книги из ГПНТБ / Макиенко, Н. И. Слесарное дело с основами материаловедения учебник

О т н о с и т е л ь н ы м у д л и н е н и е м 5 (дельта) называется от­ ношение величины приращения длины образца после разрыва к его первоначальной длине, выраженное в процентах. Таким образом, общее выражение для расчета величины относительного удлинения имеет следующий вид:

100%,

/о

где 1\ — длина после разрыва, мм;

шения площади поперечного сечения образца после испытания к первоначальной площади его поперечного сечения, выраженное в процентах:

сплавов оказывать сопротивление действию ударных нагрузок. Вязкость — свойство, противоположное хрупкости.

Ударная вязкость является важной характеристикой матери­ ала детален, которые в процессе работы машины испытывают кратковременную ударную нагрузку (например, коленчатые валы, оси колес и др.).

Для испытания материала на ударную вязкость изготовляют стандартные образны с надрезом в виде брусков с квадратным сечением и определенных размеров. Испытание производят на ма­ шинах, имеющих различное устройство и называемых маятниковы­ ми копрами. Один из таких копров показан на рис. 11. Маятник / весом 10, 15 или 30 кГ, укрепленный на станине 2, поднимают на высоту Н и закрепляют в этом положении защелкой. После осво­ бождения защелки маятник падает и производит удар по образцу5 со стороны, противоположной надрезу.

Разрушение образцов имеет различный характер. У хрупких металлов образцы разрушаются без изменения формы, у вязких металлов они подвергаются значительному изгибу в месте излома.

Чтобы измерить ударную вязкость металла, сначала вычисляют, какая работа А затрачена грузом маятника на разрушение образца. Эта работа определяется по формуле

А--^Р{Н — h) кГ-м,

где Р — вес маятника, кГ, Ң — высота подъема центра тяжести маятника до удара, к;

20

nirfL /

------------------ -

Перед испыпониен

h — высота подъема центра тяжести маятника после удара, м. Мерой ударной вязкости служит отношение величины указан­ ной работы Л к площади поперечного сечения образца F0 в месте надреза. Полученная таким путем величина ударной вязкости обо­

значается буквой аа:

ßH= — кГ-лцсм-.

*О

Величина ударной вязкости аг. (кГ -mJcm2) для металлов: чугун 0,1—0,4, стальные заготовки 2—7, медь 5—5,5, никель 18—18,5,

цинк 0,6—0,7.

При испытании на маятниковом копре следует выполнять пра­ вила текинки безопасности, указанные в соответствующей ни« струкщш.

Твердость

Т в е р д о с т ь ю называется свойство металла оказывать сопро­ тивление проникновению в него другого, более твердого тела, не получающего остаточных деформаций.

Твердость тесно связана с таким]} основными характеристиками металлов и сплавов, как прочность, износоустойчивость, is является важной характеристикой металла для выбора режущих инструмен­ тов {напильников, резцов, метчиков, сверл и др.}. Часто по изме­ ренной твердости металла судят о его способности сопротивляться износу, например, чем тверже сталь, тем меньше она изнашивается, и наоборот.

Имеется несколько методов определения твердости, особенно широкое распространение получили следующие из них:

вдавливание шарика из твердой стали (метод Бринелля) (ГОСТ 9012—59);

вдавливание вершины алмазного конѵса (метод Роквелла) (ГОСТ 9013—59);

вдавливание вершины алмазной пирамиды (метод Виккерса) (ГОСТ 2999^59).

Для измерения твердости применяют стационарные и перенос­ ные приборы.

