Metode de încercare pentru proprietăți mecanice

Proprietățile mecanice caracterizează capacitatea unui material de a rezista deformării și fracturii sub acțiunea sarcinilor aplicate.

Prin natura schimbările în timpul testelor mecanice actuale de sarcină pot fi statice (tracțiune, compresiune, încovoiere, torsiune), dinamic (testul de impact) și ciclic (oboseală).







Prin efectul temperaturii asupra procesului, ele sunt împărțite în teste la temperatura camerei, temperatură scăzută și temperatură înaltă (pentru rezistență pe termen lung, fluaj).

Analizele statice se efectuează atunci când eșantionul este supus unei anumite rate de încărcare cu acțiune constantă. Rata de deformare este de la 10 - 4 la 10 - 1 s - 1. Testele statice de tracțiune sunt printre cele mai frecvente. Proprietățile determinate în aceste teste sunt prezentate în numeroase standarde pentru specificațiile materialelor. Analizele statice includ teste de tracțiune, compresiune, îndoire, torsiune.

Testele dinamice se caracterizează prin aplicarea unei sarcini de șoc pe specimen și printr-o rată de solicitare semnificativă. Durata testului nu depășește sute de fracțiuni de secundă. Rata de deformare este de aproximativ 10 2 s - 1. Testele dinamice sunt cele mai des efectuate conform schemei de încovoiere a specimenelor cu o crestătură.

Testele ciclice sunt caracterizate de modificări multiple ale sarcinii în mărime și în direcție. Exemple de teste sunt testele de oboseală, sunt durabile și, prin rezultatul lor, determină numărul de cicluri înainte de eșec la diferite valori de stres. În cele din urmă, se constată stresul final, pe care eșantionul îl poate rezista fără rupere în timpul unui anumit număr de cicluri de încărcare.

Cea mai simplă proprietate mecanică este duritatea. Metodele de determinare a durității în funcție de viteza de aplicare a încărcăturii sunt împărțite în statică și dinamică și prin modul în care este aplicată - metodele de indentare și zgâriere. Metodele pentru determinarea durității lui Brinell, Rockwell, Vickers se referă la metode de testare statică.

Duritatea este capacitatea unui material de a rezista apăsării unui corp mai greu (indenter) în el sub acțiunea forțelor exterioare.

Atunci cand este testat pe duritatea în materialul de suprafață este presată într-o piramidă, con sau bilă (cavitație), și, prin urmare, o distincție între metodele de testare, respectiv, Vickers, Rockwell și Brinell. În plus, există și alte metode mai puțin frecvente de testare duritate: metoda de rebound (Shore A), duritate comparativă metoda (Poldi) și altele.

Atunci când se testează materialele pentru duritate, nu se produc probe speciale standard, totuși se impun anumite cerințe privind dimensiunile și suprafața probelor și a articolelor.

Duritatea Vickers (GOST 2999-75) este stabilită prin indentarea unei piramide diamante cu un unghi la vârful de 136 ° sub acțiunea unei sarcini constante P: 1; 2; 2.5; 3; 5; 10; 20; 30; 50 sau 100 kgf și menținerea sub sarcină timp de 10-15 secunde. Încărcăturile de la 5 la 100 kg, aliajele de cupru de la 2,5 la 50 kgf, aliajele de aluminiu de la 1 la 100 kgf sunt folosite pentru a determina duritatea metalelor feroase și a aliajelor. După ce sarcina este îndepărtată cu ajutorul unui microscop, se găsește lungimea diagonalei imprimării, iar duritatea HV se calculează din formula

unde P este sarcina, kgf; d- imprimare diagonală, mm.

Există o masă a durității în raport cu sarcina și lungimea diagonalei. Prin urmare, în practică nu se efectuează calcule, ci se utilizează un tabel de calcul gata. Duritatea Vickers HV este măsurată în kgf / mm2 N / mm2 sau MPa. Valoarea durității Vickers poate varia de la HV2060 la HV5 la o sarcină de 1 kgf.

Prin metoda Brinnellya presat în eșantion sau produs călit bila de oțel cu un diametru de 10, 5 sau 2,5 mm sub acțiunea încărcărilor 3000, 1000, 750, 500, 250, 62,5 kgf et al. (GOST 9012-59, Fig. 1. ). Imprimarea circulară rezultată pe eșantion se măsoară sub o lupă, iar din tabele se găsește valoarea durității Brinell, care nu depășește 450 NV. Duritatea Brinell coincide aproape cu valorile durității Vickers.

Duritatea HB este de asemenea amploarea rezistenței la indentare:

HB = P / Fot = P / pDt = 2P / pD (D-√ (D2 -d2))

D - diametrul mingii, mm;

d - diametrul amprentei, mm.

