Tutorial za strukovne škole. — M.: Mašinostroenie, 1990. — 256 str.: ilustr. — ISBN 5-217-00830-X Osnove teorije čvrstoće, plastičnosti metala i legura prikazane su u pristupačnom obliku. Razmatra se uređaj, princip rada, pravila za rad instrumenata i opreme za ispitivanje, otkrivanje nedostataka. Date su matematičke osnove obrade rezultata mjerenja. Priručnik se može koristiti u pripremi radnika u proizvodnji. Sigurnost, zaštita od požara i industrijska sanitarija
Osnovne sigurnosne informacije.
Sigurnost od požara.
Industrijska sanitarija.
Osnovna svojstva materijala
Početni metalni materijali. Osnovni podaci o proizvodnji metala i legura.
Osnovna svojstva metala i legura.
Nemetalni materijali, njihova svojstva i primjena.
Osnove teorije elastične i plastične deformacije i loma
Opće karakteristike i atomsko-kristalna struktura metala i legura.
Pojam stanja naprezanja i deformacija.
Elastične i plastične deformacije.
Utjecaj temperature na čvrstoću i plastičnost metala i legura.
Podaci o procesu uništavanja.
Mehanička ispitivanja metala i legura
Klasifikacija ispitnih metoda.
statička ispitivanja.
Ispitivanja utjecaja.
Ispitivanja umora.
Ispitivanja dugotrajne čvrstoće i puzanja.
Mjerenje tvrdoće.
Oprema i instrumenti za mehanička ispitivanja
Klasifikacija opreme i instrumenata za mehanička ispitivanja.
Uređaj i princip rada strojeva za statička ispitivanja.
Uređaj i princip rada strojeva za ispitivanje udarom.
Uređaj i princip rada strojeva za višekratno promjenjiva opterećenja (ispitivanja zamora).
Uređaj i princip rada strojeva za posebna ispitivanja.
Instrumenti za mjerenje tvrdoće.
Instrumentacija koja se koristi u testiranju.
Metode kontrole bez razaranja. Definicija fizička svojstva metali i legure
Podjela metoda ispitivanja bez razaranja.
Defekti metala i legura, njihovi uzroci.
Toplinske metode za otkrivanje nedostataka.
Toplinska analiza faznih pretvorbi u metalima i legurama.
Termička analiza na visokim temperaturama.
Termička analiza pri velike brzine grijanje i hlađenje.
Kalorimetrijska analiza.
dilatometrijska metoda.
magnetske metode.
električne metode.
Parametarska metoda vrtložnih struja.
akustične metode.
Metode kapilarne kontrole.
Metode otkrivanja curenja.
Radiografske i radioskopske metode.
Testovi ne metalni materijali
Testovi Građevinski materijal i proizvoda.
Ispitivanje tekstilnih materijala.
Ispitivanje plastike.
Posebne vrste ispitivanja
Ispitivanje obradivosti metala rezanjem.
Tehnološka ispitivanja.
Ispitivanje alata.
Osnovni podaci o normizaciji, mjeriteljstvu i kontroli kvalitete proizvoda
Državni standardi i mjeriteljstvo.
Standardizacija i kvaliteta proizvoda.
Norme za ispitivanje materijala i gotovih proizvoda.
Zahtjevi za ispitne uzorke i metode obrade rezultata ispitivanja
Uzorci i izrada ispitnih uzoraka iz njih.
Statistička obrada rezultata ispitivanja.
Registracija rezultata ispitivanja.
Bibliografija
Čvrstoća je sposobnost metala da se odupre uništenju pod utjecajem vanjskih opterećenja. Vrijednost metala kao inženjerskog materijala, uz ostala svojstva, određena je čvrstoćom.
Vrijednost čvrstoće pokazuje kolika je sila potrebna da se prevlada unutarnja veza između molekula.
Ispitivanje metala na vlačnu čvrstoću provodi se na posebnim strojevima različitog kapaciteta. Ovi se strojevi sastoje od mehanizma za opterećenje koji stvara silu, rasteže ispitni uzorak i pokazuje količinu sile primijenjene na uzorak. Mehanizmi su mehaničkog i hidrauličkog djelovanja.
Snaga strojeva je različita i doseže 50 tona. Slika 7, a prikazuje uređaj stroja, koji se sastoji od okvira 2 i stezaljki 4, s kojima su ispitni uzorci 3 fiksirani.
Gornja stezaljka je učvršćena u okviru nepomično, a donja stezaljka se tijekom ispitivanja polako spušta uz pomoć posebnog mehanizma, rastežući uzorak.
Riža. 7. Ispitivanje metala na vlak:
a - uređaj za ispitivanje metala na napetost; b - uzorci za ispitivanje zatezanjem: I - okrugli, II - ravni
Opterećenje koje se prenosi tijekom ispitivanja na uzorak može se odrediti položajem strelice uređaja na mjernoj skali 1.
Uzorke treba uvijek testirati pod istim uvjetima kako bi se rezultati mogli usporediti. Stoga relevantne norme utvrđuju određene veličine ispitnih uzoraka.
