Випробування вуглецевих сталей

Лабораторна робота 15

Сталь вуглецеву звичайної якості підрозділяють на три групи: А, Б, В. У сталі групи А гарантуються її механічні властивості, групи Б – хімічний склад, а групи В – хімічний склад та механічні властивості.

Для будівельних цілей використовують в основному сталі групи А (ГОСТ 380-94), механічні властивості яких мають особливо важливе значення при розрахунку конструкцій. Найбільше практичне значення мають випробування на розтягання, твердість та ударну в’язкість.

15.1 Випробування вуглецевої сталі на розтягання (рис. 15.1)

Мета роботи: ознайомлення зі стандартним методом визначення границі міцності на розрив та практичне його виконання.

Прилади та обладнання: циліндричні зразки діаметром 3 мм й більш та плоскі зразки, машина розривна ГРМ-1, штангенциркуль.

а – зразок сталі; б – діаграма розтягання низьковуглецевої сталі

Рисунок 15.1 – Випробування сталі на розтягання

Для випробування на розтягання застосовують циліндричні зразки діаметром 3 мм й більш, а також плоскі товщиною 0,5 мм й більш з початковою розрахунковою довжиною – короткі, – довгі, де F₀ – початкова площа поперечного перерізу до руйнування (мм²).

Для випробування зразки вимірюють не менш ніж у трьох місцях (в середині та по краях робочої частини зразка) з точністю до 0,1 мм. Те ж саме роблять і після випробувань. За найменшими з одержаних розмірів обчислюють площу поперечного перерізу зразка. Зразки випробують на розривних та універсальних випробувальних машинах.

Дане випробування проводиться на розрив стрижня арматури або зварного шва.

Підлягають визначенню:

границя текучості фізична – s_m;

часовий опір – R_в;

відносне подовження після розриву – d (%).

Результати випробувань на розрив стрижня записують до лабораторного журналу (табл. 15.1).

Таблиця 15.1 – Визначення границі міцності на розрив сталевої арматури

Показники		Результат
І	ІІ	ІІІ
Початковий діаметр робочої частини зразка до розриву Початкова розрахункова довжина Початкова площа поперечного перерізу зразка до розриву Найбільше розтягуюче навантаження Границя міцності (часовий опір розриву) Середнє значення границі міцності	мм мм   мм^2 кгс кгс/см^2 кгс/см^2

Форма звіту: лабораторний журнал.

15.2 Випробування вуглецевої сталі на твердість

Мета роботи: ознайомлення з методами визначення твердості вуглецевої сталі за способом Роквелла та способом Роквелла і практичне його виконання.

Прилади та обладнання: прес Бринелля, лічильний мікроскоп, прес Роквелла, наждачний папір.

Найбільш поширені наступні способи визначення твердості металів: вдавлювання сталевої кульки з визначенням твердості за діаметром відбитка (спосіб Бринеля) та вдавлювання алмазного конуса або сталевої кульки з визначенням твердості за глибиною відбитка (спосіб Роквелла). Число твердості за Бринелем позначають знаком НВ, за Роквеллом HR.

15.2.1 Спосіб Бринеля. Твердість металів за способом Бринеля визначають вдавлюванням сталевої кульки певного діаметра у випробуваний метал протягом певного часу, як це показано на рис 15.1.

Число твердості за Бринелем (НВ) визначають як середній тиск на сферичній поверхні відбитка кульки та обчислюють в МПа (кгс/см²) за формулою 15.2.

, (15.1)

де P – навантаження на кульку,

НВ (кгс);

D – діаметр кульки, мм;

d – діаметр відбитка, мм.

Преси Бринеля бувають двох видів: гідравлічні (масляні) та важільні.

Перед початком випробувань на пресі Бринеля встановлюють вантажі та кульку. Підбором вантажів можна одержати навантаження в 188,5; 250; 500; 750; 1000 та 3000 кгс.

Діаметр кульки та величину навантаження встановлюють в залежності від твердості металу за табл. 15.2.

Якщо після одержання відбитка бічні або нижній боки зразка виявляться деформованими, випробування вважають недійсним. Його повторюють, використовуючи кульку меншого діаметра та встановлюючи відповідне навантаження.

Діаметри одержаних відбитків мають знаходитися в межах 0,2D < d < 0,6D. Якщо вказані границі не додержані, випробування вважається недійсним. Центр відбитка має знаходитися від краю зразка на відстані не менш 2,5D кульки, а від центра сусіднього відбитка – не менш 4,0 D кульки.

Діаметр відбитка вимірюють за допомогою лічильного мікроскопа у двох взаємно перпендикулярних напрямках та визначають його як середнє арифметичне з двох вимірювань: різниця вимірювань не повинна перевищувати 2 %.

Твердість НВ зразка визначають за формулою 15.1 або за спеціальними таблицями (Воробьев В.А. Лабораторный практикум по общему курсу строительных матеріалів. – Киев: Выща шк., 1978, табл. 37 з урахуванням діаметра відбитка, величини навантаження та діаметра кульки.

Результати визначення твердості металу записують до лабораторного журналу на прикладі табл. 15.2.

Таблиця 15.2 – Визначення твердості вуглецевої сталі за методом Бринеля

Показники	Розмірність	Результат
І	ІІ	ІІІ
Товщина зразка Діаметр кульки (D) Навантаження на кульку (для чорних металів К=30) Тривалість витримки від навантаженням Діаметр відбитка (d), Число твердості за розрахунковою формулою Число твердості за таблицею з ГОСТ 9012 (Воробьев В.А. Лабораторный практикум по общему курсу строительных материалов, - М.: - 1978,табл. 37)	мм мм кгс с мм кгс/мм^2 кгс/мм^2

Форма звіту: лаборатний журнал.

