Proprietăți mecanice și metode pentru determinarea caracteristicilor lor cantitative Duritatea, viscozitatea,

Proprietăți mecanice și metode pentru determinarea caracteristicilor lor cantitative: duritate, viscozitate, rezistență la oboseală. Proprietăți tehnologice și operaționale

Duritatea este rezistența unui material la pătrunderea în suprafața sa a unui corp standard (indenter), care nu este deformat în timpul încercării.

Răspândirea largă se datorează faptului că nu sunt necesare probe speciale.

Aceasta este o metodă nedistructivă de control. Principala metodă de evaluare a calității tratamentului termic al produsului. La judecarea duritatea sau adâncimea de penetrare a penetratorului (scala Rockwell), sau din cea mai mare indentare indentare (metode Brinell, Vickers microduritatii).

În toate cazurile are loc deformarea plastică a materialului. Cu cât rezistența materialului de deformare plastic este mai mare, cu atât mai mare este duritatea.

Cele mai folosite metode Brinell, Rockwell, Vickers și microhardness. Schemele de testare sunt prezentate în Fig. 7.1.

Fig. 7.1. Scheme de determinare a durității:

dar potrivit lui Brinell; b - în opinia lui Rockwell; in - de Vickers

Duritate Brinell (GOST 9012)

Testul se efectuează pe o duritate de tip Brinell (figura 7.1a)

The indentor este o bilă din oțel întărită cu diametrul D 2,5; 5; 10 mm, în funcție de grosimea produsului.

Încărcați P, în funcție de diametrul bilei și de duritatea măsurată: pentru oțelul tratat termic și fonta. bronzul și alama turnate. aluminiu și alte metale foarte moi.

Durata expunerii τ: pentru oțel și fontă - 10 s, pentru alamă și bronz - 30 s.

Imprimarea rezultată este măsurată în două direcții reciproc perpendiculare folosind o lupă Brinell.

Duritatea este definită ca raportul dintre sarcina aplicată P și suprafața sferică a amprentei F:

Condițiile standard sunt: D 10 10 mm; P 3000 3000 kgf; τ 10 s. În acest caz, duritatea Brinell este desemnată HB 250, în alte cazuri sunt indicate condițiile. HB D / P / τ, HB 5/250/30 - 80.

Metoda Rockwell (GOST 9013)

Se bazează pe așezarea suprafeței vârfului sub o anumită încărcătură (Figura 7.1b)

Indenterul pentru materiale moi (până la HB 230) este o bilă din oțel cu diametrul de 1/16 "(Ø 1,6 mm), pentru materiale dure, un con de diamant.

Încărcarea se efectuează în două etape. Mai întâi, o sarcină preliminară (10 kts) este aplicată pentru a intra în contact strâns vârful cu proba. Apoi se aplică sarcina principală P1. După o anumită perioadă de timp, acționează sarcina totală de lucru P. După îndepărtarea încărcăturii principale, determinați valoarea durității pentru adâncimea marginii reziduale a vârfului h sub sarcină.

În funcție de natura materialului, se folosesc trei scale de duritate A, B, C (Tabelul 7.1)

Tabelul 7.1. Cântare de duritate Rockwell

Duritatea este determinată de dimensiunea imprimării (figura 7.1c).

Ca indent, se utilizează o piramidă diamantată tetraedrică, cu un unghi la vârful de 136 °.

Duritatea se calculează ca raportul dintre sarcina aplicată P și suprafața impresiei F:

Sarcina P este de 5 ... 100 kgf. Se măsoară diagonala amprentei d folosind un microscop montat pe instrument.

Avantajul acestei metode este că este posibilă măsurarea durității oricăror materiale, produse subțiri, straturi de suprafață. Precizie ridicată și sensibilitate a metodei.

Metoda microhardness este utilizată pentru a determina duritatea componentelor structurale individuale și a fazelor aliajului, straturi foarte subțiri de suprafață (sute de milimetri).

Similar cu metoda Vickers. The indentor este o piramidă de dimensiuni mai mici, încărcăturile cu indentare P sunt de 5 ... 500 gauss

Un con de diamant, o piramidă sau o minge este aplicată o zgârietură, care este o măsură. Când se scarpină alte materiale și se compară cu măsura, se apreciază duritatea materialului.

Puteți aplica o zgârietură de 10 mm lățime sub influența unei anumite sarcini. Observați amploarea încărcăturii care dă această lățime.