Standardni uzorci za ispitivanje zatezanjem su uzorci okruglog i ravnog presjeka, prikazani na sl. 7b.
Ravni uzorci koriste se pri ispitivanju limova, trakastog materijala i sl., a ako metalni profil dopušta, izrađuju se okrugli uzorci.
Krajnja čvrstoća (σ b) je najveće naprezanje koje materijal može doživjeti prije svog uništenja; vlačna čvrstoća metala jednaka je omjeru najvećeg opterećenja pri ispitivanju uzorka na lom prema početnoj površini poprečnog presjeka uzorka, tj.
σ b = P b / F 0 ,
gdje je R b - najveće opterećenje koje prethodi pucanju uzorka, kgf;
F 0 - početna površina poprečnog presjeka uzorka, mm 2.
Da bi siguran rad strojeva i konstrukcija, potrebno je da tijekom rada naprezanja u materijalu ne prijeđu utvrđenu granicu proporcionalnosti, odnosno najveće naprezanje pri kojem ne dolazi do deformacija.
Vlačna čvrstoća nekih metala u testu zatezanja, kgf / mm 2:
Voditi 1.8
Aluminij 8
Metode određivanja mehanička svojstva metali se dijele na:
- statički, kada opterećenje raste sporo i ravnomjerno (ispitivanja na vlak, pritisak, savijanje, uvijanje, tvrdoća);
- dinamički, kada se opterećenje povećava s velika brzina(ispitivanja udarnog savijanja);
- ciklički, kada se opterećenje više puta mijenja u veličini i smjeru (ispitivanja zamora).
Ispitivanje zatezanjem
Pri ispitivanju na vlak određuju se vlačna čvrstoća (σ in), granica tečenja (σ t), relativno istezanje (δ) i relativno suženje (ψ). Ispitivanja se provode na vlačnim strojevima na standardnim uzorcima s površinom poprečnog presjeka Fo i radnom (računskom) duljinom lo. Kao rezultat ispitivanja dobiva se vlačni dijagram (slika 1). Na apscisi je prikazana vrijednost deformacije, na ordinati je prikazano opterećenje primijenjeno na uzorak.
Vlačna čvrstoća (σ in) je maksimalno opterećenje koje materijal može izdržati bez uništenja, u odnosu na početnu površinu poprečnog presjeka uzorka (Pmax / Fo).
Riža. 1. Rastezljivi grafikon
Treba napomenuti da se prilikom rastezanja uzorak izdužuje, a njegov poprečni presjek kontinuirano smanjuje. Pravo naprezanje se određuje dijeljenjem opterećenja koje djeluje u određenom trenutku s površinom koju uzorak ima u tom trenutku. Prava naprezanja u svakodnevnoj praksi se ne određuju, već se koriste uvjetna naprezanja, pod pretpostavkom da presjek Fo uzorka ostaje nepromijenjen.
Granica tečenja (σ t) je opterećenje pri kojem dolazi do plastične deformacije, a odnosi se na početnu površinu poprečnog presjeka uzorka (Pt / Fo). Međutim, tijekom vlačnih ispitivanja većina legura nema plato razvlačenja na dijagramima. Stoga se određuje uvjetna granica tečenja (σ 0,2) - naprezanje, koje odgovara plastičnoj deformaciji od 0,2%. Odabrana vrijednost od 0,2% prilično točno karakterizira prijelaz s elastičnih na plastične deformacije.
Karakteristike materijala također uključuju granicu elastičnosti (σ pr), koja označava naprezanje pri kojem plastična deformacija doseže unaprijed određenu vrijednost. Obično se koriste vrijednosti zaostalog naprezanja od 0,005; 0,02; 0,05%. Dakle, σ 0,05 \u003d Rpr / Fo (Rpr je opterećenje pri kojem je preostalo istezanje 0,05%).
Granica proporcionalnosti σ pts = Rpts / Fo (Rpts je maksimalno opterećenje pod čijim se djelovanjem još uvijek ispunjava Hookeov zakon).
Plastičnost karakteriziraju relativno izduženje (δ) i relativno sužavanje (ψ):
δ = [(lk - lo)/lo]∙100% ψ = [(Fo – Fk)/Fo]∙100%,
gdje je lk konačna duljina uzorka; lo i Fo su početna duljina i površina poprečnog presjeka uzorka; Fk je površina poprečnog presjeka na mjestu prijeloma.
Za niskoplastične materijale, vlačna ispitivanja uzrokuju poteškoće, budući da mala izobličenja tijekom ugradnje uzorka unose značajnu pogrešku u određivanju prekidnog opterećenja. Takvi se materijali obično podvrgavaju ispitivanju savijanjem.
Ispitivanje tvrdoće
Propisi:
Tvrdoća - sposobnost materijala da se odupre prodiranju u njega drugog, čvršćeg tijela - utiskivača. Tvrdoća materijala određena je metodama Brinella, Rockwella, Vickersa, Shorea (slika 2).
 |
 |
 |
| a | b | u |
Riža. 2. Sheme za određivanje tvrdoće prema Brinellu (a), Rockwellu (b) i Vickersu (c)
Tvrdoća metala prema Brinellu označena je slovima HB i brojem. Za pretvorbu broja tvrdoće u SI sustav koristi se koeficijent K = 9,8 106 kojim se množi Brinellova vrijednost tvrdoće: HB = HB K, Pa.