Duritatea Brinell HB (implicit) are o dimensiune de kgf / mm 2. De exemplu, duritatea unui aliaj de aluminiu este de 70 HB. La o sarcină determinată în Newtons, duritatea Brinell este măsurată în MPa. De exemplu, duritatea oțelului recoacere este de 207 NW cu o sarcină de 3000 kg, un diametru al mingii de 10 mm, un diametru de imprimare de 4,2 mm sau, având în vedere factorul de conversie: 1 N = 9,8 kgf,

Fig. 1. Schema de determinare a durității Brinell

Prin Rockwell (GOST 9013-59) presat con de diamant, cu un unghi la vârf de 120 ° (scala A și C) sau un diametru bilă de oțel de 1.5875 mm (zona B).

Se determină, respectiv, duritatea HRA, HRC și HRB. Testarea durității Rockwell este în prezent cea mai obișnuită metodă, deoarece măsurătorile de duritate Rockwell nu necesită măsurarea tipăririi, numărul de duritate se citește din scala instrumentului imediat după îndepărtarea încărcăturii principale.







Metoda constă în adâncitura în proba de indentor sub acțiunea a două sarcini aplicate succesiv - P0 pre și P1 de bază se adaugă provizorie, astfel încât sarcina totală este P = P0 + P1 după expunerea timp de câteva secunde, sarcina principală este îndepărtată, iar indentorului adâncimea de penetrare reziduală măsurată, care în acest caz continuă să fie sub influența preîncărcării. Mutarea săgețile indicatoare primare de către o divizie a scalei corespunde deplasării indentor la 0.002 mm, care este primită pe unitatea de duritate.

În Fig. 2 prezintă o schemă de măsurare a durității Rockwell utilizând o diamant sau o formă de cartelă. În cadrul testelor, se măsoară adâncimea amprentei reconstruite. Cântarele A și C coincid, deoarece testele sunt efectuate cu același indenter - conul diamant, dar la sarcini diferite: 60 și respectiv 150 kgf. Duritatea în acest caz este definită ca

Pe scara B (încărcare 100 kgf, minge)

Fig. 2. Schema de determinare a durității Rockwell (indenter-con)

În practică, valorile de duritate Rockwell nu sunt calculate prin formule, ci sunt citite din scara corespunzătoare (negru sau roșie) a instrumentului. Coloanele HRC și HRA sunt utilizate pentru duritate ridicată, HRB pentru scăzut. Numărul de duritate Rockwell este măsurat în unități convenționale, este o măsură a adâncimii de indentare sub o anumită încărcătură.

Testul de întindere al materialelor se efectuează în conformitate cu GOST 1497-84 "Metode de încercare la tracțiune". Standardul stabilește metode de tracțiune statică metale feroase și neferoase pentru determinarea temperaturii de 20 ° C în interiorul proporțional, elasticitatea, limita de curgere, rezistența la rupere la tracțiune, alungire și constricție relativă a modulului de elasticitate.

Eșantioanele plane și cilindrice, tăiate dintr-o piesă sau realizate special, sunt utilizate pentru testare. Dimensiunile eșantioanelor sunt reglementate de standardul specific, se supun asemănării geometrice și pot fi scurte și lungi. Pentru o probă cilindrică, se ia raportul dintre lungimea inițială de lucru 10 și diametrul inițial d0. l0 = 5d0 este un eșantion scurt, 10 = 10d0 este un eșantion lung. Pentru un eșantion plat, raportul dintre lungimea de lucru 10 și aria de secțiune transversală F0:

l0 = 5.65√F0 - eșantion scurt, l0 = 11,3√F0 - eșantion lung. Eșantioanele cilindrice sunt realizate cu un diametru de 3 mm sau mai mare. Probele constau dintr-o piesă de lucru cu o lungime 10 și capete, a căror formă și mărime corespund dispozitivelor de prindere ale mașinii (figura 3).

Întinderea eșantionului se efectuează pe mașini speciale, care permit fixarea valorii sarcinii aplicate și modificarea lungimii specimenului în timpul întinderii. Aceleași mașini fac posibilă înregistrarea modificării lungimii eșantionului cu sarcină în creștere (figura 4), adică primar diagramă de încercare la tracțiune în coordonate: sarcina P, H, kN; și alungirea absolută a probei A, mm.

Fig. 4. Diagrama de tensiune primară

Măsurarea valorii sarcinii la punctele caracteristice ale diagramei de încercare la tracțiune (figura 4) determină următorii parametri ai proprietăților mecanice ale materialelor:

este limita proporționalității, punctul p;

σ 0,05 este limita elastică, punctul e;

σ m - tensiunea de scurgere fizică, punctul s;

σ 0,2 - condiționarea solicitării de solicitare;

σ в - rezistență temporară la tracțiune sau rezistență la tracțiune, punctul b.

