![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Механические свойства металлов
Механические свойства устанавливают по результатам статических, динамических и усталостных (на выносливость) испытаний. Статические испытания характеризуются медленным и плавным приложением нагрузки. Основными из них являются: испытания на растяжение, твердость и вязкость разрушения. Для испытания на растяжение используют стандартные образцы с расчетной длиной lp=\0d и площадью 11, 3 А, „ где d и А„ - соответственно диаметр и площадь поперечного сечения образца сортового проката круглого, квадратного или прямоугольного сечения. Испытания проводят на разрывных машинах с автоматической записью диаграммы растяжения. На рис. 7.4 представлена такая диаграмма для среднеуглеродистой стали. Кривая 1 характеризует поведение металла под действием условных напряжений, а = Р/А„, а кривая 2 - под действием истинных напряжений, S = Р/Ах, (где А„ и Ах - соответственно площади поперечного сечения образца до испытания и на каждой ступени нагружения вплоть до разрушения. Обычно пользуются диаграммой условных напряжений, хотя более объективной является кривая 2. Напряжение < 7У (точка К на диаграмме) характеризует предел пропорциональности. Его оценивают по отношению (tga(, - tga/)/ tga», которое не должно превышать 0, 5 (здесь оц, и а, - соответственно углы наклона касательных к начальному участку диаграммы при линейной и нелинейной зависимости между напряжениями и деформациями.
О)
Предел упругости определяют напряжением, при котором остаточная деформация удлинения не превышает 0, 05%. Предел текучести характеризуется условным пределом текучести, < 7о.2, при котором остаточная деформация не превышает 0, 2%. Физический предел текучести, ст, - соответствует напряжению, при котором образец деформируется без дальнейшего увеличения нагрузки. Напряжение сгц (точка М на диаграмме), отвечающее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца, называется временным сопротивлением (пределом прочности). Начиная с этого момента деформация локализуется на одном участке образца, напряжение падает и происходит разрушение (точка N на диаграмме). Истинное сопротивление разрушению SK, как видно из диаграммы, больше сгд, что свидетельствует об упрочнении (наклепе) металла при испытании. Различие больше для пластичных и незначительно для хрупких металлов. Для высокоуглеродистых сталей 5/=ау и Sу ~ SK, так как хрупкие металлы почти не испытывают пластических деформаций. Sk(S-ij при хрупком разрушении характеризует сопротивление металлов отрыву. Для материалов хрупких при испытании на растяжение, применяют статические испытания на сжатие (для чугуна), на кручение (для закаленных и конструкционных сталей) и изгиб (для отливок из серого и ковкого чугуна). Пластические свойства металлов характеризуются относительным удлинением, S = [(1к -1,,)/ 4] 100% и сужением, ^ = \(А„ - А к)/ А о] 100%, где /«, 1К и А„, Ак- соответственно длина и площадь поперечного сечения образца до и после разрушения. Твердость металлов испытывают путем вдавливания в него под определенной нагрузкой стального шарика, алмазного конуса или пирамиды (рис. 7.5) и оценивают по величине произведенной пластической деформации (отпечатку). В зависимости от вида используемого наконечника и критерия оценки различают твердость по Бринел- лю, Роквеллу и Виккерсу.
Твердость металлов по Бринеллю рассчитывают по формуле: НВ = 2.Р/nD(D -Jd2 -d2)10~ [6] , МПа, (7.1) где Р - нагрузка, (Н); D - диаметр стального шарика, (м). В приборе принят D = 1 • 10'2 м; d - диаметр отпечатка (лунки), (м). При испытании значение Р принимают: для стали и чугуна - 3-Ю4 Н, меди и сплавов - МО4 Н, а очень мягких металлов (алюминия, баббита) - 2, 5-103 Н. Метод применим для металлов и сплавов с твердостью не более 4500 МПа, так как при большей твердости стальной шарик может деформироваться. Твердость по Роквеллу измеряют в условных единицах по формулам: HR= 100-е (при вдавливании алмазного конуса с углом при вершине 120°), (7.2) HR = 130 - е (при вдавливании стального шарика, D= 1, 588-10" 3 м), (7.3) где е = (h - /? «)/2-10" 6, h - глубина внедрения наконечника (м), под действием общей нагрузки Р после снятия основной нагрузки Р,, h0 - глубина внедрения наконечника под действием предварительной нагрузки Р„, (м). Предварительная нагрузка Р(, при испытаниях независимо от вида наконечника принята 100 Н; основная Р/ для стального шарика - 900 Н (шкала В), алмазного конуса - 1400 Н (шкала С) и 500 Н (шкала А). В соответствии с этим твердость по Роквеллу обозначается HRA, HRB, HRC. Метод широко применяется в промышленности, особенно для твердых и тонколистовых металлов и сплавов.
Твердость по Виккерсу определяют по формуле: HV= 1, 8544 (P/d2) • 106, МПа, где Р - нагрузка на алмазную пирамиду от 500 до 1200 Н; d - среднеарифметическое значение двух диагоналей отпечатка, м. Твердость по Виккерсу обозначается HV5, HV10 и т.д. Чем тоньше и тверже металл и сплав, тем меньше должна быть нагрузка при испытании. Для определения микротвердости мелких изделий и структурных составляющих металлов используют также метод Виккерса в приборном сочетании с металлографическим микроскопом.
Испытание металлов на вязкость разрушения проводят на стандартных образцах с надрезом при трехточечном изгибе. Метод позволяет оценить сопротивление металла распространению, а не зарождению трещины или трещиноподобного дефекта любого происхождения, всегда имеющегося в металле. Вязкость разрушения оценивается параметром К, представляющим собой коэффициент интенсивности напряжений или локальное повышение растягивающих напряжений (МПа) в вершине трещины: К = YaH 4пС. Условие стабильного существования трещины без ее роста и развития будет К < К/с, где Ktc - критический коэффициент интенсивности напряжений, определяемой при испытании образцов-балочек с надрезом на изгиб. Он характеризует трещиностойкость металла и является структурно-чувствительной характеристикой; уменьшается при понижении температуры, увеличении скорости приложения нагрузки и коррозии металла. Динамические испытания металлов проводят на ударный изгиб и знакопеременное циклическое нагружение. На ударный изгиб испытывают образцы металла размерами (1x1x5, 5)10" 2 м с концентратором напряжения (надрезом) посредине. Испытание проводят на маятниковом копре. Сопротивление металла ударному изгибу называют ударной вязкостью и обозначают KCU, KCV и КСТ (где КС - символ ударной вязкости, a U, V и Т - вид и размер концентратора напряжения). Она представляет работу Q удара, отнесенную к начальной площади Ац сечения образца в месте концентратора, т.е. КС = Q/Ao, МДж/м2. Ударная вязкость характеризует сопротивление металла хрупкому разрушению и используется для определения порога хладноломкости. Сопротивление металла циклическому нагружению характеризуется максимальным напряжением, которое может выдержать металл без разрушения за заданное число циклов и называется пределом выносливости, Применяют симметричные и несимметричные циклы нагружения. Предел выносливости резко снижается при наличии концентраторов напряжений. Чувствительность к ним при симметричном цикле нагружения определяется эффективным коэффициентом напряжений К0ф = < x//ct./W (где a.i и < t./w - пределы выносливости образцов гладкого и с надрезом).
|