Metoda utvrđivanja Brinellove tvrdoće ne preporučuje se za čelike tvrdoće veće od HB 450 i obojene metale tvrdoće veće od 200 HB.
Za različite materijale utvrđena je korelacija između vlačne čvrstoće (u MPa) i broja tvrdoće HB: σ in ≈ 3,4 HB - za toplo valjane ugljične čelike; σ in ≈ 4,5 HB - za bakrene legure, σ in ≈ 3,5 HB - za aluminijske legure.
Određivanje tvrdoće Rockwellovom metodom provodi se utiskivanjem dijamantnog konusa ili čelične kuglice u metal. Instrument Rockwell ima tri ljestvice - A, B, C. Dijamantni stožac služi za ispitivanje tvrdih materijala (ljestvice A i C), a kuglica za ispitivanje mekih materijala (ljestvica B). Ovisno o ljestvici, tvrdoća se označava slovima HRB, HRC, HRA i izražava posebnim jedinicama.
Kod mjerenja tvrdoće Vickersovom metodom, tetraedarska dijamantna piramida utiskuje se u metalnu površinu (brušena ili polirana). Ova metoda se koristi za određivanje tvrdoće dijelova male debljine i tankih površinskih slojeva koji imaju visoku tvrdoću (na primjer, nakon nitriranja). Tvrdoća po Vickersu označava se kao HV. Pretvorba broja tvrdoće HV u SI sustav provodi se slično prevođenju broja tvrdoće HB.
Kod mjerenja tvrdoće Shoreovom metodom kuglica s utiskivačem pada na uzorak, okomito na njegovu površinu, a tvrdoća se određuje visinom odskoka kuglice i označava se HS.
Metoda Kuznetsov-Herbert-Rehbinder - tvrdoća se određuje vremenom prigušenja oscilacija njihala, čiji je oslonac metal koji se proučava.
Ispitivanje udarom
Udarna čvrstoća karakterizira sposobnost materijala da se odupre dinamičkim opterećenjima i posljedičnom sklonošću krtom lomu. Za ispitivanje udarom izrađuju se posebni uzorci s zarezom koji se uništavaju na udarnom ispitivaču njihala (slika 3). Na ljestvici udarnog ispitivanja njihala određuje se rad K utrošen na razaranje i izračunava se glavna karakteristika dobivena kao rezultat ovih ispitivanja - udarna čvrstoća. Određuje se omjerom rada razaranja uzorka i njegove površine poprečnog presjeka i mjeri se u MJ/m 2 .
Slova KS koriste se za označavanje udarne čvrstoće i dodano je treće koje označava vrstu zareza na uzorku: U, V, T. Unos KCU označava udarnu čvrstoću uzorka s U-zarezom, KCV - s urezom u obliku slova V i KCT - s pukotinom koja se stvara na dnu ureza. Rad loma uzorka tijekom ispitivanja udarom sadrži dvije komponente: rad inicijacije pukotine (Az) i rad širenja pukotine (Ap).
Određivanje udarne čvrstoće posebno je važno za metale koji rade na niskim temperaturama i pokazuju sklonost hladnoj krtosti, odnosno smanjenju udarne čvrstoće s padom radne temperature.
Riža. 3. Shema udarnog ispitivača njihala i udarnog uzorka
Pri ispitivanju uzoraka s zarezom na niskim temperaturama određuje se prag hladne krhkosti, koji karakterizira učinak snižavanja temperature na sklonost materijala krhkom lomu. Pri prijelazu iz duktilnog u krti lom uočava se naglo smanjenje udarne čvrstoće u temperaturnom području, koje se naziva temperaturni prag hladne krtosti. U tom se slučaju struktura loma mijenja od vlaknasto mat (duktilni lom) do kristalno sjajne (krhki lom). Prag hladnokrtosti označava se temperaturnim rasponom (tw. - thr.) ili jednom temperaturom t50, pri kojoj se uočava 50% vlaknaste komponente u lomu uzorka ili se vrijednost udarne čvrstoće smanjuje za polovicu. .
Prikladnost materijala za rad na određenoj temperaturi ocjenjuje se granicom temperaturne viskoznosti, koja je određena razlikom između radne temperature i temperature prijelaza hladne krtosti, a što je ona veća, to je materijal pouzdaniji.
Ispitivanje umora
Zamor je proces postupnog nakupljanja oštećenja materijala pod djelovanjem opetovano izmjeničnih naprezanja, što dovodi do stvaranja pukotina i loma. Umor metala uzrokovan je koncentracijom naprezanja u njegovim pojedinačnim volumenima (na mjestima nakupljanja nemetalnih i plinskih inkluzija, strukturnih nedostataka). Svojstvo metala da se odupre zamoru naziva se izdržljivost.
