Свойства углеродистой стали. Методы испытаний

Углеродистая сталь имеет следующие значения свойств: плот­ность — 7 850 кг/м³; предел прочности при растяжении — 300...700 МПа; относительное остаточное удлинение после раз­рыва — 12...40%; модуль упругости — 2,1 • 10⁵ МПа; коэффици­ент внутренней теплопроводности — 50...70 Вт/(м- К).

Влияние углерода. С увеличением содержания углерода воз­растает твердость стали, а ее пластичность и ударная вязкость снижаются. Прочность с повышением содержания углерода сна­чала растет до максимального значения (при содержании угле­рода в стали 0,8... 1,0 %), а затем снижается. С увеличением со­держания углерода ухудшаются свариваемость, а также способ­ность стали деформироваться в горячем и особенно в холодном состояниях.

Влияние примесей. Марганец и кремний полезны — они повы­шают прочность стали. Сера снижает пластичность и вязкость ста­ли, а также придает стали красноломкость (хрупкость при горя­чем деформировании). Фосфор в количестве до 1,2 % увеличивает прочность, но снижает пластичность, а также способствует ох­рупчиванию стали, повышая температурный порог хладноломко­сти.

Прочность и пластичность стали. Прочность и пластичность стали определяют испытанием на растяжение образцов цилинд­рической формы, получаемых токарной обработкой, или плоских образцов, вырезаемых из листового проката (рис. 6.1). Головки образцов при испытании вставляют в захваты разрывной машины. Используют также натуральные образцы — стержни определен­ной длины, отрезаемые от сравнительно тонких длинномерных профилей (например, образцы арматуры для бетона). Они не име­ют головок и требуют применения зажимающих захватов.

Зависимость растягивающих напряжений от относительного удлинения образца для мягкой стали имеет вид, показанный на рис. 6.2. На кривой растяжения имеются характерные точки (А, В, С, D), которым соответствуют четыре прочностные характеристики: предел пропорциональности (а_пц), предел упругости (а_у), предел текучести (а_т) и предел прочности (а_пч). Диаграмма растяжения дает также характеристику пластичности стали — относительное остаточное удлинение после разрыва: 5 = (l_к- lо)//о, где l_к — длина расчетной части после разрыва; l₀ — расчетная длина до испыта­ния.

Твердость стали. Твердость стали определяют чаще всего мето­дом Бринелля — вдавливанием шарика (см. подразд. 2.5). Сравни­мость результатов при различном диаметре шарика обеспечивает­ся постоянством отношения нагрузки Р к квадрату диаметра D шарика: Р/D² = const. Твердость по Бринеллю НВ = F/A_c$, где F — нагрузка; А_сф — площадь сферической поверхности отпечатка. Метод Бринелля применяют для сталей с твердостью не более 450 кгс/мм² (4,5 ГПа).

Ударная вязкость стали. Ударную вязкость стали определяют на маятниковом копре (см. подразд. 2.5). Стальной образец имеет форму балочки квадратного сечения 10x10 мм и длину 55 мм. По методу Шарпи образец лежит на опорах свободно и имеет надрез глубиной 2 мм на стороне, противоположной удару маятника (см. рис. 2.7). Надрез позволяет сосредоточить энергию удара в одном месте. Ударная вязкость характеризуется отношением ра­боты U, затраченной на разрушение образца, к площади попе­речного сечения А: и= U/ А. Единица измерения ударной вязкос­ти — Дж/м².

Дата добавления: 2014-01-04