Строительные материалы

где εк и εо – соответственно конечная и расчетная длина образца в мм. Величину относительного сужения после разрыва арматурной

стали вычисляют с округлением до 1 % по формуле

где Ак конечная площадь образца в мм2 в месте разрыва.

Для определения Ак после испытания образца на разрыв измеряют минимальный диаметр dк в двух взаимно перпендикулярных направлениях и принимают среднее арифметическое из двух значений.

Результаты испытаний

Опытные данные и результаты вычислений заносят в табл. 14.3.

Т а б л и ц а 14.3

Результаты измерений и механические характеристики арматурной стали

311

Окончание табл. 14.3

Сделать заключение по результатам испытаний.

Задание 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ НА ДЕФОРМАТИВНЫЕ СВОЙСТВА АРМАТУРНОЙ СТАЛИ

Если на образец низкоуглеродистой стали дать растягивающие напряжения, которые будут равны или несколько превышать физический предел текучести, и затем снять их, то получатся остаточные деформации металла (рис. 14.3).

312

стоянии механические свойства металла непрерывно изменяются: увеличиваются твердость, прочность и хрупкость, уменьшаются пластичность и вязкость.

Приборы и материалы

1.Разрывная испытательная машина марки Р-10.

2.Индикаторный деформометр.

3.Образцы низкоуглеродистой арматурной стали диаметром 10 мм и длиной 200 мм.

Методика испытаний

Испытаниям подлежат 3 контрольных и 3 основных образца арматурной стали.

Вначале контрольный образец арматурной стали устанавливают в зажимы разрывной машины и закрепляют в них. На образце крепят индикаторный деформометр с базой измерения 100 мм. Затем плавно увеличивают нагрузку до разрыва образца и фиксируют ее максимальную величину в момент разрыва.

Испытание основных образцов проводят аналогично контрольным, но при достижении нагрузки, соответствующей пределу текучести, делают выдержку 2…3 мин при этой нагрузке, а затем уменьшают ее до нуля. Фиксируют остаточные деформации и снова, плавно нагружая, определяют повторно предел текучести и предел прочности.

Результаты испытаний

Вычисляют физический предел текучести, временное сопротивление, величины относительного удлинения и относительного сужения контрольных и основных арматурных образцов по формулам

(14.1), 14.2), 14.3) и (14.4).

Опытные данные и результаты вычислений заносят в табл. 14.3 из задания № 1. Сопоставляют результаты (предел текучести, временное сопротивление, относительное сужение и удлинение) контрольных образцов и подвергнутых пластическому деформированию, проводят анализ полученных данных и делают вывод о влиянии пластического деформирования на указанные характеристики.

313

Заключение

Сделать выводы по результатам испытаний.

Задание 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ

Твердостью металла называется способность сопротивляться прониканию в его поверхность другого, более твердого тела определенной формы и размеров. По этой характеристике оценивают качество металла в деталях и изделиях.

Для определения твердости используют методы вдавливания: метод Бринелля, метод Виккерса и метод Роквелла.

Метод Бринелля (ГОСТ 9012)

Сущность метода заключается в том, что в поверхность испытываемого образца (изделия) статической нагрузкой вдавливают стальной закаленный шарик. Нагрузку прикладывают перпендикулярно поверхности образца в течение определенного времени. После снятия нагрузки измеряют диаметр отпечатка. По размеру полученного отпечатка судят о твердости металла. Схема испытания приведена на рис. 14.4.

Рис. 14.4. Схема определения твердости металлов по Бринеллю: 1 – шарик; 2 – металл

Приборы и материалы

1.Прибор твердомер ТШ.

2.Стальныешарики с номинальными диаметрами 2; 2,5; 5 и 10 мм.

3.Образцовые меры твердости.

4.Микрометр.

314

5. Образцы металла (чугун, мало- и высокоуглеродистые стали, сплавы – бронза, дюралюминий) со шлифованной поверхностью.