Metoda dinamică (Shore)

Mingea este aruncată la suprafață dintr-o anumită înălțime, ea revine cu o anumită sumă. Cu cât este mai mare revenirea, cu atât este mai greu materialul.

Ca urmare a specimenelor dinamice de test de impact cu crestătură specială (GOST 9454) a evaluat vâscozității materialelor și a stabilit tendința lor de a tranziției de la ductil la casant.

Viscozitatea este capacitatea unui material de a absorbi energia mecanică a forțelor exterioare datorate deformării plastice.

Este caracteristica energetică a materialului, exprimată în unități de lucru. Vâscozitatea metalelor și a aliajelor este determinată de compoziția lor chimică, de tratamentul termic și de alți factori interni. De asemenea, vâscozitatea depinde de condițiile în care funcționează metalul (temperaturi, viteze de încărcare, prezența concentrătorilor de tensiune).

Pe măsură ce crește temperatura, vâscozitatea crește (a se vedea figura 7).

Punctul de randament St se modifică semnificativ odată cu temperatura, iar rezistența la detașarea S0 nu depinde de temperatură. La o temperatură mai mare decât Tg, punctul de randament este mai mic decât rezistența la rupere. La încărcare, se produce mai întâi deformarea plastică, iar apoi are loc distrugerea. Metalul este într-o stare vâscoasă.

La o temperatură sub Tg, rezistența la rupere este mai mică decât punctul de randament. În acest caz, metalul este distrus fără o deformare prealabilă, adică este într-o stare fragilă. Trecerea de la o stare vâscoasă la o stare fragilă are loc în intervalul de temperatură

Rezistența la rece este tendința ca metalul să treacă la o stare fragilă cu o scădere a temperaturii.

Răcite sunt fierul, tungstenul, zincul și alte metale care au o cristalină cristalină cubică și hexagonală, centrate pe corp.

Fig. 7.2. Efectul temperaturii asupra condițiilor ductile și fragile

Metode de evaluare a viscozității.

Viscozitatea de impact caracterizează fiabilitatea materialului, capacitatea acestuia de a rezista fracturilor fragile

Testul se efectuează pe specimene cu crestături de o anumită formă și dimensiune. Proba este plasată pe suporturile copra printr-o tăiere în direcția opusă celei a cuțitului pendul, care este ridicat la o anumită înălțime (Figura 7.3)

Fig. 7.3. Schema de încercare de impact:

a este o schemă a coprelor pendulului; b - specimen standard cu o crestătură;

c - tipuri de concentratori de stres; r este dependența de temperatură a vâscozității

Pentru a distruge eșantionul, munca este cheltuită:

unde: P este greutatea pendulului, H este înălțimea pendulului până la impact, h este înălțimea ridicării pendulului după impact.

Viscozitatea este caracterizată de duritatea (en), - lucrarea specifică a fracturii.

unde: F0 este aria secțiunii transversale în poziția de crestătură.

În GOST 9454, tenacitatea este desemnată drept KCV. KCU. KCT. KC - simbol duritate, al treilea simbol prezintă o incizie acută (V), cu o rotunjire (U) fractură rază (T) (Figura 7.3).

Teste seriale pentru a evalua tendința de răcire a metalelor și pentru a determina pragurile critice de fractură la rece.

O serie de eșantioane este testată la temperaturi diferite și temperaturile de duritate a impactului - temperatura (an-T) sunt reprezentate grafic (figura 7.3d), determinând pragurile la sfârșitul frigului.

Pragul friabil la rece este intervalul de temperatură pentru modificarea naturii fracturii, care este un parametru important al rezistenței structurale. Cu cât este mai scăzută pragul friabil la rece, cu atât metalul este mai puțin sensibil pentru concentrarea concentratorilor (joncțiuni ascuțite, găuri, riscuri) la viteza de deformare.

Evaluarea vâscozității prin apariția fracturii.

În cazul unei stări vâscoase a metalului în fractură, mai mult de 90% din fibre, limita superioară a punctului final de sfârșit Tg se consideră a fi temperatura care asigură o astfel de stare. În cazul unei stări metalice fragile în ruperea a 10% din fibre, se presupune că un prag de temperatură mai scăzut pentru depozitarea la rece a lui Th este temperatura care asigură o astfel de stare. În tehnică, temperatura la care fractura este de 50% din componenta vâscoasă este luată ca prag friabil la rece. Această temperatură trebuie să fie mai mică decât temperatura de funcționare a produselor cu cel puțin 40 ° C.