Valorile de 0,05 și 0,2 în limita elasticității și fluidității corespund valorii tulpinii reziduale Δl în procente de 10 atunci când eșantionul este întins. Tensiunile din încercarea de tracțiune se calculează prin împărțirea sarcinii P corespunzătoare unui punct caracteristic din diagramă cu suprafața secțiunii transversale inițiale F0 a părții de lucru a piesei de testare:

Zona secțiunii transversale F0 este determinată de următoarele formule:

pentru o probă cilindrică

pentru un eșantion plat

unde a0 este grosimea inițială; b0 este lățimea inițială a eșantionului.

La punctul k, setați stresul de rezistență la distrugerea materialului.

Limita proporționalității și limita elastică sunt determinate cu ajutorul unui indicator de tensiune (un instrument pentru determinarea cantității de deformare). Rezistența la efort fizic și condițional este calculată prin găsirea sarcinii pe diagrama de întindere. Dacă nu există niciun punct de randament pe diagramă, apoi pentru a calcula puterea de curgere condițională, este necesar să desenați construcțiile grafice pe diagrama (Figura 1.5). Mai întâi, tulpina reziduală este egală cu 0,2% din greutatea lui. în plus, notați un segment pe axa de întindere egal cu 0,2% din 10. și trageți o linie paralelă cu secțiunea proporțională a diagramei stretch până când se intersectează cu curba de întindere.

Sarcina P0,2 corespunde punctului de intersecție. Puterea de curgere fizică și condiționată caracterizează capacitatea materialului de a începe deformarea plastică, adică rezistență la deformarea plastică scăzută.

Limita de rezistență poate fi calculată prin citirea contorului de forță, prin sarcina maximă Pmax la rupere sau prin găsirea lui Pmax (Pb) în diagrama primară de tracțiune. Natura deformării în tensiune a materialelor vâscoase și fragile variază considerabil.

Materialele abrazive se descompun rapid după atingerea sarcinii maxime fără deformare plastică semnificativă, prin urmare, σb pentru

Materialele abrazive sunt o caracteristică a rezistenței la eșec, iar pentru materialele plastice - o caracteristică a rezistenței la deformare.

Stresul distrugerii este definit ca fiind adevărat. În acest caz, sarcina de rupere este împărțită într-o zonă finală a secțiunii transversale a eșantionului după eșecul FK:

Toate valorile calculate în acest fel sunt caracteristicile rezistenței materialului.

Plasticitatea, adică capacitatea de a se deforma fără rupere, se caracterizează prin modificări ale dimensiunilor eșantionului. În testul de tracțiune se determină următoarele caracteristici de ductilitate:

unde lk. Fk - respectiv, lungimea părții de lucru și a secțiunii transversale a eșantionului după fractură.

Caracteristicile calculate ale proprietăților mecanice după testul de tracțiune sunt înregistrate în protocol.

Viscozitatea de impact caracterizează munca specifică necesară pentru a fractura la impactul unui specimen cu o crestătură. Rezistența la impact este testată pe un pendul cu o marjă de lucru constantă a pendulului în conformitate cu GOST 9454-78 "Metalele. Metodă de testare pentru încovoierea la impact la temperaturi scăzute, la temperatură și la temperaturi ridicate. " Standardul se aplică metalelor și aliajelor feroase și neferoase și stabilește o metodă de încercare la temperaturi cuprinse între -100 și +1000 ° C. Metoda se bazează pe distrugerea prin impact a unei mostre de copre pendul cu un concentrator de tensiune. Ca rezultat al testului, se determină munca totală petrecută pe impactul K sau rezistența la impact a CS.

Sunt utilizate eșantioane dreptunghiulare cu un concentrat de tip U, V, T (crack de oboseală). Probele cele mai frecvente sunt eșantioanele de mărime de 55x10x10 mm cu concentrație U2 2x2 mm (Figura 6).

Fig. 6. Eșantion standard cu crestătură U pentru teste de încovoiere la impact

Numai o parte din energia pendulului este folosită pentru distrugerea prin impactul eșantionului, în legătură cu care pendulul continuă să se miște după distrugerea specimenului, deviind printr-un anumit unghi. Cu cât este mai mare cantitatea de muncă necesară pentru a distruge eșantionul, cu atât este mai mic unghiul care se abate de la verticală după distrugere. Amplitudinea acestui unghi este determinată de activitatea de impact K sau de munca folosită pentru distrugerea eșantionului. Lucrarea de distrugere K este atribuită ariei secțiunii transversale a eșantionului. Deci, în locul fracturii și, prin urmare, se constată că KS are o rezistență la impact:

unde K este măsurat în J (kgf * m), SO în m 2 (cm 2).

În funcție de tipul de concentrat, rezistența la impact este notată cu







Articole similare

Trimiteți-le prietenilor: