта в материале мембраны.

Глава 1

Теоретические основы товароведения

Стационарное состояние

Коэффициент диффузии (О) определяется по формуле

Нестационарное состояние

Временное запаздывание

Рис. 1.2. Типичная кинетическая кривая диффузии

Одними из важнейших параметров, характеризующих процесс диффузии, являются коэффициент проницаемости Р и коэффици­ент диффузии О:

где /-толщина мембраны; 0 - время запаздывания.

Размерность показателя ^ в системе СИ: м²- с"¹;

в системе СГС: см²-с^.

Проницаемость материалов определяется или весовым ме­тодом по привесу влагопогл отите ля, или по потере массы воды в емкости через мембрану (для паро- и влагопроницаемости), или по изменению парциального давления газов (для оценки газопро­ницаемости).

Биологические свойства характеризуют стойкость материалов и изделий к их повреждаемости микроорганизмами, насекомыми и грызунами в процессе производства, транспортировки, хранения и эксплуатации.

Биоповреждениям могут подвергаться стекло, пластмассы, резина, текстиль, кожа, мех, древесина, бумага, аудио-, видеоап­паратура и другие товары.

Проявлением биоповреждений материалов и изделий могут яв­ляться: обрастание поверхности мицелием грибов или колониями бактерий, появление цветных и матовых пятен, изменение цвета, блеска, появление шероховатости, трещин различных размеров и форм, расслоение волокнистых материалов и жидких систем и т. п.

Воздействие живых организмов на материалы, изделия и про­мышленное сырье может значительно изменить их потребитель­ские свойства, снизить качество и в конечном итоге привести к их разрушению.

В реальных условиях хранения и эксплуатации промышленных товаров и материалов повреждающее воздействие на них могут оказывать микроорганизмы (бактерии, микроскопические грибы), насекомые (моли, жуки-короеды, жуки-могильщики, термиты, та­раканы, муравьи) и млекопитающие (грызуны, крысы, мыши).

При всем многообразии материалов, живых организмов, условий и способов их воздействия биоповреждения сводятся к химическим и механическим изменениям сырья, товаров и материалов.

Микроорганизмы, как правило, оказывают химическое воз­действие, а насекомые и млекопитающие, в основном, вызывают механические повреждения.

Повреждение промышленных товаров и материалов живыми организмами сводится к двум типам, а именно: использование то­варов и материалов в качестве источника питания и воздействие живых организмов, не связанное с использованием объекта по­вреждения в качестве источника питания, в т. ч. и повреждение материалов продуктами жизнедеятельности микроорганизмов.

Важнейшими внешними факторами, влияющими на жизнеде­ятельность микроорганизмов и соответственно на их "агрессив­ность", являются температура, влажность, освещенность и ряд других параметров.

Выбор определенного уровня температуры и влажности ок­ружающей среды, при котором происходит прекращение роста большинства микроорганизмов, служит одним из способов борьбы с микробиологическим повреждением материалов.

Применяются и другие способы защиты товаров и материа­лов от микробиологических воздействий, к числу которых можно отнести радиационную и ультрафиолетовую стерилизацию, при­менение биоцидных соединений, предотвращение проникновения микроорганизмов к объектам биоповреждений, создание материа­лов с заданными свойствами по биостойкости и др.

Дата добавления: 2014-11-08