Випробування механічних властивостей і випробування довговічності матеріалів (стр. 2 из 7)
- ОА - область пружної деформації, в межах якої зберігається прямопропорційна залежність між напругою і відносною деформацією.
Напругу, що відповідає точці А називають межею пропорційності
. Звичайно визначають умовну межу пропорційності. Це напруга такої величини, при якій tg кута нахилу, утвореного дотичною до кривої деформації з віссю напруг, збільшується на 50% свого значення на пружній (лінійній) ділянці. Оскільки значення дуже близькі до межі пружності - С, їх значення часто ототожнюють.Умовна межа пружностівизначається як напруга, при якій залишкова деформація сягає < 0,05% початкової довжини зразка:
АВ - область початку пластичного деформування. Напруга, при якій матеріал починає пластично деформуватися і в подальшому тече без помітного збільшення навантаження називається фізичною межею текучості-
. Горизонтальна ділянка діаграми "σ-δ"(Рис. 1.1, крива 1) називається площадкою текучості. Для багатьох металів і сплавів, що зміцнюються і площадка текучості відсутня, використовують поняття умовної межі текучості 
, яке використовують в міцносних розрахунках. Умовна межа текучості - це напруга, при якій залишкове видовження сягає 0,2% від початкової розрахункової довжини. Величиною в умовах нормальних температур визначаються міцносні класи матеріалів. Наприклад, для сталей - низька міцність вважається при = 650 МПа; середня – 650/1З00МПа; висока - ≥1300..1400МПа.- ВС - область утворення і розвитку тріщин. Межа міцності (тимчасовий опір) -
— це найбільша напруга, яка виникає в матеріалі перед руйнуванням зразка. Оскільки в пластичних матеріалах в результаті пластичного деформування зменшується площа перетину зразка — утворюється шийка, то дійсний опір руйнуванню змінюється. Дійсна межа тимчасової міцності - Sтч визначається відношенням навантаження в момент руйнування до площі поперечного перетину в місці руйнування: 
Механічні властивості матеріалів
, , , δ = ψ і модуль пружності Е являються базовими при постачанні конструкційних матеріалів, а також при виборі їх для виготовлення конструкцій і деталей. Ці показники входять до розрахункових методик, при визначенні міцності і ресурсу робото здатності.Твердістюназивають властивість матеріалу чинити опір пластичній деформації при контактній взаємодії іншого, більш твердого тіла індентора - з поверхневими шарами матеріалу.
Вимірювання твердості є технологічною пробою і може служити показником якості процесів термічної, хіміко-термічної і термомеханічної обробки, пластичного деформування на ін. За показниками твердості можливо посередньо отримати уяву і про інші фізико-механічні властивості (міцність, пружність, зносостійкість). Застосовують такі методи визначення твердості: вдавлювання, дряпання, відскоку бойка, коливання маятника. Найбільш поширеним є метод вдавлювання інденторів різної форми і інших навантаженнях. Ці методи потребують виготовлення зразків. Якщо вимірювання необхідно проводити безпосередньо на конструкції, то використовують переносні прилади динамічної дії.. Роздивимось основні методи вимірювання твердості.
Метод Брінелля(ГОСТ 9012-83) заснований на тому, що твердість вимірюють вдавлюванням у зразок (виріб) загартованої кульки діаметром 10 мм, 5мм або 2,5 мм при сталому навантаженні. Кількісну величину твердості отримують як частку відділення навантаження (Р, МН) на площу поверхні утвореного відбитка (F, мм2).
Позначають твердість літерою Н1 з відповідним позначенням методу: приклад, твердість за методом Брінелля - В, Роквелла - її і т.п. Таким чином, твердість за Брінеллем, Мпа (рис. 2.23; 1):
IIлоща поверхні утвореного шарового сегмента, мм :
де, Dдіаметр кульки; h глибіна видбитка.
 |
Оскільки глибину відбитка h вимірювати складніше, ніж його діаметр, то звичайно h виражають через діаметр кульки Dі діаметр відбитка d
(рис.1.1; 1а):
При визначенні твердості за Брінеллем кульками різних діаметрів і для забезпечення можливості їх порівняння навантаження вибирають виходячи з умов подібності:
де R=300;100;25 - стала для даного матеріалу.