Методика испытаний

Поверхность образца должна быть ровной, гладкой и свободной от окислов пленки. Образец во время испытаний не должен прогибаться и смещаться. Диаметры стальных шариков, которые вдавливают в испытываемый образец, устанавливают в зависимости от прилагаемой нагрузки. При диаметре 2,5 мм нагрузка на стальной шарик составляет 615 и 1840 Н (62,5 и 187,5 кгс); при диаметре 5 мм –

2450 и 7355 Н (250 и 750 кгс); при диаметре 10 мм – 9800 и 29430 Н (1000 и 3000 кгс).

Испытания проводят с применением нагрузок, зависящих от величины коэффициента К и диаметра шарика Д (табл. 1 ГОСТ 9012).

Толщина образца выбирается такой, чтобы на его противоположной стороне после испытания не было следов деформации.

Подготовленный образец закрепляют на столике, плотно прижимают к шариковому наконечнику, прилагая усилие 1 кН. Затем указательную стрелку измерительного прибора устанавливают на нулевое деление и приступают к испытанию. Включают прибор и плавно увеличивают нагрузку до максимальной величины.

Продолжительность выдержки под нагрузкой должна быть для черных металлов от 10 до 15 с, для цветных металлов и сплавов – от 10 до 180 с в зависимости от материала и его твердости (она обычно указывается в нормативных документах на металлическиеизделия).

Диаметр отпечатка, который получается на образце после снятия нагрузки, измеряют отсчетным микроскопом с ценой деления 0,05 мм и полем зрения не менее 6,5 мм. Расстояние между центрами двух соседних отпечатков должно быть не менее 4 d, расстояние от центра отпечатка до края образца не менее 2,5 d. Для металлов с твердостью менее 3,5 НВ эти расстояния должны быть соответственно 6 d и 3 d.

Измерения проводят в двух взаимно перпендикулярных направлениях. За окончательный результат берут среднее арифметическое. Значениеизмеренногодиаметра отпечатка должнонаходиться в пределах

315

где D – диаметр шарика, мм; d – диаметр отпечатка, мм.

Если это условие не выполняется, испытание считается недействительным, и его повторяют снова.

Твердость по Бринеллю выражают числом твердости, которое вычисляют по формуле

где F – нагрузка в Н;

А – площадь отпечатка, мм2; D – диаметр шарика, мм;

d – диаметр отпечатка, мм.

На практике чаще всего пользуются расчетными таблицами, приведенными в ГОСТ 9012 (прил. 3), где по диаметру отпечатка, диаметру шарика и величине нагрузки находят число твердости НВ.

Твердость по Бринеллю при условиях испытания D = 10 мм,

твердости, и буквами НВ, например: 185 НВ.

При других условиях испытания после букв НВ указываются условия испытания в следующем порядке: диаметр шарика, нагрузка и продолжительность выдержки под нагрузкой. Например: 250 НВ 5/750/20, где число 250 означает твердость по Бринеллю,

316

Заключение

Сделать заключение по результатам испытаний.

Метод Роквелла (ГОСТ 9013)

Сущность метода определения твердости по Роквеллу заключается во вдавливании в металл алмазного конуса с углом при вершине 120 или стального шарика диаметром 1,588 мм. Используют прибор ТК, аналогичный прибору ТШ для определения твердости по Бринеллю.

Схема определения твердости по Роквеллу приведена на рис. 14.5.

Рис. 14.5. Схема определения твердости по Роквеллу: а – шариком; б – алмазным конусом

Шарик или алмаз вдавливают в образец под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок: вначале предварительной Fо = 100 H и затем общей F, равной сумме предварительной и основной F1. Основная нагрузка F1 составляет 600, 1000 и 1500 Н. Вдавливание шарика или конуса продолжается 5…6 с. Глубина вдавливания h определяется с помощью установленного на приборе индикатора, имеющего 3 шкалы – А, В и С, соответствующих различным условиям испытаний. Так, шкалы А и С служат для испытания алмазным конусом при основной нагрузке F1 соответственно 600 и 1500 Н; шкала В для испытания стальным шариком при нагрузке 1000 Н. По глубине вдавливания обозначают и число твердости: при испытании алмазным конусом твердость обозначают НРА или НРС; при испытании стальным шариком – НРВ, например: НРВ 110.