Ispitivanja zamora provode se na strojevima za opetovano savijanje rotirajućeg uzorka učvršćenog na jednom ili oba kraja, ili na strojevima za ispitivanje vlačno-tlačnog ili ponavljajućeg uvijanja. Kao rezultat ispitivanja određuje se granica izdržljivosti koja karakterizira otpornost materijala na zamor.
Granica izdržljivosti je maksimalno naprezanje pod kojim ne dolazi do loma uslijed zamora nakon osnovnog broja ciklusa opterećenja.
Granica izdržljivosti je označena sa σ R, gdje je R faktor asimetrije ciklusa.
Za određivanje granice izdržljivosti ispituje se najmanje deset uzoraka. Svaki se uzorak ispituje pri samo jednom naprezanju do sloma ili pri osnovnom broju ciklusa. Osnovni broj ciklusa mora biti najmanje 107 opterećenja (za čelik) i 108 (za obojene metale).
Važna karakteristika čvrstoće konstrukcije je sposobnost preživljavanja pri cikličkom opterećenju, što se podrazumijeva kao trajanje rada dijela od trenutka nastanka prve makroskopske zamorne pukotine veličine 0,5-1 mm do konačnog sloma. Preživljivost je od posebne važnosti za pouzdanost proizvoda, čiji se besprijekoran rad održava ranim otkrivanjem i sprječavanjem daljnjeg razvoja zamornih pukotina.
Metale karakterizira visoka duktilnost, toplinska i električna vodljivost. Imaju karakterističan metalni sjaj.
Oko 80 elemenata periodnog sustava D.I.-a ima svojstva metala. Mendeljejev. Za metale, kao i za metalne legure, posebno konstrukcijske, od velike su važnosti mehanička svojstva, od kojih su glavna čvrstoća, duktilnost, tvrdoća i udarna čvrstoća.
Pod djelovanjem vanjskog opterećenja u čvrstom tijelu dolazi do naprezanja i deformacija. odnosi se na izvornu površinu poprečnog presjeka uzorka.
deformacija - to je promjena oblika i dimenzija čvrstog tijela pod djelovanjem vanjskih sila ili kao posljedica fizičkih procesa koji se događaju u tijelu tijekom faznih transformacija, skupljanja i sl. Deformacija može biti elastičan(nestaje nakon istovara) i plastični(zadržava se nakon istovara). Uz sve veće opterećenje, elastična deformacija, u pravilu, prelazi u plastičnu, a zatim se uzorak uništava.
Ovisno o načinu primjene opterećenja, metode ispitivanja mehaničkih svojstava metala, legura i drugih materijala dijele se na statičke, dinamičke i izmjenične.
Snaga - sposobnost metala da se odupru deformaciji ili razaranju statičkim, dinamičkim ili izmjeničnim opterećenjima. Čvrstoća metala pod statičkim opterećenjem ispituje se na vlak, pritisak, savijanje i torziju. Ispitivanje pucanjem je obavezno. Čvrstoća pri dinamičkim opterećenjima ocjenjuje se specifičnom udarnom čvrstoćom, a pri izmjeničnim opterećenjima - čvrstoćom zamora.
Za određivanje čvrstoće, elastičnosti i duktilnosti metali u obliku okruglih ili plosnatih uzoraka ispituju se na statičku napetost. Ispitivanja se provode na strojevima za vlačna ispitivanja. Kao rezultat ispitivanja dobiva se vlačni dijagram (sl. 3.1) . Na apscisnoj osi ovog dijagrama ucrtane su vrijednosti deformacija, a na ordinatnoj osi vrijednosti naprezanja primijenjenih na uzorak.
Iz grafikona je vidljivo da koliko god primijenjeno naprezanje bilo malo, ono uzrokuje deformaciju, a početne deformacije su uvijek elastične i njihova veličina izravno ovisi o naprezanju. Na krivulji prikazanoj na dijagramu (sl. 3.1), elastična deformacija je karakterizirana linijom OA i njegov nastavak.
Riža. 3.1. Krivulja deformacije
iznad točke ALI narušena je proporcionalnost između naprezanja i deformacija. Naprezanje uzrokuje ne samo elastičnu, već i zaostalu plastičnu deformaciju. Njegova vrijednost jednaka je vodoravnom segmentu od isprekidane linije do pune krivulje.
Tijekom elastične deformacije pod djelovanjem vanjske sile mijenja se udaljenost između atoma u kristalnoj rešetki. Uklanjanjem opterećenja uklanja se uzrok koji je uzrokovao promjenu međuatomske udaljenosti, atomi se vraćaju na svoja izvorna mjesta i deformacija nestaje.
Plastična deformacija je sasvim drugačiji, mnogo složeniji proces. Tijekom plastične deformacije jedan dio kristala se pomiče u odnosu na drugi. Ako se teret ukloni, tada se pomaknuti dio kristala neće vratiti na svoje staro mjesto; deformacija će ostati. Ovi pomaci se nalaze u mikrostrukturnim studijama. Osim toga, plastična deformacija je popraćena fragmentacijom mozaičnih blokova unutar zrna, a pri značajnim stupnjevima deformacije uočava se i zamjetna promjena oblika zrna i njihovog položaja u prostoru, a između zrna se pojavljuju šupljine (pore) (ponekad i unutar zrna).
