Механические испытания (кратко). Лекции.

 

Содержание.

Лекция 1. Механические свойства металлов. Характеристики прочности, пластичности, упругости, твёрдости и ударной вязкости.

Лекция 2. Метод испытания на растяжение. Диаграмма на растяжение.

Лекция 3  Метод определения твердости (Бринелль, Роквелл, Викерс).

Лекция 4. Метод испытания на ударный изгиб при комнатной и пониженной температурах и после механического старения.

Лекция 5. Метод испытания на изгиб.

Лекция 6. Определение величины обезуглероженного слоя.

Лекция 7. Метод определения величины зерна.

 

Скачать лекции полностью, бесплатно.

 

 Лекция 1 Механические свойства металлов. Характеристики прочности, пластичности, упругости, твёрдости и ударной вязкости.

Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться деформации и разрушению под действием приложенных нагрузок.

К основным механическим свойствам металлов относят: прочность, упругость, пластичность, твердость, ударную вязкость.
Прочность, упругость и пластичность изучаются при испытаниях на растяжение.
Прочность – способность материалов выдерживать нагрузки без разрушения, т.е сопротивление материала деформации и разрушению.
Упругость – способность материалов изменять форму под действием нагрузки, и возвращаться в исходное состояние после снятия нагрузки.
Пластичность – способность материала под действием нагрузки изменять, не разрушаясь, свою форму и размеры и сохранять остаточные деформации после устранения этих сил.

Пластичность, т.е. способность деформироваться без разрушения, характеризуется изменениями размеров образца. При испытании на разрыв определяют следующие характеристики пластичности:

 

Твердость — сопротивление материала местной пластической деформации, возникающей при внедрении в него более твёрдого тела, например наконечника (индентора)

Ударная вязкость – способность материала сопротивляться действию ударных нагрузок.

 Первое требование, предъявляемое к большинству изделий – достаточная прочность.

Многие изделия, кроме общей прочности, должны обладать ещё особыми свойствами в зависимости от назначения, условий обработки или эксплуатации. Например режущие инструменты должны обладать высокой твёрдостью, для изготовления рессор и пружин применяют специальные стали, обладающие высокой упругостью. Вязкие материалы идут на изготовление деталей, которые при работе подвергаются ударной нагрузке,  пластичные материалы можно обрабатывать давлением.

Механические свойства определяются по результатам механических испытаний.

Механические испытания – это определение механических  свойств материалов и изделий различными способами.

По характеру изменения во времени действующей нагрузки механи­ческие испытания могут быть статическими (на растяжение, сжатие, изгиб, кручение), динамическими (на ударный изгиб) и циклическими (на усталость).

По воздействию температуры на процесс их делят на испытания при комнатной температуре, низкотемпературные и высокотемпературные (на длительную прочность, ползучесть) при наличии надрезов и исходных трещин.

 Статические испытания  проводятся при воздействии на образец с определенной скоростью постоянно действующей нагрузки, возрастающей весьма медленно. Статические испытания на растяже­ние относятся к наиболее распространенным. Свойства, определяемые при этих испытаниях, приведены в многочисленных стандартах по техническим условиям на материалы. К статическим относятся испытания на растяжение, сжатие, изгиб, кручение.

 Динамические испытания  характеризуются приложением к образцу ударной нагрузки и значительной скоростью деформации. Длительность ис­пытания не превышает сотен долей секунды. Динамические испытания чаще всего проводят по схеме ударного изгиба образцов с надрезом.

 Циклические испытания  характеризуются многократными измене­ниями нагрузки по величине и по направлению. Примером испытаний явля­ются испытания на усталость, они длительны и по их результату определяют число циклов до разрушения при разных значениях напряжения. В конечном итоге находят предельные напряжения, которые образец выдерживает без разрушения в течение определенного числа циклов нагружения.

Лекция 2. Метод испытания на растяжение. Диаграмма на растяжение.
Испытание на растяжение  материалов проводят в соответствии с ГОСТ 1497-84 «Методы испытаний на растяжение».

Для испытаний применяют плоские и цилиндрические образцы, выре­занные из детали или специально изготовленные, для того чтобы исключить влияние размеров и форм испытываемых деталей на результат испытания. Размеры образцов регла­ментированы указанным стандартом, они подчиняются геометрическому по­добию и могут быть короткими и длинными.