Метод Виккерса (ГОСТ 299-75)

Сущность метода состоит в том, что с помощью прибора – твердомера марки ТП – в образец металла вдавливается алмазная четы-

317

рехгранная пирамида с углом при вершине = 136 С. Затем по длине диагонали полученного отпечатка определяют твердость по таблицам, приведенным в ГОСТ 299-75, или вычисляют ее по формуле

где F – нагрузка в Н;

d – диагональ отпечатка, мм.

Нагрузка может быть от 149 до 1980 Н, продолжительность ее действия – 10…25 с. Для закаленных стальных изделий она составляет 490 Н.

Задание 4. ПРОВЕДЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ АРМАТУРНОЙ СТАЛИ

Технологические испытания проводят для того, чтобы определить способность арматурной стали воспринимать деформации без появления в ней трещин, надрывов и расслоений, принимая при этом заданную форму в холодном состоянии. Величину нагрузки, действующей на образец, не учитывают, а определяют полученные дефекты.

Для арматурной стали при этих испытаниях проводят испытание стержневой арматуры на изгиб и арматурной проволоки на перегиб.

Испытания арматурной стали на холодный изгиб необходимы, потому что в железобетонных конструкциях арматура должна иметь на концах крюки с углом загиба 180 и отгибы по длине арматуры на 45 и 90 .

Приборы и материалы

1.Пресс гидравлический.

2.Образцы арматурной стали и проволоки.

3.Катковые опоры и оправки толщиной 5; 10; 30 и 50 мм.

Методика испытаний

Схема испытания на загиб образца арматурной стали представлена на рис. 14.6.

318

На нижнюю плиту гидравлического пресса устанавливают две катковые опоры (ролики). Ролики насажены на ось или могут лежать в цилиндрической выточке в верхней части опор. Ширина оправки и опор больше ширины образца. Толщину оправки принимают равной двум диаметрам испытываемого образца. Длину образца находят по формуле

где d – диаметр прутка, мм.

В зависимости от угла и способа изгиба испытания проводят:

1)до заданного угла;

2)до параллельности сторон;

3)до соприкосновения сторон (на изгиб вплотную).

Испытание на изгиб до заданного угла выполняют следующим образом.

Образец кладут на ролики опор, раздвинутые на расстояние С = 2,1 мм, где С – толщина оправки. Продольная ось образца должна быть перпендикулярна оси изгиба. Оправку помещают в середине испытываемого образца (рис. 14.6 а). Нагрузку на образец плавно увеличивают до тех пор, пока угол изгиба не достигнет заданной величины – 45 или 90 (рис. 14.6 б).

Рис. 14.6. Схемы испытания на изгиб

Испытание на изгиб до параллельности сторон (на угол 180 )

проводят после предварительного изгиба до угла не менее 150 по схеме, описанной выше. После этого образец догибают на прессе до параллельности его сторон. Между сторонами образца помещают прокладку, толщина которой равна толщине оправки (рис. 14.6 в).

Испытание на изгиб вплотную (до соприкосновения сторон).

Схема этих испытаний приведена на рис. 14.6 г. Предварительно

319

образец изгибают на угол не менее 150 . Затем догибают стороны образца до их плотного соприкосновения.

Во всех указанных испытаниях нагрузку увеличивают плавно до заданного угла изгиба. Затем образец снимают и осматривают. Если на образце в зоне изгиба не появились трещины, надрывы, расслоения и изломы, то сталь считается выдержавшей испытание на холодный изгиб. Схему и результаты испытаний заносят в табл. 14.5.

Результаты испытаний

Результаты испытаний заносят в табл. 14.5.

Заключение

Сделать анализ результатов испытаний с кратким теоретическим обоснованием изменений свойств металлов при термической обработке и пластическом деформировании.

320