Ме т о д Б р и н е л л я заключается в том, что шарик из закален­ ной стали под действием нагрузки Р (рис. 12) вдавливается в зачищенную поверхность металла. Диаметр шарика D, нагруз­ ку Р и время выдержки при этой нагрузке выбирают в зави­ симости от твердости и толщины испытуемого металла по соответ­ ствующим справочникам. Например, для черных металлов твер­ достью НВ 140—450 и толщиной испытуемого образца от 6 до 3 мм используют шарик диаметром 10 мм, нагрузку 3000 кГ и вре­ мя выдержки 10 с; образцы толщиной менее 2 мм испытывают шариком диаметром 2,5 мм; для цветных металлов твердостью НВ 35—130 и толщиной образца от 6 до 3 мм используют шарик диаметром 5 мм, нагрузку 250 кГ и время выдержки 30 с. Мето­

22

дом Бринелля нельзя определятывердость металлов более НВ 450, так как под значительной нагрузкой стальной шарик изменяет фор­ му и дает неправильный отпечаток.

Испытание на твердость металла по методу Бринелля вдавли­ ванием стального шарика производят на приборе ТБ (рис. 12, а). Стальной шарик крепят в шпинделе 1 прибора. Испытуемый обра­ зец 2 ставят на предметный столик 3, который подводят к шарику

Рис. 12. Определение твердости металла по Бринеллю:

вращением маховика 4. При включении электродвигателя 5 груз 6 опускается и стальной шарик с помощью рычажной системы вдав­ ливается в образец (рис. 12, в, г). Сначала вдавливание произво­ дится медленно, затем постепенно нагрузка увеличивается н выдер­ живается для получения точных границ отпечатка (рис. 12, б).

Исследуемый образец снимают со столика и измеряют диаметр полученного отпечатка (лунки) при помощи специальной лупы с ценой деления шкалы 0,1 мм (рис. 12, д).

Твердость по Бринеллю обозначается буквами НВ и определя­ ется как отношение нагрузки Р (кГ), приходящейся на 1 мм2 сфе­ рической поверхности отпечатка F, по формуле

НВ — ——кГ/мм2,

F

где Р — величина нагрузки, кГ;

F — площадь сферической поверхности отпечатка, мм2. Поверхность испытуемого образца обрабатывается в виде пло­

скости так, чтобы края отпечатка были достаточно отчетливы для

23

измерения его диаметра с требуемой точностью. Поверхность ис­ пытуемого образца должна быть свободна от окалины и других включений.

24

100 кГ отсчет ведется по внутренней красной шкале В\ к обозначе­

и др.

При испытании твердости методом Виккерса на стационарном приборе ТВ в образец под нагрузкой до 100 кГ вдавливается вер­ шина алмазной четырехгранной пирамиды с углом между гранями 136°, затем при помощи микроскопа, присоединенного к прибору, определяется размер диагонали отпечатка квадратной формы,

Рис. 14. Прибор и схема определения твердости металла по Ьиккерсу

На рис. 14 изображены прибор ТВ для испытания твердости вдавливанием вершины алмазной пирамиды, наконечник четырех­ гранной алмазной пирамиды и схема измерения диагонали отпечат­ ка квадратной формы, оставленного вершиной алмазной пирамиды на поверхности испытуемого металла.

Этот метод дает очень точные показатели и применим к метал­ лам любой твердости. Преимуществом метода Виккерса является возможность испытания тонкого слоя поверхности металла после различных видов обработки.

Твердость металла определяется отношением нагрузки Р в кГ, создаваемой прибором, к площади отпечатка F в мм1, вычисленной по его диагонали, и обозначается НѴ:

tiV = ~P кГ/мм'ä.

25

Обычно твердость по Виккерсу определяется по специальным

испытуемых деталей.

В корпусе 13 монтируется рычажная система 12 прибора, узел шпинделя 8 и индикатор 10. В шпиндель вставляется алмазный конус 6 или оправка со стальным шариком диаметром 1,588 мм. Предварительная нагрузка создается винтом 4, который поджи­ мает испытуемый образец к наконечнику. Полная нагрузка пере­ дается на наконечник от груза 15.

Приложение нагрузки осуществляется поворотом рукоятки 11 от себя, а плавность приложения нагрузки обеспечивается масля­ ным амортизатором 9. Величину нагрузки определяют по индика­ тору 10. Цена деления шкалы индикатора соответствует углубле­ нию наконечника (конуса, шарика) на 0,002 мм.