Растяжение образца проводят на специальных машинах, позволяющих фиксировать величину прилагаемой нагрузки и изменение длины образца при растяжении. Эти же машины дают возможность записывать изменение длины образца при увеличении нагрузки (рис.1), т.е. первичную диаграмму испытания на растяжение в координатах: нагрузка Р, Н, кН; и абсолютное удлинение образца А (L), мм. Деформацией называется изменение размеров и формы тела под действием внешних сил. Деформации подразделяются на упругие и пластические. Упругие деформации исчезают, а пластические остаются после окончания действия сил. В основе пластических деформаций – необратимые перемещения атомов от исходных положений на расстояния, большие межатомных, изменение формы отдельных зерен металла, их расположения в пространстве.

Характер деформации при растяжении вязких и хрупких материалов существенно различается.

Хрупкие материалы после достижения максимальной нагрузки быстро разрушаются без значительной пластической деформации, поэтому σв для хрупких материалов является характеристикой сопротивления разрушению, а для пластичных — характеристикой сопротивления деформации.

Способность металлов пластически деформироваться называется пластичностью. Пластичность обеспечивает конструктивную прочность деталей под нагрузкой и нейтрализует влияние концентратов напряжений – отверстий, вырезов и т.п. При пластическом деформировании металла одновременно с изменением формы меняется ряд свойств, в частности при холодном деформировании повышается прочность, но снижается пластичность.

 Временное сопротивление (предел прочности) σв – это условное напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца.

Предел текучести условный определяется автоматически по диаграмме растяжения, полученной с применением тензометра.

 

Лекция 3  Метод определения твердости (Бринелль, Роквелл, Викерс).

Простейшим механическим свойством является твердость. Методы определения твердости в зависимости от скоро­сти приложения нагрузки делятся на статические и динамические, а по спо­собу ее приложения — на методы вдавливания и царапания. Методы опреде­ления твердости по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу относятся к статическим методам испытания.

Твердость — это способность материала сопротивляться вдавливанию в него более твердого тела (индентора) под действием  внешних сил.

При испытании на твердость в поверхность материалов вдавливают пирамиду, конус или шарик (индентор), в связи с чем различают методы ис­пытаний, соответственно, по Виккерсу, Роквеллу и Бринеллю. Кроме того, существуют менее распространенные методы испытания твердости: метод упругого отскока (по Шору), метод сравнительной твердости (Польди) и не­которые другие.

 

При испытании материалов на твердость не изготавливают стандарт­ных специальных образцов, однако к размерам и поверхности образцов и изделий предъявляются определенные требования.

О твердости судят либо по площади полученного отпечатка, либо по глубине вдавливания индентора. В результате вдавливания с достаточно большой нагрузкой поверхностные слои металла, находящиеся под наконечником и вблизи него, получают пластическую деформацию. После снятия нагрузки на образце (детали) остаётся отпечаток.

Малый объём деформируемого металла, возможность проведения испытаний на поверхностях тел различной формы и размеров на деталях небольшой толщины и в очень тонких слоях металла, не пользуясь специально изготовленными образцами, быстрота и простота испытания, а также возможность без разрушения изделия судить о его свойствах вследствие существования количественной зависимости между твёрдостью пластичных металлов и другими механическими свойствами (пределом прочности) делают испытания на твёрдость незаменимым производственным методом массового контроля металла.

Поверхность образца или испытуемого изделия для измерения твёрдости должна быть ровной, гладкой, свободной отокисной плёнки и представлять горизонтальную шлифованную площадку. Образцы должны быть устойчивыми, при испытании образцов неправильной формы необходимо использовать подставки клинообразной формы.

Лекция 4 Метод испытания на ударный изгиб при комнатной и пониженной температурах и после механического старения.

Вязкость – способность материалов поглощать энергию развиваемых в нем трещин.

Ударная вязкость – способность металлов оказывать сопротивление действию ударных нагрузок.

Ударная вязкость  характеризует удельную работу, затрачиваемую на разрушение при ударе образца с надре­зом.
Ударная вязкость испытывается на маятниковом копре с постоянным запасом работы маятника по ГОСТ 9454-78 «Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженной, комнатной и повышенной температурах».

Стандарт распространяется на черные и цветные металлы и сплавы и уста­навливает метод испытания при температурах от -100 до +1000 °С.