Zastupljena ovisnost OAB(vidi sl. 3.1) između vanjskog napona ( σ ) i relativna deformacija uzrokovana time ( ε ) karakterizira mehanička svojstva metala.
nagib ravne linije OA pokazuje tvrdoća metala, ili opis kako opterećenje primijenjeno izvana mijenja međuatomske udaljenosti, što u prvoj aproksimaciji karakterizira sile međuatomskog privlačenja;
tangens kuta nagiba pravca OA proporcionalan modulu elastičnosti (E), koji je numerički jednak kvocijentu dijeljenja naprezanja s relativnom elastičnom deformacijom:
napon, koji se naziva granica proporcionalnosti ( σ pc) odgovara trenutku pojave plastične deformacije. Što je metoda mjerenja naprezanja preciznija, to je točka niža. ALI;
u tehničkim mjerenjima, karakteristika tzv čvrstoća popuštanja (σ 0,2). To je naprezanje koje uzrokuje trajnu deformaciju jednaku 0,2% duljine ili druge veličine uzorka, proizvoda;
maksimalni napon ( σ c) odgovara najvećem naprezanju postignutom na zatezanje, a naziva se privremeni otpor ili vlačna čvrstoća .
Druga karakteristika materijala je količina plastične deformacije koja prethodi slomu i definirana je kao relativna promjena duljine (ili presjeka) - tzv. relativno proširenje (δ ) ili relativno sužavanje (ψ ), karakteriziraju duktilnost metala. Područje ispod krivulje OAB proporcionalno radu koji se mora utrošiti da se metal uništi. Ovaj pokazatelj, određen različiti putevi(uglavnom udaranjem zarezanog primjerka), karakterizira viskoznost metal.
Kada se uzorak rasteže do sloma, grafički se snimaju ovisnosti između primijenjene sile i istezanja uzorka (slika 3.2), čime se dobivaju tzv. dijagrami deformacije.
Riža. 3.2. Dijagram "sila (naprezanje) - istezanje"
Deformacija uzorka pod opterećenjem legure najprije je makroelastična, a zatim postupno i u različitim zrnima pod nejednakim opterećenjem prelazi u plastičnu, koja se događa pomacima prema dislokacijskom mehanizmu. Akumulacija dislokacija kao rezultat deformacije dovodi do ojačanja metala, ali sa značajnom gustoćom dislokacija, posebno u određenim područjima, postoje žarišta razaranja, što u konačnici dovodi do potpunog uništenja uzorka u cjelini. .
Vlačna čvrstoća se procjenjuje prema sljedećim karakteristikama:
1) vlačna čvrstoća;
2) granica razmjernosti;
3) granica razvlačenja;
4) granica elastičnosti;
5) modul elastičnosti;
6) granica razvlačenja;
7) istezanje;
8) relativno ravnomjerno produljenje;
9) relativno suženje nakon rupture.
Vlačna čvrstoća (krajnja čvrstoća ili vlačna čvrstoća) σ u, je napon koji odgovara maksimalnom opterećenju R B prije uništavanja uzorka:
σ in \u003d P in / F 0,
Ova je karakteristika obavezna za metale.
proporcionalna granica (σ hc) je uvjetni naglasak R pc, pri čemu počinje odstupanje od proporcionalne ovisnosti mosta između deformacije i opterećenja. Jednako je:
σ kom \u003d R kom / F 0.
Vrijednosti σ PC se mjeri u kgf / mm 2 ili MPa .
Čvrstoća popuštanja (σ t) je napon ( R t) pri čemu se uzorak deformira (teče) bez zamjetnog povećanja opterećenja. Izračunava se prema formuli:
σ t = R t / F 0 .
Granica elastičnosti (σ 0,05) - naprezanje pri kojem zaostalo istezanje doseže 0,05% duljine presjeka radnog dijela uzorka, jednako osnovi mjerača naprezanja. Granica elastičnosti σ 0,05 izračunava se formulom:
σ 0,05 = P 0,05 /F 0 .
Modul elastičnosti (E) – omjer prirasta naprezanja i odgovarajućeg prirasta istezanja unutar elastične deformacije. Jednako je:
E = Pl 0 / l usp. F 0 ,
gdje ∆R– prirast opterećenja; l 0 je početna procijenjena duljina uzorka; l usp je prosječni prirast istezanja; F 0 – početna površina presjeka.
Čvrstoća popuštanja
(uvjetno)
- naprezanje pri kojem zaostalo istezanje doseže 0,2% duljine presjeka uzorka na njegovom radnom dijelu, čije se istezanje uzima u obzir pri određivanju navedene karakteristike.
Izračunava se prema formuli:
σ 0,2 = P 0,2 /F 0 .
Uvjetna granica tečenja se određuje samo ako na vlačnom dijagramu nema granice tečenja.
Relativno proširenje (nakon prekida) - jedna od karakteristika plastičnosti materijala, jednaka omjeru prirasta procijenjene duljine uzorka nakon uništenja ( l za) do početne procijenjene duljine ( l 0) u postocima:
Relativno ravnomjerno izduženje (δ p)- omjer prirasta duljine dijelova u radnom dijelu uzorka nakon puknuća i duljine prije ispitivanja, izražen u postocima.
