6. Механические свойства металлов

Механические свойства характеризуют поведение материала под действием приложенных механических сил (нагрузок). Механические свойства определяются при механических ис­пытаниях по специально разработанным методам.

Механические испытания

С татические испытания - на рас­тяжения, сжатие, твердость, изгиб, кручение при статическом нагру-жении. Статические нагрузки при­ложены постоянно или плавно воз­растают. Основные статические испытания - на растяжение (ГОСТ 1497-84) на разрывных машинах с построением диаграммы (кривой) растяжения. Эти испытания опре­деляют свойства прочности - о_пц, Сод, с_в и пластичности 8, \|/ мате-

риала.

Динамические испытания – на ударный изгиб при динамическом нагружении. Динамичес кая нагруз­ка – ударная, возрастает резко с большой скоростью. Динамические нагрузки чаще всего являются при­чиной хрупкого разрушения мате­риала. Испытания проводят на приборе – маятниковом копре (ГОСТ 9454-78) на специальных образцах с надрезом. На д р е з явля­ется концентратором напряжений. Определяется ударная вязкость КС.

У сталостные испытания при знакопе­ременном (циклическом) напряжении. Знакопеременные нагрузки – много­кратные прикладываемые, изменяю­щиеся по величине и направлению. При этом развивается явление, которое но­сит название усталости металла – по­степенное накопление повреждений (тр ещ ин), приводящих к разрушению. Испытания проводят методом изгиба при вращении (ГОСТ 25.502-79).

Другие виды ис пытаний:

- ис пытания на жаро­ прочность;

- технологические испы­ тания на изгиб, осадку, перегиб, выдавливание (для определения спо­ собности металла к пла­ стическому деформиро­ ванию.

31

С ТАТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ

Испытания на растяжение - определение характеристик прочности и пластичности.

Диаграмма (кривая) растяжения (кривая 1 - условные, 2 - истинные

напряжения) ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЧНОСТИ оп­ределяются по кривой растяжения. С_пц = Р_пц/Fo - предел пропорцио­нальности, максимальные напря­жения, при которых выполняется закон Гука.

ао2 = Род/Fo - условный предел те­кучести, характеризует сопротив­ление малым пластическим дефор­мациям.

о_в = Р_в/F₀ - временное сопротив­ление, соответствующее макси­мальной нагрузке.

Точка В - начало образования шей­ки на образце при растяжении.

Разрушение наступит в точке С, при резком уменьшении поперечного сечения образца.

Sk = Pk/Fk - истинное сопротивление разрыву (напряжения при разру­шении).

характеристики ПЛАСТИЧНОСТИ определяются по размерам образца до и после испытаний.

относительное удлинение: 8 = (£_к - £_н)/£_н 100%; относительное сужение: \|/ = (F₀ - Fk)/F_o-100%, где

4 и 4 - длина образца до и после испытаний;

F₀ и Fk - площадь поперечного сечения образца до и после испытаний.

32

испытания на твердость

Твердость – способность материала сопротивляться местной пла­стической деформации при внедрении в него другого, более тв ер-дого материала (индентора).

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТВЕРДОСТИ

2P

НВ

Твердость по Бринеллю НВ (ГОСТ 9012-59) – стальной ша­рик диаметром D вдавливается в испытываемый материал с ус илием Р. По с л е снятия на­грузки на поверхности мате­риала остается лунка диамет­ром d.

•МПа.

r2

Испытывают материалы невы­сокой твердости (НВ< 450), размер отпечатка замеряют лу­пой.

Твердость по Роквеллу HR (ГОСТ 9013-59). Индентором служит алмазный ко­нус с углом при вершине 120⁰ или ша­рик из закаленной стали диаметром 1,5875 мм.

