Лекція №10-11 : Механічні властивості металів

План

1. Випробування на розтяг.

2. Випробування на твердість.

3. Випробування на ударну в’язкість.

4. Випробування на втому.

Механічні властивості металів, як і інших матеріалів (міцність, пружність, пластичність, в'язкість), є вихідними даними при проектуванні і створенні різних машин, механізмів і споруд.

Методи визначення механічних властивостей металів розділяють на чотири групи:

—статичні, коли навантаження зростає повільно і плавно (випробування на розтяг, стиск, згин, крутіння, твердість);

—динамічні, коли навантаження зростає з великою швидкістю (випробування на ударний згин);

—циклічні, коли навантаження багаторазово змінюється (випробування на втому);

— технологічні — для оцінки поведінки металу при обробці тиском (випробування на згин, перегин, видавлювання).

Випробування на розтяг (ГОСТ 1497-84). Проводяться на стандартних зразках круглого або прямокутного перерізу. При розтязі зразок деформується під дією навантаження, яке плавно зростає до моменту його розривання. Під час випробування зразка знімають діаграму розтягу, яка фіксує залежність між силою Р, що діє на зразок, і викликаною нею деформацією ( — абсолютне видовження).

В'язкість (внутрішнє тертя) — здатність металу поглинати енергію зовнішніх сил при пластичній деформації і руйнуванні (визначають величиною дотичної сили, прикладеної до одиниці площі шару металу, який підлягає зсуву).

Пластичність — властивість твердих тіл не зворотно деформуватися під дією зовнішніх сил.

При випробуванні на розтяг визначають: — границю міцності, МН/м² (кг/мм²),

,

де Р_В — найбільше навантаження, F₀ — початкова площа перерізу зразка;

— границю пропорційності, МН/м² (кг/мм²),

де Р_пц — навантаження, що відповідає границі пропорційності;

— границю пружності, МН/м² (кг/мм²),

де Р_пр — навантаження, що відповідає границі пружності (при залишкова деформація відповідає 0,05—0,005% початкової довжини);

— границю текучості, МН/м² (кг/мм²),

дe Р_Т — навантаження, що відповідає границі текучості, Н; — відносне видовження, %,

де l₀ — довжина зразка до розривання, м;

l₁ — довжина зразка після розривання, м;

— відносне звуження, %,

де F₀ — площа перерізу до розривання, м²; F₁ — площа перерізу після розривання, м².

Випробування на твердість. Твердість — це опір матеріалу проникненню з нього іншого, твердішого тіла. З усіх видів механічного випробування визначення твердості є найпоширенішим.

Випробування за Брінелем (ГОСТ 9012-83). Проводяться шляхом вдавлювання в метал сталевої кульки. У результаті на поверхні металу утворюється сферичний відбиток.

Твердість за Брінелем визначається згідно формули:

, МПа

де Р — навантаження на метал, Н;

D — діаметр кульки, м;

d — діаметр відбитка, м.

Чим твердіший метал, тим менша площа відбитка. Діаметр кульки і навантаження встановлюють залежно від металу, який досліджують, його твердості та товщини. При випробуванні сталі та чавуну вибирають D = 10 мм і Р = 30 кН (3000 кгс), при випробуванні міді та її сплавів D=10мм і Р= 10 кН (1000 кгс), а при випробуванні дуже м'яких металів (А1, бабітів та ін.) D = 10 мм і Р = 2,5 кН (250 кгс). При випробуванні зразків товщиною менше 6 мм вибирають кульки з меншим діаметром - 5 і 2,5 мм. На практиці користуються таблицею переводу площі відбитка у число твердості.

Метод Брінеля не рекомендується застосовувати для металів твердістю понад НВ 450 (4500 МПа), оскільки кулька може здеформуватись, що спотворить результати випробувань.

Для переводу числа твердості в систему SI користуються коефіцієнтом K=9,8^-10⁶, на який помножують табличне значення твердості: НВ = НВ* К, Па=HB*K*10^-6 МПа

Випробування за Роквелом (ГОСТ 9013-83). Здійснюють шляхом
вдавлювання в метал алмазного конуса ( = 120°) або сталевої кульки (D =
1,588 мм або 1/16"). Прилад Роквела має три шкали — В, С і А. Алмазний конус застосовують для випробування твердих матеріалів (шкали С і А), а кульку — для випробування м'яких матеріалів (шкала В). Конус і кульку вдавлюють двома послідовними навантаженнями: попереднє Р_о і загальне Р Р=Р_о+Р₁, де Р₁— основне навантаження. Попереднє навантаження Р_о = 100 Н (10 кгс). Основне навантаження складає 900 Н (90 кгс) для шкали В, 1400 Н (140 кгс) для шкали С і 500 Н (50 кгс) для шкали А.

Твердість за Роквеллом вимірюють в умовних одиницях. За одиницю твердості приймають величину, що відповідає осьовому переміщенню наконечника на відстань 0,002 мм. Твердість за Роквелом обчислюють так:

HR = 100 — e (шкали А і С); HR = 130 — e (шкала В).

Величину e визначають за формулою e=

де h — глибина проникнення в метал наконечника під дією загального навантаження Р (Р = Р_о + Р₁ );

h₀ — глибина проникнення наконечника під дією попереднього навантаження P₀ .

Залежно від шкали твердість за Роквелом позначають HRB, HRC, HRA.

Випробування за Вікерсом (ГОСТ 2999-83). У основі методу - вдавлювання в поверхню (шліфовану чи навіть поліровану), що підлягає випробуванню, чотиригранної алмазної піраміди ( = 136°). Метод використовують для визначення твердості деталей малої товщини і тонких поверхневих шарів, які мають високу твердість.