Relativna kontrakcija nakon rupture (ψ ), kao i relativno istezanje - karakteristika plastičnosti materijala. Definira se kao omjer razlike F 0 i minimum ( F do) površina poprečnog presjeka uzorka nakon loma na početnu površinu poprečnog presjeka ( F0), izraženo kao postotak:
Elastičnost – svojstvo metala da povrate svoj prvobitni oblik nakon uklanjanja vanjskih sila koje uzrokuju deformaciju. Elastičnost je svojstvo koje je suprotno od plastičnosti.
Vrlo često, za određivanje čvrstoće, koriste jednostavan, nerazorni proizvod (uzorak), pojednostavljenu metodu - mjerenje tvrdoće.
Pod, ispod tvrdoća materijal se shvaća kao otpornost na prodiranje stranog tijela u njega, tj. zapravo, tvrdoća karakterizira i otpornost na deformaciju. Postoje mnoge metode za određivanje tvrdoće. Najčešći je Brinellova metoda (Sl. 3.3, a), kada je u ispitnom tijelu pod djelovanjem sile R ubacuje se kuglica s promjerom D. Brinellov broj tvrdoće (HB) je opterećenje ( R) podijeljeno s površinom sferne površine otiska (promjer d).
Riža. 3.3. Test tvrdoće:
a - prema Brinellu; b - prema Rockwellu; c - prema Vickersu
Pri mjerenju tvrdoće Vickersova metoda (Sl. 3.3, b) utisnuta je dijamantna piramida. Mjerenjem dijagonale ispisa ( d), ocijenite tvrdoću (HV) materijala.
Pri mjerenju tvrdoće Rockwellova metoda (Sl. 3.3, c) dijamantni konus (ponekad mala čelična kuglica) služi kao utiskivač. Broj tvrdoće je recipročna vrijednost dubine udubljenja ( h). Postoje tri ljestvice: A, B, C (tablica 3.1).
|
|
Za meke materijale koriste se metode Brinell i Rockwell B, za tvrde materijale metoda Rockwell C, a za tanke slojeve (ploče) metode Rockwell A i Vickers. Opisane metode mjerenja tvrdoće karakteriziraju prosječnu tvrdoću legure. Da bi se odredila tvrdoća pojedinih strukturnih komponenti legure, potrebno je oštro lokalizirati deformaciju, pritisnuti dijamantnu piramidu na određeno mjesto na tankom presjeku pod povećanjem od 100-400 puta pod vrlo malim opterećenjem (od 1 do 100 gf), nakon čega slijedi mjerenje dijagonale otiska pod mikroskopom. Rezultirajuća karakteristika ( H) Zove se mikrotvrdoća , a karakterizira tvrdoću određene strukturne komponente.
Tablica 3.1 Uvjeti ispitivanja tvrdoće po Rockwellu
|
Uvjeti ispitivanja |
Oznaka t tvrdoća |
|
|
R= 150 kgf |
||
|
Pri ispitivanju s dijamantnim konusom i opterećenjem R= 60 kgf |
||
|
Kada se čelična kugla utisne i optereti R= 100 kgf |
Vrijednost HB mjeri se u kgf / mm 2 (u ovom slučaju jedinice često nisu naznačene) ili u SI - u MPa (1 kgf / mm 2 \u003d 10 MPa).
Viskoznost – sposobnost metala da se odupru udarnim opterećenjima. Viskoznost je svojstvo suprotno od krtosti. Mnogi dijelovi tijekom rada doživljavaju ne samo statička opterećenja, već su izloženi i udarnim (dinamičkim) opterećenjima. Na primjer, takva opterećenja doživljavaju kotači lokomotiva i vagona na raskrižjima tračnica.
Glavna vrsta dinamičkog ispitivanja je udarno opterećenje uzoraka s urezima u uvjetima savijanja. Dinamičko udarno opterećenje provodi se na klatnim glavama (slika 3.4), kao i teretom koji pada. U tom slučaju utvrđuje se rad utrošen na deformaciju i uništavanje uzorka.
Obično se u tim ispitivanjima određuje specifični rad utrošen na deformaciju i razaranje uzorka. Izračunava se po formuli:
COP =K/ S 0 ,
gdje KS- specifični rad; Do- ukupni rad deformacije i razaranja uzorka, J; S0- presjek uzorka na usjeku, m 2 ili cm 2.
Riža. 3.4. Ispitivanje udarom s klatnom
Prije ispitivanja mjeri se širina uzoraka svih vrsta. Visina uzoraka s U i V zarezom mjeri se prije ispitivanja, a s T zarezom nakon ispitivanja. Prema tome, specifični rad lomne deformacije označava se s KCU, KCV i KST.
krhkost metali pri niskim temperaturama nazivaju se hladna krtost . Vrijednost udarne čvrstoće u ovom slučaju je znatno niža nego na sobnoj temperaturi.