По выбранной шкале подбирают грузы, устанавливают и за­ крепляют винтом 7 соответствующий наконечник. На стол помеща­

26

О б р а б а т ы в а е м о с т ь — комплексное свойство материала, в частности металла, характеризующее способность его подвергать­ ся обработке резанием. Обычно обрабатываемость определяет* ся по скорости резания, по усилию резания и по чистоте обра* ботки.

Испытание по скорости и усилию резания производится путем сравнения показателей, полученных при обработке данного метал­ ла, с показателями обрабатываемости определенной марки стали (автоматная сталь марки А12 — серы 0,8—0,20%).

Показатель чистоты обработанной поверхности определяется измерением высоты неровностей, образующихся на поверхности ме­ талла после снятия стружки режущим инструментом.

С в а р и в а е м о ст ь — свойство металла давать доброкачест­ венное соединение при сварке, характеризующееся отсутствием тре­ щин и других пороков металла в швах и прилегающих к шву зонах. Хорошей свариваемостью обладает низкоуглеродистая сталь, зна­ чительно худшей свариваемостью обладают чугун, медные и алю­ миниевые сплавы.

Свариваемость специальных сталей (за исключением хроми­ стых), цветных металлов и сплавов при определенных технологи­ ческих условиях удовлетворительная.

К о в к о с т ь — способность металлов и сплавов без разруше­ ния изменять свою форму при обработке давлением. Железо, медь, никель, алюминий, цинк, олово, свинец, сталь, латунь и многие другие металлические материалы обладают достаточно хорошей ковкостью, что позволяет подвергать их прессованию, прокатке, протяжке, ковке и штамповке.

Хорошей ковкостью обладает сталь в нагретом состоянии, а в холодном состоянии — латунь и алюминиевые сплавы; пониженной ковкостью характеризуется бронза.

П р о к а л и в а е м о с т ь — способность стали воспринимать за­ калку на определенную глубину от поверхности. Прокаливаемость стали зависит от присутствия легирующих элементов в стали и раз­ меров зерен стали. Прокаливаемость стали определяется экспери­ ментально, путем измерения твердости в сечении закаленного об­ разца, а также рядом других методов, например, при помощи тор­ цовой закалки образцов.

Ж и д к о т е к у ч е с т ь — способность металла или сплава в рас­ плавленном состоянии заполнять литейную форму. Определение жидкотекучести металла производится при помощи специальных отливок в виде стержней, спиралей, решеток, клиньев и подобных проб. Для повышения жидкотекучести металлов и сплавов к ним добавляют легирующие компоненты, например фосфор — к медным сплавам и чугуну, кремний — к алюминию.

У с а д к о й называется уменьшение объема пли линейных раз­ меров расплавленного металла или сплава при его охлаждении до комнатной температуры. Соответствующее изменение линейных размеров, выраженное в процентах, называется л и н е й н о й у с а дк о й .

28

На степень усадки влияют многие факторы: химический состав металла, скорость охлаждения и др.

металлов, выполняемые несложными способами и без тщательного измерения наблюдаемых свойств.

Такие испытания имеют целью выявить способность металла к тем или иным деформациям, которым он подвергается при работе или при обработке в холодном или горячем состоянии.

Технологическне пробы:

Качество металла по технологическим пробам определяется по внешнему виду после испытания (отсутствие надрывов, трещин, расслоения или излома свидетельствует о том, что металл выдер­ жал пробу).

Некоторые технологическне пробы стандартизованы, т. е. испы­ тания производятся по определенным правилам. Этими правилами

заданный по размерам и форме загиб без надрывов и трещин. Проба на загиб применяется для пластических металлов при

толщине не более 30 мм и производится в нагретом или холодном состоянии.

Различают загиб на определенный угол, до параллельности за­ гнутых сторон или до соприкосновения сторон (рис. 16, а). Вид загиба должен быть оговорен в технических условиях.

29