Подібність відбитків при різних D і Р забезпечується при умові, коли кут ψ, залишається постійним при зміні діаметра кульки - індентора і величини навантаження. Виходячи зі схеми навантаження співвідношення діаметра відбитка і кульки:
Підставимо. Тоді:
Твердість НВ залишається постійною при P/D2=соnst і ψ=соnst. На базі цього стандартом рекомендуються діаметри кульки і навантаження у залежності від твердості матеріалу і товщини зразка, які наведені в таблиці 1.2.
Метод Брінелля використовують для матеріалів, які мають обмежену твердість (до 4500 МПа), що пов'язано з можливістю деформування сталевої кульки - індентора. Числові значення твердості матеріалів залежно від діаметрам відбитка розраховані і зведені до спеціальної таблиці.
Між тимчасовим опором і числом твердості НВ різних металів існує наступна орієнтовна залежність:
Таблиця 1.1
Залежність між тимчасовим опором і числом твердості НВ
| Сталі, які мають твердість НВ. МПа | МПа |
| 1200 1750 | 0,34НВ |
| 1750-4500 | 0.35HB |
| Мідь, латунь, бронза: | |
| відпалена | 0,55 НВ |
| Наклепана | 0,4 HВ |
| Алюміній і його сплави, які мають | |
| твердість НВ: 200 450 | (0.33 -0,36)НВ |
| Дюралюміній: | |
| відпалений | 0,36НВ |
| після гартування і старіння | 0.35HВ |
Метод Роквелла (ГОСТ 9013-83) заснований на тому, що твердість вимірюють вдавлюванням алмазного конуса з кутом при вершині 120° (рис. 1.2,6), або сталевої кульки діаметром 1,588 мм (рис.1.2,в). Оцінюють твердість за глибиною відбитка, а чисельні значення відраховують безпосередньо за шкалами індикатора приладу. Індикатор має три шкали: А, В і С. Для матеріалів, що мають твердість НВ<4500Мпа (кольорові метали та їх сплави, сталі після високого та середнього відпуску) використовують шкалу В, і при вимірюванні вдавлюється кулька під навантаженням 1000Н. Позначення твердості при цьому - HRB.
Алмазний конус використовують при випробуванні більш твердих сталей (НВ<6800МПа), при цьому звичайно використовують шкалу С з навантаженням 1500Н.
Таблиця 1.2
Вибір діаметрів кульки і навантаження в залежності від твердості і товщини зразка
| Мат-л | Інтервал твердості, МПа | Мінімальна товщина зразка, мм | Співвідношення між навантаженням і діаметром кульки К=Р/D2 | Діаметр кульки, мм | Навантаження Р.Н | Витримка під навантаженням, с |
Чорні метали | 4500......1400 | 6-3 4-2 2 | 300 | 10 5 2,5 | 30000 7500 1875 | 10 |
| <1400 | 66-33 | 100 | 10 5 2.5 | 10000 2500 625 | 10 | |
Кольорові метали | >1300 | 6-3 4-2 2 | 300 | 10 5 2,5 | 30000 7500 1875 | 30 |
| 350......1350 | 9-3 6-3 3 | 100 | 10 5 2,5 | 10000 2500 625 | ЗО | |
| 80...350 | 6 6-3 3 | 25 | 10 5 2,5 | 2500 625 156 | 60 |
Для матеріалів твердість НВ = 4000...7800 Мпа використовують шкалу А з навантаженням 600Н. Відповідні позначення - HRC і HRA. Ряд навантажень 600; 1000 і 1500Н. При цьому навантаження Р вміщують у собі попереднє навантаження Р0=100Н. Твердість за Роквеллом визначають в умовних одиницях. За одиницю твердості взята величина, яка дорівнює осьовому переміщенню індентора на 0,002мм.