Метод основан на разрушении ударом маятникового копра образца с концентрато­ром напряжений. В результате испытания определяют полную работу, затра­ченную при ударе К, или ударную вязкость КС.

Используют образцы прямоугольной формы с концентратором типа U, V, Т (усталостная трещина). Наиболее распространенными образцами являются образцы размерами 55x10x10 мм с U-концентратом 2×2 мм (рис. 6).Образец должен быть строго прямоугольным. Не допускаются к испытаниям образцы со следами обработки на поверхности надреза, с искревлениями, с трещинами и с заусенцами. 

Склонность к механическому старению проводят по ГОСТ 7268-82 «Сталь. Метод определения склонности к механическому старению по испытанию на ударный изгиб.»

Старением называют изменение свойств металлов с течением времени. В результате старения изменяются физико-механические свойства. Прочность и твёрдость повышается, а пластичность и вязкость понижаются. Старение бывает естественное и искуственное.

Процесс изменения свойств, происходящие во времени при комнатной температуре или при атмосферной называется естественным старением.

Процесс изменения свойств с течением времени при нагреве до невысоких температур называется искусственным старением.

Вырезанную из пробы заготовку, с нанесённой на ней длиной 120мм подвергают дефомации растяжения из расчёта получения 10±0,5% остаточного удлинения -12мм.

 Из деформированной заготовки вырезают образцы для испытаний на ударный изгиб и подвергают нагреву (искусственное старение) при температуре 250±100С с выдержкой 1час с последующим охлаждением на воздухе и проводят испытание на ударный изгиб на маятниковом копре при необходимой температуре.

       Факторы, влияющие на ударную вязкость:

  • Структура металла (крупнозернистый и мелкозернистый излом)
  • Размах маятника.

Лекция 5. Метод испытания на изгиб.

Изгиб – это вид деформации, характеризующийся искривлением оси или серединной поверхности деформируемого объекта под действием внешних сил или температуры.

При деформации изгиба нижние слои металла до нейтрального слоя испытывают растяжение, а верхние сжатие. Между зонами растяжения и сжатия располагается нейтральный недеформированный слой металла.

Испытание состоит в изгибе образца вокруг оправки под действием статического усилия и служит для определения способности металла выдерживать заданную пластическую деформацию, характеризуемую углом изгиба, или для оценки предельной пластичности металла, характеризуемой углом изгиба до появления первой трещины.

Испытания проводят на образцах круглого, квадратного, прямоугольного или многоугольного сечения.

 

Лекция 6. Определение величины обезуглероженного слоя.

Данную лекцию смотрите  в полной версии, скачать  ее можно по кнопке с конце данного файла.

 

Лекция 7. Метод определения величины зерна

Зерна металлов — это отдельные кристаллы поликристаллического конгломерата, разделенные между собой смежными поверхностями, называемыми границами зерен. Зерна могут быть равноосными и неравноосными.

Величина зерна — средняя величина случайных сечений зерен в плоскости металлографического шлифа — определяется методами:

  1. визуального сравнения видимых под микроскопом зерен с эталонами шкал, приведенных в обязательном приложении 2, с определением номера зерна;
  2. подсчета количества зерен, приходящихся на единицу поверхности шлифа, с определением среднего диаметра и средней площади зерна;
  3. подсчета пересечений границ зерен отрезками прямых с определением среднего условного диаметра в случае равноосных зерен, количества зерен в 1 ммв случае неравноосных зерен;
  4. измерения длин хорд под микроскопом или с использованием микрофотографий с определением относительной доли зерен определенного размера;
  5. ультразвуковым.

Границы зерен выявляются методами:

          травления,

          цементации,

          окисления,

          сетки феррита или цементита,

          сетки перлита (троостита),

          вакуумного термического травления.

          Метод выбирают в зависимости от химического состава стали и цели испытания.

 Метод травления.

 Метод травления применяют для выявления границ действительного зерна, а также границ зерен аустенита в углеродистых и легированных сталях, закаливающихся на мартенсит или бейнит, и сталях, в которых затруднено получение ферритной или цементитной сетки.
Выявление границ действительного зерна проводят на образцах без дополнительной термической обработки.
Для выявления границ зерен аустенита температуру нагрева, время выдержки и скорость охлаждения устанавливают нормативно-технической документацией на стали и сплавы.

 

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *