5) Что такое твёрдость? Назовите методы испытания на твёрдость.

Твёрдость – свойство материала оказывать сопротивление контактной деформации или хрупкому разрушению при внедрении индентора в поверхность. Очевидно, что высокой твердостью должны располагать металлорежущие инструменты и поверхностноупрочненные детали. Наиболее широкое применение получили методы испытания на твёрдость Бриннеля, Виккерса, Роквелла.

По методу Бриннеля (рис. 1.13. а) в поверхность материала вдавливается твердосплавный шарик известного диаметра и под действием определенной нагрузки. После снятия нагрузки изменяется диаметр отпечатка и его глубина. Число твёрдости подсчитывается как отношение величины нагрузки к площади поверхности отпечатка. Метод Бриннеля не следует применять для материалов с очень большой твёрдостью, т.к. стальной шарик может деформироваться, и это внесёт погрешносить в результаты испытаний.

При испытании на твёрдость по методу Виккерса (рис. 1.13. в) производится вдавливание алмазной призмы (четырехгранная с углом при основании 136⁰), и после снятия нагрузки определяется диагональ отпечатка. Число твёрдости рассчитывается как отношение нагрузки к площади поверхности пирамидального отпечатка. Преимущество метода – могут быть испытаны материалы более высокой твёрдости из-за применения алмазной пирамиды.

При испытании на твёрдость по методу Роквелла (рис. 1.13. б) в испытуемую поверхность вдавливается алмазный конус. Согласно этому методу за условную меру твёрдости принимается глубина отпечатка. Предварительно глубина отпечатка измеряется при известных данных, индикатор градуируется, и за тем при последующих измерениях глубина отпечатка измеряется индикатором, сравнивается с известной, и таким образом отпадает необходимость в оптическом определении размеров отпечатков.

6) При каких нагружениях определяется ударная вязкость? Как она оценивается?

При динамическом нагружении в основном проводятся испытания на ударную вязкость. При этом определяется склонность материала к хрупкому разрушению. Испытания проводятся на маятниковых копрах (рис 1.10)

Важным критерием при испытании является вид излома. Если излом имеет кристаллический вид, блестящий – это хрупкий материал. А если излом волокнистый, матовый – это материал вязкий. Большинство разрушений деталей и конструкций происходит при т.н. циклическом нагружении.

Циклическое нагружение осуществляется повешенным неподвижным грузом при вращении консольно закрепленого образца (рис. 1.11).

7) Что такое усталость? Предел выносливости? При каких видах нагружения они определяются?

Процесс постепенного накопления напряжений в материале при действии циклических нагрузок, приводящий к образованию трещин и разрушению, называется усталостью. Свойство материала противостоять усталости называется выносливостью. Оно характеризуется пределом выносливости, под которым понимают предельное напряжение, которое не вызывает разрушения образца при любом числе циклов.

Для определения предела выносливости испытывают не менее 15 образцов, по результатам измерений строят диаграмму усталости, и по ней определяют предел выносливости. Такая методика относится к испытаниям на многоцикловую усталость, когда используется большая база испытаний до 10⁸ циклов, и высокая частота нагружения - до 300 Гц.

Разрушение материалов при усталости отличается от разрушения при однократных нагрузках. Оно характеризуется отсутствием в изломе внешних признаков пластической деформации. То есть излом имеет характер хрупкого излома. На начальной стадии испытания при циклическом нагружении начинается зарождение микротрещин. Затем они развиваются, и наиболее благоприятно расположенная трещина по отношению к действующим напряжениям распространяется по сечению образца.