Механические свойства характеризуют поведение материала под действием приложенных механических сил (нагрузок). Механические свойства определяются при механических испытаниях по специально разработанным методам.
Механические испытания
Статические испытания - на растяжения, сжатие, твердость, изгиб, кручение при статическом нагру-жении. Статические нагрузки приложены постоянно или плавно возрастают. Основные статические испытания - на растяжение (ГОСТ 1497-84) на разрывных машинах с построением диаграммы (кривой) растяжения. Эти испытания определяют свойства прочности - опц, Сод, св и пластичности 8, |/мате-
риала.
Динамические испытания – на ударный изгиб при динамическом нагружении. Динамичес кая нагрузка – ударная, возрастает резко с большой скоростью. Динамические нагрузки чаще всего являются причиной хрупкого разрушения материала. Испытания проводят на приборе – маятниковом копре (ГОСТ 9454-78) на специальных образцах с надрезом. На д р е з является концентратором напряжений. Определяется ударная вязкость КС.
Усталостные испытания при знакопеременном (циклическом) напряжении. Знакопеременные нагрузки – многократные прикладываемые, изменяющиеся по величине и направлению. При этом развивается явление, которое носит название усталости металла – постепенное накопление повреждений (тр ещ ин), приводящих к разрушению. Испытания проводят методом изгиба при вращении (ГОСТ 25.502-79).
Другие виды ис пытаний:
- ис пытания на жаро
прочность;
- технологические испы
тания на изгиб, осадку,
перегиб, выдавливание
(для определения спо
собности металла к пла
стическому деформиро
ванию.
СТАТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ
Испытания на растяжение - определение характеристик прочности и пластичности.
Диаграмма (кривая) растяжения (кривая 1 - условные, 2 - истинные
напряжения) ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЧНОСТИ определяются по кривой растяжения. Спц = Рпц/Fo - предел пропорциональности, максимальные напряжения, при которых выполняется закон Гука.
ао2 = Род/Fo - условный предел текучести, характеризует сопротивление малым пластическим деформациям.
ов = Рв/F0 - временное сопротивление, соответствующее максимальной нагрузке.
Точка В - начало образования шейки на образце при растяжении.
Разрушение наступит в точке С, при резком уменьшении поперечного сечения образца.
Sk = Pk/Fk - истинное сопротивление разрыву (напряжения при разрушении).
характеристики ПЛАСТИЧНОСТИ определяются по размерам образца до и после испытаний.
относительное удлинение: 8 = (£к - £н)/£н 100%;
относительное сужение: |/ = (F0 - Fk)/Fo-100%, где
4 и 4 - длина образца до и после испытаний;
F0 и Fk - площадь поперечного сечения образца до и после испытаний.
испытания на твердость
Твердость – способность материала сопротивляться местной пластической деформации при внедрении в него другого, более тв ер-дого материала (индентора).
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТВЕРДОСТИ
2P |
НВ |
Твердость по Бринеллю НВ (ГОСТ 9012-59) – стальной шарик диаметром D вдавливается в испытываемый материал с ус илием Р. По с л е снятия нагрузки на поверхности материала остается лунка диаметром d.
•МПа.
r2
Испытывают материалы невысокой твердости (НВ< 450), размер отпечатка замеряют лупой.
Твердость по Роквеллу HR (ГОСТ 9013-59). Индентором служит алмазный конус с углом при вершине 1200 или шарик из закаленной стали диаметром 1,5875 мм.
Сначала дается предварительная нагрузка для закрепления индентора Р0 = 10 кгс, затем прикладывают основную нагрузку Р1 (при алмазном конусе Р1 = 140 кгс, а при шарике – 90 кгс). Общая нагрузка Р = Р0 + Р1. Пос л е снятия основной нагрузки Р1, индикатор прибора показывает единицы тв е р д о с ти. Пр и использовании алмазного конуса тв е р д о с ть НRC (черная шкала), а шарика HR B ( красная шкала) в условных единицах.
Твердость по Виккерсу ( H V ) (ГОСТ 2999-75) для замера тв ер дос ти очень тв е р д ых материалов. Инд е нто р – четырехгранная пирамида с углом между гранями 1360С. HV = 1,854 Р/d2, где Р – нагрузка; d – среднее арифметическое диагоналей отпечатка.
Д ИНАМИЧЕСКИЕ ИСПЫТ АНИЯ
Испытания на ударную вязкость. Ударная вязкость – работа, затраченная на ударное разрушение образца
на маятниковом ко- |
Испытания проводят пре, вес маятника G.
1- маятник;
2 - образец;
3 - шкала;
h1 - высота подъема маятника; h2 - высота подъема маятника после удара Энергия, затрачиваемая на деформацию и разрушение образца работа удара К. К = G(h1 - h2) или К = G<cos oc-cos |3), где аи Р- углы подъема маятника.
Образцы для испытаний – стержни 55х10х10 мм с надрезом, который специально нанесен для определения склон-нос ти материала к концентраторам напряжений (тр и типа U, V, T ) .
Образец при испытании
Пр и испытании указывается т и п образца КU , K V , K T .
I |
I
Ударная вязкость КС = К/Fо, где
К – работа удара;
Fо – площадь образца.
В зависимости от типа образца определяют КСU , K C V , K C T .
ИСПЫТАНИЯ НА УСТАЛОСТЬ
Разрушение материала в условиях циклически повторяющихся напряжений (знакопеременные или изменяющиеся по величине нагрузки) называется усталостью (выносливостью) образца.
Разрушение от усталости происходит внезапно, трещина образуется, как правило, на поверхности изделия и постепенно развивается вглубь, поэтому очень важно состояние поверхности изделия - любые ее дефекты являются концентраторами напряжений и облегчают образование усталостной трещины.
Между пределом выносливости и пределом прочности существует определенная связь. Для сталей a-1/aв -0,5, для медных сплавов - 0,3-0,5, для алюминиевых 0,25 - 0,4.
ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ
1. Что та к о е механичес кие свойства материалов?
2. Какие виды нагружения вы знаете, в чем их отличие?
3. Что так ое статические испытания, какие свойства можно определить этим
видом испытаний? В чем разница в понятиях σт и σ0,2?
4. Что та к о е ударная вязкость КСU, как определить эту характеристику?
5. Какие свойства металла можно определить при усталостных испытаниях?
6. Что та к о е тв е р д о с ть материала?
7. Какие виды испытаний на тв е р д о с ть вы знаете?
8. Что та к о е KC U, KC V, KC T материала?
9. Как проводятся испытания на тв е р д о с ть по Бринеллю?
10. Что та к о е – HR A, HR B, и HRC?
Задача № 1
Пр и испытании на выносливость были изучены два образца – шлифованный и полированный. Какой из образцов имел более высокий предел выносливости и почему?
Задача № 2
У одного и то г о же материала были определены значения KC U, KC V и KC T . Какое из значений было самым высоким и почем у?
Задача № 3
Необходимо замерить тв ер до с ть у образцов из мягкого алюминиевого сплава и тв ер д о й закаленной стали. Какие методы замера тв е р д о с ти должны быть рекомендованы для этого и почему?
Задача № 4
Для вновь созданного металлического сплава необходимо определить характеристики прочности и плас тично с ти. Какой метод испытаний вы рекомендуете и как проводится определение этих свойств?