- •Теоретичні відомості
- •Деформація та механічні властивості
- •Класифікація механічних випробувань
- •Визначення твердості
- •Вимірювання твердості за методом Брінелля
- •Вимірювання твердості за методом Роквелла
- •Визначення характеристик міцності й пластичності під час статичних випробуваннях на розтягування
- •Характеристики міцності
- •Характеристики пластичності
- •Випробування на ударну в'язкість
Класифікація механічних випробувань
За характером змiни навантаження в часi розрiзняють:
статичнi випробування, при яких одноразово прикладене навантаження плавно i вiдносно повiльно зростає вiд мiнiмальної до максимальної величини;
динамiчнi ( ударнi ) випробування — при яких навантаження прикладаються одноразово i з великою швидкiстю зростають вiд найменшої до найбiльшої величини;
утомні випробування — при яких навантаження прикладаються багаторазово і можуть змiнюватися не тiльки за величиною, а й за напрямком, причому з рiзними швидкостями навантаження та розвантаження.
За способом прикладення навантаження розрiзняють випробування на розтягування, стискання, скручування, згинання. Випробування проводять у різних умовах та середовищах, що імітують умови експлуатації.
Визначення твердості
Твердість — це властивість матеріалу чинити опір місцевій пластичній деформації. Більшість методів вимірювання твердості базуються на втисканні в матеріал твердішого від нього наконечника (індентора) певної форми (кулька, конус, піраміда). Індентори виготовляють із загартованої сталі, твердих сплавів, алмазу.
Для проведення вимірювань поверхня металу повинна бути шліфована. Вимірювання виконуються на приладах — твердомірах, що забезпечують можливість регулювання параметрів (зусилля, часу) втискування в матеріал наконечника.
Найчастіше твердість визначають за методами Брінелля й Роквелла, які відрізняються способом вимірювання, величиною навантаження втискання, формою, розмірами та матеріалом індентора. Твердість позначається великими літерами, перша з яких Н (від першої літери англійського слова hardness — твердість), а наступна — символізує метод (В — Брінелля, R — Роквелла).
Вимірювання твердості — найпоширеніший метод механічних випробувань завдяки простоті та швидкості вимірювань, неруйнуючій дії, можливості використання переносних приладів для вимірювання; використовується також як універсальний метод контролю якості матеріалів та їх обробки.
Вимірювання твердості за методом Брінелля
Метод полягає у втисканні на твердомірах у поверхню виробу (зразка) протягом певного часу під дією заданного навантаження P сферичного наконечника й вимірювання діаметра d відтиска після розвантаження (рис. 1). Застосовуються наконечники (індентори) у формі кульок різних діаметрів D (мм): 1; 2; 2,5; 5; 10. Для матеріалів, твердість яких не перевищує 450 одиниць, використовуються сталеві загартовані кульки. Твердість у цьому випадку позначається HB. Для твердіших матеріалів (твердістю до 650 одиниць) використовуються кульки з твердого сплаву, а твердість позначається HBW.
Твердість визначається як відношення зусилля втискання індентора в матеріал до площі поверхні відтиску (рис.1):
(1)
де Р – навантаження на індентор, Н; F – площа поверхні сферичного сегмента відтиска після розвантаження, мм2; D – діаметр кульки індентора, мм; h і d – відповідно глибина і діаметр відтиска після розвантаження, мм.
Д
Рисунок
1 — Схема визначення твердості за
методом Брінелля (після
припинення дії прикладеного навантаження
)
Щоб отримувати однакові значення твердості матеріалу при різних умовах вимірювання (D, Р), необхідно, щоб між діаметром відтиску й діаметром сферичного індентора зберігалося співвідношення: 0,25 D < d > 0,6 D і забезпечувалася геометрична подібність відтисків ( = const) вибором навантаження P за такою залежністю:
, (2)
де K – постійна величина, значення якої вибирають залежно від твердості матеріалу (табл.1).
Таблиця 1 — Вибір коефіцієнта K
Матеріал |
Діапазон твердості матеріалу, НВ | K, H/мм2 (кгс/мм2) |
Залізо, сталь, чавун та інші міцні сплави |
від 96 до 650 |
294 (30) |
Титан і його сплави |
від 50 до 220 |
147 (15) |
Алюміній, мідь, нікель та їх сплави |
від 32 до 200 |
98 (10) |
Магній та його сплави |
від 16 до 100 |
49 (9) |
Підшипникові сплави |
від 8 до 50 |
24,5 (2,5) |
Олово, свинець |
від 3 до 20 |
9,8 (1) |
Оскільки під час випробування може проявлятися ефект повзучості, тим сильніший, чим м’якший матеріал, рекомендується витримувати індентор під навантаженням відповідно до даних таблиці 2.
Таблиця 2 — Вибір тривалості навантаження індентора залежно від твердості матеріалу
Твердість, НВ |
більше 100 |
35 - 100 |
10 - 35 |
до 10 |
Час навантаження, с |
10 – 15 |
30 |
120 |
180 |
Твердість за Брінеллем, що визначається при стандартних умовах вимірювання (D=10мм, Р = 29400 H, тривалість витримування під навантаженням від 10 до 15 с), позначається цифрами, що характеризують величину твердості, та літерами НВ, наприклад, 65 НВ. При інших умовах вимірювання після букв НВ потрібно послідовно вказувати діаметр кульки, навантаження та тривалість витримки під навантаженням, наприклад, 280 НВ 5/750/20.
Найменша товщина зразка s повинна бути більшою від 10–разової глибини відтиска h, відстань між центрами двох сусідніх відтисків – не меншою від 4d, а відстань від центра відтиску до краю зразка — не меншою від 2,5d; для м’яких металів (<35НВ) ці відстані повинні бути менші відповідно від 6d i 3d.
В
1
– наконечник з кулькою; 2 – шпиндель;
3 – пружина; 4 – мале коромисло;
5 –
опорна скоба; 6 – велике коромисло; 7 –
важіль; 8 – опорний ролик;
9 – шток;
10 – опора; 11 – важки; 12 – кривошип; 13 –
черв'ячний редуктор;
14 – електродвигун;
15, 16 – відповідно нерухомий і рухомий
обмежувачі
автоматичного
перемикача; 17 – перемикач; 18 – кнопка
пуску; 19 – обмежувач;
20
– корпус; 21 – маховик з гайкою; 22 –
гвинт; 23 – столик для плоских зразків
Рисунок
2 — Схема
твердоміра ТБ з механічним приводом