Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике 5. Методы определения механических свойствКак и в случае описания методов определения строения металлов, так и при описании методов определения механических свойств, укажем лишь принципиальные особенности тех или иных приемов, исключив рассмотрение лабораторного оборудования и технологию эксперимента. Как правило, с этим студент знакомится непосредственно в лаборатории. Испытание на растяжение. Обычно цилиндрической формы образец с утолщениями по концам (для укрепления в захваты испытательной машины) растягивается. В современных машинах скорость растяжения может изменяться в широких пределах от 0,003 до Большинство испытательных машин снабжено диаграммным аппаратом, записывающим кривую деформации (см. рис. 41 и 43), на которой можно найти интересующие величины прочности и пластичности Размеры и формы применяемых образцов стандартизованы Наиболее распространен в металловедческих исследованиях и в заводской практике так называемый, малый пятикратный образец (диаметр Прочностные свойства в общем мало зависят от геометрических размеров гладкого образца, поэтому для определения Пластические свойства Первая составляющая в относительных единицах Поясним это положение следующим числовым примером. Предположим, что образец длиной 50 мм имеет На кривой растяжения образец до Относительное сужение зависит от абсолютных размеров образца (сечения); чем больше сечение, тем меньше относительное сужение. Данные о механических свойствах металлов, приведенные в книге и встречающиеся в литературе, получены при испытании образцов испытания против указанной затрудняет пластическую деформацию, в результате чего Испытание гладких образцов не всегда является показательным. Прочность гладкого образца чаще всего не совпадаете прочностью изделия, хотя они и были сделаны из одного материала; причем это отличие тем больше, чем сложнее форма изделия. Поэтому результаты испытаний (любых, не только при растяжении) характеризуют свойства материала и при том в данных конкретных условиях, но не свойства изделия, которые зависят как от свойств материала, так и от конфигурации изделия. Для того, чтобы приблизить результаты испытаний к реальным условиям эксплуатации материала в конструкции и получить цифры, характеризующие конструктивную прочность, довольно широко стали применять испытание на растяжение с концентраторами (надрезами). Прочность в этом случае При испытании надрезанных образцов получилась такая принципиальная закономерность (рис. 58). В случае вязкого разрушения в результате большой местной пластической деформации и местного сильного упрочнения прочность образца с концентратором всегда выше, чем гладкого. В случае хрупкого разрушения надрезанный образец имеет значительно меньшую прочность, крайне непостоянную по величине. Поэтому испытание надрезанных образцов с определением не вязкости разрушения, а предела прочности не вполне целесообразно, так как при вязком разрушении получают завышенные значения прочности, а при хрупком — ненадежные и нестабильные значения. При столь большом значении концентратора на результаты испытания хрупких материалов оказалось, что в этом случае важное значение имеют многие моменты, не оказывающие влияния на результаты испытания мягких материалов (состояние поверхности, технология изготовления образцов, соосность захватов машины и др.). Практически эти моменты не сказываются при испытании материалов с прочностью до
Рис. 58. Предел текучести гладкого При испытании высокопрочных материалов Технология испытания на растяжение материалов с прочностью выше Для стали и других конструкционных материалов испытание на растяжение является основным и оно применяется чаще, чем другие виды нагружения. Весьма часто для определения прочности пользуются простым, не разрушающим изделие (образец), упрощенным методом — измерением твердости. Под твердостью материала понимается сопротивление проникновению в него постороннего тела, т. е. по сути дела твердость тоже характеризует сопротивление деформации. Существует много методов определения твердости. Наиболее распространенным является метод Бринелля (рис. 59, а), когда в испытуемое тело под действием силы Р внедряется шарик диаметром диаметром При методе Виккерса (рис. 59, в) вдавливается алмазная пирамида и, измерив диагональ отпечатка Метод Между различными методами существует корреляция, хотя и не очень точная По соответствующим таблицам, зная значения твердости, полученное одним способом, можно определить, какому числу твердости другого метода оно соответствует, в том числе и методу Бринелля (см. Приложение).
Рис. 59. Схемы испытания на твердость: а — по Бринеллю; б — по Роквеллу; в — по Виккерсу Число твердости по Бринеллю примерно в три раза больше, чем предел прочности растяжения. Другими словами, если Описанные методы твердости характеризуют среднюю твердость сплава. Для того, чтобы определить твердость отдельных структурных составляющих сплава, надо резко локализовать деформацию, вдавливать алмазную пирамиду на определенное место, найденное на шлифе при увеличении в 100—400 раз под очень небольшой нагрузкой (от 1 до Так как при методе Бринелля, значение твердости определяют отношением нагрузки Однако при деформации вдавливанием напряжение неравномерно распределялось по поверхности во время испытания, поэтому такое деление (нагрузка на поверхность отпечатка) не имеет четкого физического смысла. Поэтому лучше не давать твердссти указанной размерности, а само измерение твердости считать как технологическую пробу, косвенно характеризующую прочность. Широко применяют многочисленные технологические пробы на пластичность (в том числе технологическую пластичность «ковкость»). К ним относится испытание на осадку под молотом, испытание на загиб вокруг оправки, испытание на Определение надежности (испытание на удар). Для установления степени надежности материала необходимо определение сопротивления разрушению: вязкому распространение, скажем немного подробнее. Практически оказалось удобнее разрушать образец ударом при его изгибе и фиксировать место разрушения надрезом. Проще определять не усилие, затраченное на разрушение образца (хотя и это вполне возможно), а работу, причем эту работу делить на поперечное сечение образца. Последнее является напрасным занятием, так как работа, затраченная на разрушение, не пропорциональна сечению. Если затраченную работу разделить на поперечное сечение, которое у всех стандартных образцов (ГОСТ 9454-78) одинаковое Разрушение образца, расположенного на двух опорах, осуществляют ударом маятника копра (рис. 60).