15.2.2 Спосіб Роквелла. При визначенні твердості металів за Роквеллом (рис. 15.3) у випробуваний зразок вдавлюють алмазний конус або сталеву кульку під дією двох послідовно прикладених навантажень – попереднього в 10 кгс та загального (попередній та основний) в 60, 100 та 150 кгс. Діаметр кульки має бути 1,588 мм. Алмазний конус має твірний кут в 120° та закруглену вершину з радіусом закруглення r = 0,2 мм.

Твердість за Роквеллом (НR) вимірюють за шкалами А, В та С (показати на приладі) в умовних одиницях. За одиницю твердості прийнята величина, відповідна осьовому переміщенню накінцівника на 0,002 мм.

НR = 100 - l – за шкалами А та С;

НR = 130 - l – за шкалою В;

Величину l визначають за формулою 15.2.

l , (15.2)

де h – глибина проникнення конуса (кульки) до металу після загального навантаження, мм;

h₁ – глибина проникнення конуса (кульки) до металу після попереднього навантаження, мм.

Число твердості за Роквеллом – абстрактне, позначають його знаком НR з додаванням шкали (А, В, С), за якою здійснювалось випробування (наприклад, НRА, НRВ, НRС). Вибір шкали, за якою випробують метал, залежить від його твердості. При очікуваній твердості металу в границях від 25 до 100 за Роквеллом вживають шкалу В; випробування здійснюють із сталевою кулькою при навантаженні 100 кгс. Якщо очікувана твердість металу знаходиться в границях від 20 до 67 за Роквеллом, то вживають шкалу С; випробують його під навантаженням 150 кгс. При очікуваній твердості металу 70–85 вживають шкалу А, використовуючи алмазний конус при навантаженні 60 кгс. Попереднє та загальне навантаження слід прикладати до зразка плавно, без поштовхів та ударів, нормально до поверхні зразка.

Перед випробуванням поверхню зразка у разі необхідності зачищують наждачним папером, напилком з дрібною насічкою або дрібнозернистим наждачним кругом. Результати відлічують у цілих поділках шкали після зняття основного навантаження; попереднє навантаження залишається прикладеним.

Відстань центра відбитка до краю зразка або від центра іншого відбитка при випробуванні має бути не менш 3,0 мм. Показники твердості за Роквеллом приблизно можна перевести на числа твердості за Бринелем за спеціальною таблицею співвідношення чисел твердості, складеною на основі експериментальних даних.

Результати визначення твердості металу за методом Роквелла заносять до табл. 15.3.

Таблиця 15.3 – Визначення твердості вуглецевої сталі за методом Роквелла

Показники	Розмірність	Результат
І	ІІ	ІІІ
Діаметр сталевої кульки Попереднє навантаження (Р0) Загальне навантаження (Р) Показник за шкалою В Число твердості за Роквеллом Число твердості за таблицею 37 (Воробьев В.А. Лабораторный практикум по общему курсу строительных материалов, - М., 1978)	мм кгс кгс   кгс/мм^2 кгс/мм^2

15.3 Випробування вуглецевої сталі на ударну в’язкість

Мета роботи: ознайомлення зі стандартним методом визначення ударної в’язкості сталі ті його практичне виконання.

Прилади та обладнання: маятниковий копр, брусок квадратного перетину з надрізом посередині, штангенциркуль.

Ударна в’язкість металу визначається роботою, витраченою на злом зразка та віднесеною до робочого перетину зразка в місці надрізу.

Випробування на в’язкість проводять на маятниковому копрі (рис. 15.4) до руйнування стандартного зразка. Зразок має форму бруска квадратного перетину з надрізом посередині (рис. 15.5).

β

Рисунок 15.4 – Схема маятникового копра

Рисунок 15.5 – Схема випробування стандартного зразка на ударну в’язкість

Зразок обмірюють штангенциркулем або мікрометром з точністю до 0,05 мм, встановлюють надрізом у бік, протилежний удару, точно супротив вістря ножа маятника. За кутами відхилення, масою маятника та його розмірами можна обчислити роботу, витрачену на злом зразка, з точністю до 0,1 кгс×м. Роботу удару (А_З) після руйнування зразка визначають за шкалою (в кгс×м) або за кутами зліту (в градусах) маятника. Значення роботи удару

, (15.3)

де Р – маса маятника, кг;

l – довжина маятника (тобто відстань від його осі до центра тяжіння, м;

a та b – кути підйому маятника відповідно до і після злому зразка, град.

Величину А_З в обох випадках обчислюють з точністю до 0,1 кгс×м.

Ударна в’язкість, Дж/м² (кгс×м/см²)

, (15.4)

де А_З – робота удару, витрачена на злом зразка, Дж або кгс×м;

F – площа поперечного перетину зразка в місці надрізу до випробування, см².

Значення а_З обчислюють з точністю до 0,1 кгс×м/см².

Результати випробування ударної в’язкості заносять до лабораторного журналу (табл. 15.4).

Таблиця 15.4 – Визначення ударної в'язкості сталі

Показники	Розмірність	Результати
І	ІІ	ІІІ
Розміри зразка Товщина ширина висота Площа поперечного перерізу в місці надрізу Вага маятника (Р) Довжина маятника (відстань від його осі до центра тяжіння), м Робота (АЗ), витрачена на руйнування зразка Ударна в’язкість сталі Середній результат	см см см см^2 кгс м м кгс·м кгс×м/см^2 кгс×м/см^2

Форма звіту: лабораторний журнал.

Дата добавления: 2015-05-24