1.Головка 2.Шарик 3.Эталон 4.Образец

Рис.87. Схема измерения твердости по Польди

Рис.87а. Схема испытательной машины с механическим приводом и маятниковым силоизмерителем: 1. образец; 2. винт; 3. гайка; 4. привод; 5. маятниковый силоизмеритель; G – сменный груз.

Рис.88. Диаграммы растяжения:

1. для малоуглеродистых, низко- и среднелегированных сталей;

2. для большинства конструкционных, аустенитных сталей, титановых сплавов и др.;

3. для малопластичных материалов (чугунов и др.);

4. для технических металлов

12.5. Метод Польди

Этот метод относится к динамическим методам определения твердости и основан на одновременном внедрении индентора в поверхность эталона и испытуемого материала. Схема измерения твердости по Польди представлена на рис.87.

Нагрузка в виде молотка весом 400 грамм прикладывается к головке со скоростью 0,75 – 2 м/сек.

В соответствии с ГОСТ 18771 – 73 диаметр шарика принимается равным 10 мм.

После нанесения удара шарик одновременно внедряется в эталон и в образец. После испытания замеряется диаметр отпечатка на эталоне с известной твердостью и на образце и по формуле рассчитывается значение твердости

- твердость по Шору в кгс/мм²

- твердость эталона

D – диаметр шарика (10 мм)

, - диаметр отпечатка на эталоне и образце

, - динамические коэффициенты твердости эталона и образца.

12.6. Определение твердости царапанием

Этот метод не является стандартным, но широко используется в практике для определения твердости хрупких материалов (стекол, керамики и др.).

Суть этого метода заключается в том, что с помощью индентора под постоянной нагрузкой наносится царапина. За твердость принимают одну из следующих характеристик:

1. величину нагрузки, при которой получается царапина определенной ширины (обычно b=10 мкм);

2. ширину царапины при заданной нагрузке;

3. величину обратнопропорциональную ширине или квадрату ширины царапины при определенной нагрузке

Между истинным пределом прочности и твердостью царапанием существует связь при использовании алмазного конуса с углом при вершине 90⁰:

, МПа

- ширина царапины при Р=0,5 Н

Твердость царапанием характеризует износостойкость материала и его обрабатываемость.

13. Испытание на растяжение

Испытание на растяжение относится к универсальному методу испытания, позволяющему определить комплекс характеристик механических свойств, достаточных для обеспечения конструктора при выборе материалов.

Испытание на растяжение относится к стандартным методам испытания. Испытания при комнатных температурах регламентируются ГОСТом 1497 – 73, при повышенных температурах – ГОСТом 9651 – 73, при отрицательных температурах – ГОСТом 11150 – 75.

Испытание на растяжение могут производиться как на цилиндрических образцах, так и на образцах прямоугольного сечения. Размеры и форма образцов оговариваются ГОСТом. Допускаются в ряде случаев некоторые отклонения от ГОСТ, но при этом обязательно должен соблюдаться принцип подобия. Так для цилиндрических образцов должны соблюдаться соотношения

и , где:

d – диаметр рабочей части образца;

D – диаметр галтелей;

l – длина рабочей части образца.

Диаметр образцов может меняться от 3 до 25 мм. В практике чаще всего используются цилиндрические образцы с d=6 мм, и l=30 мм.

ГОСТом не допускается испытание образцов, у которых диаметр рабочей части отличается более чем на 0,03 мм для образцов диаметром <10 мм, и более чем на 0,04 мм для образцов с диаметром 10÷20 мм и более чем на 0,05 мм для образцов диаметром >20 мм.

Испытание на растяжение может производится на машинах двух типов:

1. с механическим приводом;

2. с гидравлическим приводом.

Машины с гидравлическим приводом обладают большей мощностью, но они не позволяют обеспечить постоянство скорости деформации. Если испытания проводятся при комнатных температурах, то это допустимо. При повышенных температурах использование машин с гидравлическим приводом нежелательно.

Наибольшее распространение в практике испытания на растяжение получили машины с механическим приводом. Схема испытательной машины с маятниковым силоизмерителем представлена на рис.87а.

В процессе испытания на растяжение записывается диаграмма растяжения. В зависимости от природы материала возможны 4 типа диаграмм растяжения, рис.88.

На основании диаграммы растяжения представляется возможным определить следующие характеристики механических свойств:

Е – модуль упругости

σ_уп – предел упругости

σ_пц – предел пропорциональности

σ_т – физический предел текучести

σ₀₂ – условный предел текучести

σ_тв – верхний предел текучести

σ_тн – нижний предел текучести

σ_в – временное сопротивление отрыву (условный предел прочности)

S – истинный предел прочности

δ – относительное удлинение

ψ – относительное поперечное сужение

Определение модуля упругости

Для определения модуля упругости необходимо выделить на диаграмме участок пропорциональности ОА и разбить его на участки, рис.89.

В точках 1, 2, 3 определяем величины усилий и удлинений. Зная величины усилий, определяем величины напряжений:

; ;

По величине абсолютных удлинений, определяем относительную деформацию:

, ,

Далее, используя элементарный закон Гука вычисляем модуль упругости в заданных точках и среднюю величину модуля упругости:

, ,

Для более точного определения модуля упругости обычно пользуются не диаграммой растяжения, а методом ступенчатого нагружения. На образец устанавливают тензометры, для регистрации удлинения. Нагружают образец нагрузкой Р₁ и замеряют длину Δl₁. Снимают нагрузку и если стрелка вернулась к нулю, то выхода из упругой области не было. Далее повышаем ступенями до нагрузок Р₂, Р₃ и так далее и проверяем не было ли выхода из упругой области. По величинам нагрузок и деформаций вычисляем модуль упругости.