Рис. 60. Схема копра для испытания на удар
Рис. 61. Образцы для испытания на удар Испытание проводят чаще всего на одном из приведенных на рис. 61 видов образцов (из них первые два — стандартные) при одинаковом сечении (10Х 10 мм), которые имеют надрез глубиной в 2 мм (поэтому сечение нетто В последнем случае надрез глубиной в 1 мм делается механически и затем создается усталостная трещина тоже глубиной в 1 мм. Полученную на разных образцах по Образец Обозначение
Работа разрушения образца Под работой зарождения трещины понимают работу, затраченную на макродеформацию образца до зарождения на дне надреза трещины. Эта величина Отсюда, испытывая образцы с разной остротой надреза и экстраполируя полученные значения на нуль радиуса надреза (рис. 62), получим ударную вязкость образца с надрезом равным нулю, или с трещиной, т. е. работу распространения трещины Работу распространения трещины можно получить прямым испытанием (по Я. Б. Фридману и Б. А. Дроздовскому) образцов с заранее нанесенной трещиной (см. рис. 61). Очевидно, при испытании такого образца получаемая ударная вязкость равна работе распространения, так как трещина готова и При испытании на удар с определением
Рис. 62. График для определения работы распространения трещины методом экстраполяции
Рис. 63. Усталостный излом: 1 — усталостная зона: 2 — зона «долома» В этом случае Выше Для определения сопротивления хрупкому разрушению (напомним, что Построение сериальных кривых ударной вязкости во многих случаях не позволяет определить положение порога (см. рис. 54), тогда как кривые, характеризующие изменение содержания волокна в изломе Другими словами, при построении сериальной кривой важно изменение вида излома (содержание вязкой составляющей, К сожалению, важные характеристики Из трех типов образцов (см. рис. 61) рекомендуется пользоваться образцом типа Долговечность материала определяют испытанием на усталость, ползучесть, износ, коррозию и другими методами. При знакопеременной нагрузке разрушение может происходить постепенно при напряжениях меньших, чем предел прочности. Этот процесс постепенного разрушения (усталость) заключается в том, Что поверхность, как наиболее нагруженная часть сечения (при изгибе, кручении), претерпевает микродеформацию, а затем в наклепанной (упрочненной деформацией) зоне возникает трещина, которая постепенно развивается. Пораженная трещинами часть сечения не несет нагрузки, а оставшаяся часть сечения непрерывно уменьшается, пока не выдержит нагрузки и произойдет мгновенное разрушение. Таким образом, усталостное разрушение характеризуется особым видом излома (рис. 63), состоящем из двух зон —зоны усталости Испытание на усталость чаще всего осуществляют на вращающемся образце (гладком или с надрезом) с приложенной постоянной изгибающей нагрузкой. Нагрузка (растяжение—сжатие) изменяется по синусоиде или другому закону. Определив при данном напряжении время (число циклов) до разрушения, наносят точку на график и испытывают при другом напряжении. В результате получают кривую усталости (рис. 64) (сплошная линия). На этой кривой мы видим, что существует напряжение, которое не вызовет усталостного разрушения, это так называемый «предел выносливостиъ
Рис. 64. Кривая усталости Усталостное разрушение происходит в три этапа — постепенное накопление напряжений до возникновения трещины (рис. 64) — зона Наличие на поверхности детали напряжений сжатия затрудняет образование трещин усталости, повышая предел усталости и расширяя время до разрушения в зоне ограниченной выносливости (повышает так называемую «живучесть»). Наоборот, концентраторы (в том числе даже шероховатость поверхности), создавая напряжения растяжения, понижают предел выносливости и живучесть. Разрушение от усталости при температурах ниже порога хладноломкости происходят очень быстро после появления трещины; другими словами, в хрупком состоянии зоны Другой вид постепенного разрушения — это разрушение от износа — явление столь же частое, как и разрушение от усталости. Износ является следствием трения двух поверхностей. В процессе трения у менее износостойкого материала (обычно, но не всегда, менее твердого) износ больше. Износ состоит в отрыве отдельных частиц. Важное значение при износе имеет химическое и физическое взаимодействие трущихся пар. В лабораторных условиях обычно износостойкость определяют взвешиванием образца до испытания и после и износостойкость характеризуют потерей массы В одних случаях материал А может быть лучше материала 5, в других — наоборот. И в этом случае, как и во многих других, но при износе особенно, лабораторные испытания неадекватны натурным.
|
1 |
Оглавление
|