Материаловедение

Основная цель курса: установить связь между химическим составом, строением конструкционного материала и определить влияние этих факторов на физические и механические свойства материала.

Конструкционный материал – материал, предназначаемый для изготовления деталей машин и механизмов и способный выдержать прикладываемые к деталям нагрузки.

НАГРУЗКИ

статические динамические

1. растяжение, сжатие 1) удар

2. изгиб 2) вибрация

3. кручение

4. температурные

Механические испытания

материалов

1. Испытания на растяжение

Основная цель: определение характеристик а) упругости

б) пластичности

в) прочности

Определения

Упругость – способность материала изменять форму и размеры под действием нагрузки и возвращаться в исходное состояние после снятия этой нагрузки.

Пластичность - способность материала приобретать необратимые деформации под действием нагрузки и сохранять их после снятия этой нагрузки.

Прочность - способность материала сопротивляться приложенным нагрузкам без разрушения.

При испытании на растяжение используют специальные круглые образцы

головка

рабочая

часть

l₀

l₀ – длина рабочей части образца

d₀ – диаметр рабочей части образца

F₀ – площадь поперечного сечения рабочей части образца

l₀ / d₀ =5;10 - соотношение при испытании

Головки образца зажимаются в захватах нагружающей машины и нагружается возрастающим усилием Р до разрыва.

В результате фиксируется усилие, прикладываемое к образцу, и измеряется удлинение рабочей части образца:

Δl=l-l₀ ,

где l – длина рабочей части образца под действием усилия.

В результате опытов диаграмма деформирования образца

Диаграмма деформирования металлов в наиболее общем виде.

а) опыт б) расчет пересчет

Результаты, полученные в пункте а) пересчитываются на относительные характеристики материала образца.

Р напряжение σ

σ = Р/F₀ [ Мпа ]

Удлиннение относительная деформация (ε)

ε = Δl/l

σ_ПЦ – предел попорциональности – максимальное напряжение, до которого материал деформируется упруго.

σ_0,2 - условный предел текучести – максимальное напряжение, при котором остаточная пластическая деформация составляет 0,2%.

σ_т – физический предел текучести – максимальное напряжение, при котором происходит значительная пластическая деформация при ПОСТОЯННОМ усилии.

σ_В – предел прочности (временное сопротивление) – максимальное напряжение, выдерживаемое материалом до разрушения.

σ_В – важная характеристика материала.

При испытании на растяжение получают дополнительную характеристику:

2. Испытания на твердость

Твердость– способность материала сопротивляться внедрению в него инородного тела при статическом вдавливании.

1. Метод Бринелля (НВ):

Вдавливание в плоскую поверхность образца круглого наконечника

D = 2.5 ; 5 ; 10 мм

О твердости можно судить по площади полученного отпечатка.

d – диаметр отпечатка

(1):

Недостатки метода:

1. Необходимость дополнительных измерений

2. Необходимость дополнительных расчетов по формуле (1)

Достоинства метода:

Пригоден для любых констукторских материалов.

2. Метод Роквелла –

• вдавливание в поверхность конического индентора.

производится в три этапа

а) б) в)

а) предварительное нагружение (малое усилие Р₀)

Цель: предварительный контакт индентора с образцом.

б) основное нагружение (вдавливание индентора в образец) усилие Р - стандартное

в) измерение твердости. Индентор нагружается усилием Р₀ для обеспечения контакта с образцом.

h < H из-за упругости материала образца и индентора.

О твердости судят по величине h.

В методе Роквелла существует три шкалы, отличающиеся усилием, прикладываемым к индентору, и типом индентора

шкала «В» индентор – шарик

шкалы «А» и «С» - конусы

ШКАЛА	ОБОЗНАЧЕНИЕ ТВЕРДОСТИ
«А» «В» «С»	HRA HRB HRC

Достоинства метода:

Высокая оперативность, универсальность.

Недостатки метода:

Непригодность для измерения твердости материалов с неоднородной структурой.

Метод пригоден для измерения твердости образцов только большой толщины (из-за больших нагрузок).

3) Метод Виккерса (HRV).

Форма индентора – прямоугольная пирамида.

Усилия вдавливания варьируются от 9.8 до 1900 H

Вид сверху:

отпечаток

, где k – размерная константа, Р – усилие вдавливания,

D – диагональ отпечатка

Достоинства метода:

Благодаря изменению нагрузки (Р) метод Виккерса обеспечивает измерение твердости материалов в широком диапазоне, в том числе и для тонких образцов.

Недостатки метода:

Необходимость дополнительных измерений, невозможность измерения твердости материалов с неоднородной структурой.