Druga karakteristika mehaničkih svojstava materijala je zamorna čvrstoća. Neki dijelovi (osovine, klipnjače, opruge, opruge, tračnice itd.) tijekom rada doživljavaju opterećenja koja variraju u veličini ili iu veličini i smjeru (predznak). Pod utjecajem takvih izmjeničnih (vibracijskih) opterećenja, metal kao da se umara, njegova čvrstoća se smanjuje i dio se uništava. Ova pojava se zove umor metala, a nastali lomovi - zamor. Za ove detalje morate znati granica izdržljivosti, oni. vrijednost najvećeg naprezanja koje metal može izdržati bez razaranja za određeni broj promjena opterećenja (ciklusa) ( N).
Otpornost na habanje - otpornost metala na trošenje uslijed procesa trenja. Ovo je važna karakteristika, na primjer, za kontaktne materijale i, posebno, za kontaktnu žicu i elemente za sakupljanje struje odvodnika struje elektrificiranih vozila. Trošenje se sastoji u odvajanju pojedinačnih čestica od površine trljanja i određeno je promjenom geometrijskih dimenzija ili mase dijela.
Čvrstoća na zamor i otpornost na trošenje daju najpotpuniju sliku trajnosti dijelova u konstrukcijama, a žilavost karakterizira pouzdanost tih dijelova.
Kemijsko ispitivanje obično se sastoji u tome da se standardnim metodama kvalitativne i kvantitativne kemijske analize utvrđuje sastav materijala i utvrđuje prisutnost ili odsutnost neželjenih i dopantnih nečistoća. Često se dopunjuju procjenom otpornosti materijala, posebno s premazima, na koroziju pod djelovanjem kemijskih reagensa. U makrojetkanju, površina metalnih materijala, posebno legiranih čelika, podvrgava se selektivnom djelovanju kemijskih otopina kako bi se otkrila poroznost, segregacija, linije klizanja, inkluzije, a također i gruba struktura. Prisutnost sumpora i fosfora u mnogim legurama može se otkriti kontaktnim otiscima, u kojima je metalna površina pritisnuta na osjetljivi fotografski papir. Uz pomoć posebnih kemijskih otopina procjenjuje se osjetljivost materijala na sezonsko pucanje. Test iskrom omogućuje brzo određivanje vrste čelika koji se ispituje.
Metode spektroskopske analize posebno su vrijedne jer omogućuju brzo kvalitativno određivanje malih količina nečistoća koje drugi ne mogu detektirati. kemijske metode. Višekanalni fotoelektrični instrumenti za snimanje kao što su kvantometri, polikromatori i kvantizeri automatski analiziraju spektar uzorka metala, nakon čega indikatorski uređaj pokazuje sadržaj svakog prisutnog metala.
mehaničke metode.
Mehanička ispitivanja obično se provode kako bi se utvrdilo ponašanje materijala u određenom stanju naprezanja. Takvi testovi daju važne informacije o čvrstoći i duktilnosti metala. Osim toga standardne vrste ispitivanja, može se koristiti posebno dizajnirana oprema koja reproducira određene specifične radne uvjete proizvoda. Mehanička ispitivanja mogu se provoditi u uvjetima ili postupne primjene naprezanja (statičko opterećenje) ili udarnog opterećenja (dinamičko opterećenje).
Vrste naprezanja.
Prema naravi djelovanja naprezanja se dijele na vlačna, tlačna i posmična. Torzijski momenti uzrokuju posebnu vrstu posmičnih naprezanja, dok momenti savijanja uzrokuju kombinaciju vlačnih i tlačnih naprezanja (obično uz prisustvo smicanja). Svi ovi različite vrste naprezanja se mogu stvoriti u uzorku pomoću standardna oprema, što omogućuje određivanje najvećih dopuštenih i razornih naprezanja.
Vlačna ispitivanja.
Ovo je jedna od najčešćih vrsta mehaničkih ispitivanja. Pažljivo pripremljen uzorak stavlja se u ručke snažnog stroja koji na njega djeluje vlačnom silom. Bilježi se istezanje koje odgovara svakoj vrijednosti vlačnog naprezanja. Iz ovih podataka može se konstruirati dijagram naprezanje-deformacija. Pri niskim naprezanjima, određeno povećanje naprezanja uzrokuje samo malo povećanje naprezanja, što odgovara elastičnom ponašanju metala. Nagib linije naprezanje-deformacija služi kao mjera modula elastičnosti dok se ne dosegne granica elastičnosti. Iznad granice elastičnosti počinje plastično tečenje metala; istezanje se brzo povećava sve dok materijal ne pukne. Vlačna čvrstoća je najveće opterećenje koje metal može izdržati tijekom ispitivanja.
Ispitivanje udarom.
Jedna od najvažnijih vrsta dinamičkog ispitivanja je ispitivanje udarom koje se provodi na klatnim udarnim ispitivačima sa ili bez zareza. Prema težini njihala, njegovoj početnoj visini i visini dizanja nakon razaranja uzorka izračunava se odgovarajući udarni rad (Charpy i Izod metode).
Ispitivanja umora.