Сначала дается предварительная на­грузка для закрепления индентора Р₀ = 10 кгс, затем прикладывают основ­ную нагрузку Р₁ (при алмазном конусе Р₁ = 140 кгс, а при шарике – 90 кгс). Общая нагрузка Р = Р₀ + Р₁. Пос л е сня­тия основной нагрузки Р₁, индикатор прибора показывает единицы тв е р д о с ти. Пр и использовании алмазного конуса тв е р д о с ть НRC (черная шкала), а шари­ка HR B ( красная шкала) в условных единицах.

Твердость по Виккерсу ( H V ) (ГОСТ 2999-75) для замера тв ер до­с ти очень тв е р д ых материалов. Инд е нто р – четырехгранная пира­мида с углом между гранями 136⁰С. HV = 1,854 Р/d², где Р – нагрузка; d – среднее арифметическое диагоналей отпечатка.

33

Д ИНАМИЧЕСКИЕ ИСПЫТ АНИЯ

Испытания на ударную вязкость. Ударная вязкость – работа, затраченная на ударное разрушение образца

на маятниковом ко-

Испытания проводят пре, вес маятника G.

1- маятник;

70. - образец;

71. - шкала;

h1 - высота подъема маятника; h₂ - высота подъема маятника после удара Энергия, затрачиваемая на деформацию и разрушение образца работа удара К. К = G(h1 - h₂) или К = G<cos oc-cos |3), где а и Р - углы подъема маятника.

Образцы для испытаний – стержни 55х10х10 мм с надре­зом, который специально на­несен для определения склон-нос ти материала к концентра­торам напряжений (тр и типа U, V, T ) .

Образец при испытании

Пр и испытании указывается т и п образца КU , K V , K T .

_I

_I

Ударная вязкость КС = К/F_о, где

К – работа удара;

F_о – площадь образца.

В зависимости от типа образца определяют КСU , K C V , K C T .

34

ИСПЫТАНИЯ НА УСТАЛОСТЬ

Разрушение материала в условиях циклически повторяющихся напряжений (знакопеременные или изменяющиеся по величине нагрузки) называется усталостью (выносливостью) образца.

Разрушение от усталости происходит внезапно, трещина образуется, как правило, на поверхности изделия и постепенно развивается вглубь, поэтому очень важно состояние поверхности изделия - любые ее дефекты являются концентраторами напряжений и облегчают образование усталостной тре­щины.

Между пределом выносливости и пределом прочности существует опреде­ленная связь. Для сталей a-1/a_в - 0,5, для медных сплавов - 0,3-0,5, для алюминиевых 0,25 - 0,4.

35

ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ

72. Что та к о е механичес кие свойства материалов?

73. Какие виды нагружения вы знаете, в чем их отличие?

3. Что так ое статические испытания, какие свойства можно определить этим видом испытаний? В чем разница в понятиях σ_т и σ_0,2?

74. Что та к о е ударная вязкость КСU, как определить эту характеристику?

75. Какие свойства металла можно определить при усталостных испытаниях?

76. Что та к о е тв е р д о с ть материала?

77. Какие виды испытаний на тв е р д о с ть вы знаете?

78. Что та к о е KC U, KC V, KC T материала?

79. Как проводятся испытания на тв е р д о с ть по Бринеллю?

10. Что та к о е – HR A, HR B, и HRC?

Задача № 1

Пр и испытании на выносливость были изучены два образца – шлифован­ный и полированный. Какой из образцов имел более высокий предел выносли­вости и почему?

Задача № 2

У одного и то г о же материала были определены значения KC U, KC V и KC T . Какое из значений было самым высоким и почем у?

Задача № 3

Необходимо замерить тв ер до с ть у образцов из мягкого алюминиевого сплава и тв ер д о й закаленной стали. Какие методы замера тв е р д о с ти должны быть рекомендованы для этого и почему?

Задача № 4

Для вновь созданного металлического сплава необходимо определить ха­рактеристики прочности и плас тично с ти. Какой метод испытаний вы рекомен­дуете и как проводится определение этих свойств?

36