76
По Бринеллю определяют твердость относительно мягких материалов (чугунов, отожженной стали, цветных металлов и их сплавов).
При определении твердости по Роквеллу в испытуемое тело вдавлива ется алмазный конус с углом при вершине 1200 (при испытании твердости очень твердых металлов) или стальной закаленный шарик диаметром 1,588 мм (1/16") при испытаниимягких материалов.Конус или шарик вдав ливается при приложении двух последовательных нагрузок (рис. 3.6, б): предварительной (Р = 1О кгс) и основной. Суммарная нагрузка для шкалы В составляет 100 кгс, ДЛЯ шкалы С - 150 кгс, для шкалы А - 60 КГС. Шкала А
применяется при испытании очень твердых материалов.
Твердость по Роквеллу устанавливается в условных единицах. За еди
ницу твердости принята величина, соответствующая осевому перемещению
индентора на 0,002 мм.
Твердость по Виккерсу HV, как и микротвердость Н, определяется вдавливанием индентора в виде алмазной пирамиды (рис. 5.6, в). Метод ВИК керса используется для испытания твердости деталей малой толщины или
тонких поверхностных слоев, имеющих высокую твердость.
Методом микротвердости обычно пользуются ДЛЯ измерения твердо сти отдельных зерен или очень тонких слоев. Нагрузку Р можно изменять в пределах от 1 до 500 г.
5.4. Прочностъ металлов при динамических нагрузках
Основным видом этих испытаний является испытание на ударный из гиб специальных образцов с надрезом. Испытания производятся на маятни ковых копрах, позволяющих определить работу, затраченную на разрушение образца.
Работа разрушения определяется как разность между энергией подня того маятника до удара и оставшейся энергией маятника после удара.
На рис. 5.7 представлен чертеж образца для определения ударной вязко сти. В зависимости от формы выточки (концентратора напряжения) на образце ударную вязкость обозначают символами КСU, KCV, кет.
Буквы КС - символ ударной вязкости, буквы И, V, т обозначают вид концентратора напряжения; И - радиус концентратора (1 ± 0,07) мм; V - ра диус (0,25 ± 0,025) мм; Т- трещина.
Под динамическими понимают испытания, при которых скорость де
формирования значительно выше, чем при статических испытаниях. Дина-
77
мические испытания на ударный изгиб выявляют склонность металла к
хрупкому разрушению
Ударной вязкостью называется удельная работа разрушения, т е спо собность материала выдерживать динамические нагрузки
А
КСU=
р'
где КСU ударная вязкость образца при концентраторе типа И, Дж/м", А - работа разрушения, F - площадь поперечного сечения образца
зо"
~ножмаятника
__~5;~~~t_O_2+ ~;
Рис 5 7 Схема установки образца на испытание ударной вязкости
При испытаниях образцов с концентраторами типа и и v энергия ма ятника при ударе расходуется на пластическую деформацию, в процессе чего зарождается и распространяется трещина (разрушение) В случае использо вания образца с концентратором типа Твся энергия расходуется на разруше ние (Трещина в образце создается при циклическом нагружении)
Ударная вязкость характеризует надежность \1а1ериала - сопротивле
ние хрупкому разрушению Высокая конструкционная прочность обеспечивается, когда материал
обладает значительным сопротивлением образованию трещины и высоким
сопротивлением ее распространения
Очень важным критерием вязкости металла при ударных испытаниях является вид излома (рис 5 8, а, б, в) Для хрупких материалов вид излома кристаллический, блестящий (рис 3 8, а) Для вязких материалов излом во локнистый, матовый (рис 5 8, б) Если материал обладает ограниченной ВЯЗ костью, то образуется смешанный ИЗЛОМ ~ кристаллический и матовый (рис 5 8, в)
78
а |
б |
в |
Рис 5 8 Поверхности изломов а - межкристаллический И1ЛОМ хрупкого материала. б - волокнистый излом вязкого материала, в - смешанный излом
Испытание на ударную вязкость является очень жестким видом испы тания Если материал должен работать в условиях низких температур, то
проводятся ударные испытания при низких температурах, когда вязкость не которых материалов резко снижена. Повышение хрупкости материала при
пониженных температурах называется хладноломкостью Большинство важнейших конструкционных материалов (углеродистые
стали) склонно к охрупчиванию при понижении температуры испытания (работы).
Значение температуры охрупчивания материала является важным критерием надежности материала вработе и обязательно должно учиты ваться конструктором при выборе материала для конкретного назначения
5.5. Механические свойства металлов
при переменных нагрузках и явлениях ползучести
Большинство деталей машин и конструкций, работающих при цикличе ски (повторно-переменные напряжения) действующей нагрузке, разрушают ся после определенного числа циклов нагружения, когда действующие на пряжения ниже предела текучести. Это явление называется усталостью.
В качестве характеристики материала, работающего в условиях цикли
ческого нагружения, используется предел выносливости.
Пределом выносливости называется максимальное напряжение, при действии которого не происходит усталостного разРУIllения после произ вольно большого числа циклов нагружения. Наиболее часто испытание на усталость осуществляется на испытательных машинах с вращающимся об разцом, на который действует изгибающая нагрузка. Проводя испытания при разных нагрузках, которые вызывают в образце соответствующие напряжения, определяют число циклов до разрушения и строят график «напряжение о - число циклов нагружения N».
На рис. 5.9 сплошная линия показывает форму кривой усталости, ти- пичную ДЛЯ сталей Видно, что при напряжениях выше значения cr-l образец
79
разрушается после определенного числа циклов, при напряжении ниже зна
чения 0"-1 образцы не разрушаются при любом числе циклов нагружения. По этому а-1 есть предел выносливости. Если предел выносливости определяет ся при симметричных циклах, то он записывается а-l. Если испытание про водится при асимметричных циклах (усилие растяжения больше, чем усилие сжатия испытуемого образца), предел выносливости обозначается O"R (коэф фициент асимметрии R = О"тах I (Jmш).
Часто от детали не требуется, чтобы она выдерживала миллионы цик- лов нагружения. В этих условиях задают напряжения выше 0'-1, вызывающие разрушениепосле заданногочислацикловнагружения,или (времяработыдо разрушения) так называемую ограниченную выносливость. В этом случае деталь по истеченииустановленноговремени работы заменяютновой. В ус ЛОВИЯХпеременныхнагрузокработают,например,железнодорожныерельсы, многиедетали автомобиля(кузов, коленчатыйвал, кулачковыйвал и Т. д.).
I/иСАО UUItIlD' N
Рис. 5.9 Кривая усталости
Рис. 5.10. Уеталоетный излом:
А - зона уеталоетного излома; В - зона окончательного излома (долома)