Takva ispitivanja imaju za cilj proučavanje ponašanja metala pod cikličkim opterećenjem i određivanje granice zamora materijala, tj. napon ispod kojeg materijal ne popušta nakon određenog broja ciklusa opterećenja. Najčešće korišteni stroj za ispitivanje zamora savijanjem. U ovom slučaju, vanjska vlakna cilindričnog uzorka podvrgnuta su djelovanju ciklički promjenjivih naprezanja, ponekad vlačnih, ponekad tlačnih.
Ispitivanja dubokog izvlačenja.
Uzorak lim je stegnut između dva prstena, au njega je utisnuta kuglica. Dubina udubljenja i vrijeme do sloma pokazatelji su plastičnosti materijala.
Ispitivanja puzanja.
U takvim ispitivanjima, kombinirani učinak produljene primjene opterećenja i povišena temperatura o plastičnom ponašanju materijala pri naprezanjima koja ne prelaze granicu razvlačenja utvrđenu u kratkotrajnim ispitivanjima. Pouzdani rezultati mogu se dobiti samo s opremom koja točno kontrolira temperaturu uzorka i točno mjeri vrlo male promjene dimenzija. Trajanje ispitivanja puzanja obično je nekoliko tisuća sati.
Određivanje tvrdoće.
Tvrdoća se najčešće mjeri Rockwellovom i Brinellovom metodom, pri čemu je mjera tvrdoće dubina utiskivanja "utiskivača" (vrha) određenog oblika pod djelovanjem poznatog opterećenja. Na Shorovom skleroskopu tvrdoća se određuje odbijanjem udarca s dijamantnim vrhom koji pada s određene visine na površinu uzorka. Tvrdoća je vrlo dobar pokazatelj fizičko stanje metala. Po tvrdoći danog metala često se sa sigurnošću može prosuditi njegova unutarnja struktura. Ispitivanje tvrdoće često se provodi po odjelima tehnička kontrola u produkcijama. U slučajevima kada je jedna od operacija toplinska obrada, često je predviđena potpuna kontrola tvrdoće svih proizvoda koji izlaze iz automatske linije. Takva kontrola kvalitete ne može se provesti drugim gore opisanim mehaničkim metodama ispitivanja.
Break testovi.
U takvim testovima, uzorak s vratom se lomi oštrim udarcem, a zatim se prijelom pregleda pod mikroskopom, otkrivajući pore, inkluzije, vlasi, jata i segregaciju. Ovakva ispitivanja omogućuju približno procjenu veličine zrna, debljine očvrsnutog sloja, dubine pougljičenja ili razugljičenja i drugih elemenata bruto strukture čelika.
Optičke i fizikalne metode.
Mikroskopski pregled.
Metalurški i (u manjoj mjeri) polarizacijski mikroskopi često pružaju pouzdanu indikaciju kvalitete materijala i njegove prikladnosti za predmetnu primjenu. U tom slučaju moguće je odrediti strukturne karakteristike, posebice veličinu i oblik zrna, fazne odnose, prisutnost i raspodjelu raspršenih stranih materijala.
radiografska kontrola.
Snažno rendgensko ili gama zračenje usmjerava se na dio koji se ispituje s jedne strane i snima na fotografskom filmu koji se nalazi s druge strane. Dobiveni rendgenski snimak u sjeni ili gamagram otkriva nesavršenosti kao što su pore, segregacija i pukotine. Zračenjem u dva različita smjera može se odrediti točna lokacija defekta. Ova metoda se često koristi za kontrolu kvalitete zavara.
Kontrola magnetskog praha.
Ova metoda kontrole prikladna je samo za feromagnetske metale - željezo, nikal, kobalt - i njihove legure. Najčešće se koristi za čelike: neke vrste površinskih i unutarnjih nedostataka mogu se otkriti primjenom magnetskog praha na prethodno magnetizirani uzorak.
Ultrazvučna kontrola.
Ako se kratki puls ultrazvuka pošalje u metal, on će se djelomično reflektirati od unutarnjeg nedostatka - pukotine ili inkluzije. Reflektirane ultrazvučne signale bilježi prijamni pretvarač, pojačava i prikazuje na zaslonu elektroničkog osciloskopa. Iz izmjerenog vremena njihovog dolaska na površinu može se izračunati dubina defekta od kojeg se signal reflektirao, ako je poznata brzina zvuka u danom metalu. Kontrola se provodi vrlo brzo i često ne zahtijeva isključivanje dijela iz upotrebe.
Posebne metode.
Postoji niz specijaliziranih metoda kontrole koje imaju ograničenu primjenjivost. To uključuje, na primjer, metodu slušanja stetoskopom, koja se temelji na promjeni vibracijskih karakteristika materijala u prisutnosti unutarnjih nedostataka. Ponekad se provode ciklička ispitivanja viskoznosti kako bi se odredila sposobnost prigušenja materijala, tj. njegovu sposobnost apsorbiranja vibracija. Procjenjuje se radom pretvorenim u toplinu po jedinici volumena materijala za jedan puni ciklus preokreta naprezanja. Za inženjera uključenog u projektiranje konstrukcija i strojeva koji su podložni vibracijama važno je znati sposobnost prigušenja građevinskih materijala.