Твердість за Вікерсом:

HV=1.854 P/d²*10^-6, МПа

де P — навантаження на піраміду, Н;

d— середнє арифметичне двох діагоналей відбитка, виміряних після зняття навантаження, м.

Число твердості за Вікерсом визначають за спеціальними таблицями по діагоналі відбитка d. При вимірюванні твердості застосовують навантаження від 10 до 500 Н. Переведення числа твердості HV у систему SI аналогічне переведенню числа твердості НВ.

Мікротвердість (ГОСТ 9450-84). Принцип визначення мікротвердості такий самий, що і за Вікерсом згідно співвідношення:

H=1.854 P/d²*10^-6, МПа

але при значно меншому навантаженні на алмазну піраміду 0, 049 — 4,9 Н. Метод застосовують для визначення мікротвердості виробів дрібних розмірів і окремих складових сплавів. Прилад для вимірювання мікротвердості — це механізм вдавлювання алмазної піраміди та металографічний мікроскоп. Зразки для вимірювань мають бути підготовані так само ретельно, як мікрошліфи. Випробування на ударну в'язкість(ГОСТ 9454-84). Для випробування на удар виготовляють спеціальні зразки з надрізом, які потім руйнують на маятниковому копрі.Загальний запас енергії маятника витрачатиметься на руйнування зразка і на підйом маятника після його руйнування.

Тому, якщо із загального запасу енергії маятника відняти частину, яка припадає на підйом (зліт) після руйнування зразка, дістанемо роботу руйнування зразка:

K=P(h₁-h₂)
або

К = Pl(cos - cos ), Дж (кг* м),

де P — маса маятника, Н (кг),

h₁ — висота підйому центра ваги маятника до удару, м;

h₂ — висота зльоту маятника після удару, м;

l — довжина маятника, м;

, — кути підйому маятника відповідно до руйнування зразка і після нього. Ударну в'язкість, тобто роботу, витрачену на руйнування зразка і віднесену до поперечного перерізу зразка у місці надрізу, визначають за формулою:

КC=K / F, МДж/м² (кг*м/см²)_

де F — площа поперечного перерізу в місці надрізу зразка, м² см²).

Для визначення КС користуються спеціальними таблицями, в яких для кожного кута вказана величина роботи удару К. При цьому F = 0,8*10^{-4 м2}.

Для позначення ударної в'язкості додають і третю букву, що вказує на вид надрізу на зразку: U, V, Т. Запис KCU означає ударну в'язкість зразка з U-подібним надрізом, KCV з V- подібним надрізом, а КСТ із тріщиною.

Випробування на втому (ГОСТ 2860-84). Руйнування металу під дією повторних або знакозмінних напружень називають втомою металу. При руйнуванні металу внаслідок втоми на повітрі, злам складається з двох зон: перша зона має гладку притерту поверхню (зона втоми), друга — зона долому, в крихких металів вона має грубокристалічну будову, а у в'язких — волокнисту.

При випробуванні на втому, визначають границю втоми (витривалості), тобто те найбільше напруження, яке може витримати метал (зразок) без руйнування задане число циклів. Для визначення межі втоми будують криві втоми. При цьому випробовують не менше шести зразків.

Криві втоми будують у звичайних, напівлогарифмічних і логарифмічних координатах. Найпоширенішим методом випробування на втому є випробування на згин при обертанні.

Питання для самоконтролю

1. Що називається міцністю?

2. Що називається твердістю?

3. Що є ударна в’язкість?

4. Як називається характеристика, позначена ?

4.1 границя міцності

4.2 границя текучості

4.3 твердість за Вікерсом

4.4 ударна в’язкість

5. Як називається характеристика, позначена HV?

5.1 границя міцності

5.2 границя текучості

5.3 твердість за Вікерсом

5.4 ударна в’язкість

6. Як називається характеристика, позначена ?

6.1 границя міцності

6.2 границя текучості

6.3 твердість за Вікерсом

6.4 ударна в’язкість

7. Як називається характеристика, позначена ?

7.1 границя міцності

7.2 границя текучості

7.3 твердість за Вікерсом

7.4 ударна в’язкість

8. Як називається характеристика, позначена HB?

8.1 твердість за Брінелєм

8.2 твердість за Роквелом (шкала В)

8.3 твердість за Вікерсом

8.4 твердість за Роквелом (шкала С)

9. Як називається характеристика, позначена HRC?

9.1 твердість за Брінелєм

9.2 твердість за Роквелом (шкала В)

9.3 твердість за Вікерсом

9.4 твердість за Роквелом (шкала С)

10. Як називається характеристика, позначена HRВ?

10.1 твердість за Брінелєм

10.2 твердість за Роквелом (шкала В)

10.3 твердість за Вікерсом

10.4 твердість за Роквелом (шкала С)

11. Як називається характеристика, позначена ?

11.1 границя пружності

11.2 відносне подовження

11.3 відносне звуження

11.4 границя пропорційності

12. Як називається характеристика, позначена ?

12.1 границя пружності

12.2 відносне подовження

12.3 відносне звуження

12.4 границя пропорційності

13. Як називається характеристика, позначена ?

13.1 границя пружності

13.2 відносне подовження

13.3 відносне звуження

13.4 границя пропорційності

14. Як називається характеристика, позначена ?

14.1 границя пружності

14.2 відносне подовження

14.3 відносне звуження

14.4 границя пропорційності

15. Які характеристики визначаються на розривній машині?

15.1

15.2

15.3 НВ

15.4 НV

16. Які характеристики визначаються на твердомірі?

16.1

16.2

16.3

16.4 НV

17. Які характеристики визначаються на маятниковому копрі?

17.1

17.2 HRB

17.3

17.4

Змістовий модуль 3. Основи теорії сплавів

Дата добавления: 2015-06-25