Testele privind alungirea (GOST 2860) dau caracteristicile rezistenței la oboseală.

Oboseală - distrugerea materialului cu solicitări alternante repetate, a căror mărime nu depășește rezistența la curgere.

Rezistența la oboseală este capacitatea unui material de a rezista la oboseală.

Procesul de oboseală constă din trei etape, corespunzătoare acestor etape ale zonei din fractură sunt prezentate în figura 7.4.

Fig. 7.4. Schema de nucleare și dezvoltarea unei fisuri în cadrul unei variații de îndoire

1 - formarea unei fisuri în partea cea mai încărcată a secțiunii, care a fost supusă microdeformării și a obținut întărirea maximă

2 - răspândirea treptată a fisurii, suprafața netedă a solului

3 - distrugerea finală, zona "doloma", secțiunea transversală vii scade, iar adevăratul stres crește până la fractură, fragil sau vâscos

Caracteristicile rezistenței la oboseală sunt determinate în timpul încercărilor ciclice "îndoire în timpul rotației". Circuitul este prezentat în Fig. 7.5.

Fig. 7.5. Teste pentru oboseală (a), curba de oboseală (b)

Tracțiune vynoslivpsti (σ -1 - cu o schimbare simetrică de sarcină, σR - atunci când schimbarea sarcinii nesimetric) - tensiunea maximă rezista la imagini pentru un număr arbitrar de mare de cicluri de N.

Limita de anduranță limitată este tensiunea maximă menținută de material pentru un anumit număr de cicluri de încărcare sau timp.

Vitalitatea este diferența dintre numărul de cicluri până la distrugerea totală și numărul de cicluri înainte de apariția unei fisuri de oboseală.

Proprietăți tehnologice

Proprietățile tehnologice caracterizează capacitatea materialului de a suporta diferite metode de lucru la rece și la cald.

1. Proprietățile de turnare.

Caracterizează capacitatea materialului de a obține de la acesta materiale de calitate.

Debitul lichid este capacitatea unui metal topit de a umple o matriță.

Contracție (liniară și volumetrică) - caracterizează capacitatea unui material de a-și modifica dimensiunile și volumul liniar în timpul solidificării și răcirii. Pentru a preveni contracția liniară atunci când creați modele, utilizați contoare non-standard, ținând cont de contracția unui anumit metal.

Lichidarea este eterogenitatea compoziției chimice în volume.

2. Abilitatea materialului de a fi prelucrat sub presiune.

Este abilitatea unui material de a-și schimba mărimea și forma sub influența sarcinilor externe, fără a se descompune.

Acesta este controlat ca rezultat al testelor tehnologice efectuate în condiții cât mai apropiate de producție.

Materialul de tablă este testat pentru inflexiune și desen al puțului sferic. Sârmă este testat pentru îndoire, răsucire, înfășurare. Țevile sunt testate pentru distribuție, aplatizare la o anumită înălțime și îndoire.

Criteriul de adecvare a materialului este absența defectelor după testare.

Aceasta este capacitatea materialului de a forma conexiuni nedemontabile de calitate cerută. Evaluată de calitatea cusăturii sudate.

4. Abilitatea de a fi prelucrată.

Caracterizează capacitatea materialului de a fi prelucrat de diverse scule de tăiere. Este evaluată de durabilitatea instrumentului și de calitatea stratului de suprafață.

Proprietățile operaționale caracterizează capacitatea materialului de a lucra în condiții specifice.

Rezistența la uzură - capacitatea unui material de a rezista la deteriorarea suprafeței cauzată de frecare externă.

Rezistența la coroziune este capacitatea unui material de a rezista acțiunii mediilor agresive acide, alcaline.

Rezistența la căldură este capacitatea unui material de a rezista oxidării într-un mediu gazos la temperaturi ridicate.

Rezistența la căldură este capacitatea unui material de a-și păstra proprietățile la temperaturi ridicate.

Rezistența la rece - capacitatea unui material de a păstra proprietățile de plastic la temperaturi negative.

Anti-frecare - capacitatea materialului de a lucra pe un alt material.

Aceste proprietăți sunt determinate de teste speciale, în funcție de condițiile de lucru ale produselor.

Atunci când alegeți materialul pentru construcție, este necesar să luați în considerare pe deplin proprietățile mecanice, tehnologice și operaționale.