Определение механических свойств образцов металлов

Главная / Виды металла /  

Любое вещество, будь то газ, жидкость или твердое тело, обладает рядом специфических, только ему присущих свойств. Однако эти свойства позволяют не только индивидуализировать элементы, но и объединять их в группы по принципу схожести.

Посмотрите на металлы: с обывательской точки зрения это блестящие элементы, с высокой электро- и теплопроводностью, не восприимчивые к внешним физическим воздействиям, ковкие и легко свариваемые при высоких температурах. Достаточен ли этот перечень.

чтобы объединить металлы в одну группу? Конечно же нет, металлы и их производные (сплавы) гораздо сложнее и обладают целым набором химических, физических, механических и технологических свойств.

Сегодня мы поговорим лишь об одной группе: механических свойствах металлов.

Основные механические свойства

К основным механическим свойствам относят прочность, пластичность, твердость, ударную вязкость и упругость. Большинство показателей механических свойств определяют экспериментально растяжением стандартных образцов на испытательных машинах.

Прочность — способность металла сопротивляться разрушению при действии на него внешних сил.

Пластичность — способность металла необратимо изменять свою форму и размеры под действием внешних и внутренних сил без разрушения.

Твердость — способность металла сопротивляться внедрению в него более твердого тела.

Твердость определяют с помощью твердомеров внедрением стального закаленного шарика в металл (на приборе Бринелля) или внедрением алмазной пирамиды в хорошо подготовленную поверхность образца (на приборе Роквелла).

Чем меньше размер отпечатка, тем больше твердость испытуемого металла. Например, углеродистая сталь до закалки имеет твердость 100 . . . 150 НВ () , а после закалки — 500 . . . 600 НВ.

Ударная вязкость — способность металла сопротивляться действию ударных нагрузок. Эта величина, обозначаемая КС (Дж/см2 или кгс • м/см ), определяется отношением механической работы А, затраченной на разрушение образца при ударном изгибе, к площади поперечного сечения образца.

Упругость — способность металла восстанавливать форму и объем после прекращения действий внешних сил. Эта величина характеризуется модулем упругости Е (МПа или кгс/мм2), который равен отношению напряжения а к вызванной им . Высокой упругостью должны обладать стали и сплавы для изготовления рессор и пружин.

Таблица.1. Механические свойства основных промышленных сплавов

• до 9
• 400—600
• Инструмент ударный и режущий
• Бронза оловянистая
• 15 — 25
• 3—10
• 70—80
• Детали, работающие на истирание и подверженные коррозии
• Бронза алюминиевая
• 40—50
• 120
• То же
• Латунь однофазная
• 25 — 35
• 30-60
• 42—60
• Патронно-гильзовое производство
• Латунь двухфазная
• 35—45
• 30—40
• _
• Детали, изготовленные горячей штамповкой
• Силумин
• 21—23
• 1 — 3
• 65—100
• Детали в авиастроении и автостроении
• Сплавы магния
• 24 — 32
• 10—16
• 60—70
• То же

Основные механические свойства металлов

Что это за свойства? Под механическими понимают такие свойства субстанции, которые отражают ее умение противостоять действиям извне. Известно девять основных механических свойств металлов:

— Прочность — означает, что приложение статической, динамической или знакопеременной нагрузки не приводит к нарушению внешней и внутренней целостности материала, изменению его строения, формы и размеров.

— Твердость (часто путают с прочностью) — характеризует возможность одного материала противостоять прониканию другого, более твердого предмета.

— Упругость — означает способность к деформированию без нарушения целостности под действием определенных сил и возвращению первоначальной формы после освобождения от нагрузки.

— Пластичность (часто путают с упругостью и наоборот) — также способность к деформации без нарушения целостности, однако в отличие от упругости, пластичность означает, что объект способен сохранить полученную форму.

— Стойкость к трещинам — под воздействием внешних сил (ударов, натяжений и пр.) материал не образует трещин и сохраняет наружную целостность.

— Вязкость или ударная вязкость — антоним ломкости, то есть возможность сохранять целостность материала при возрастающих физических воздействиях.

— Износостойкость — способность к сохранению внутренней и внешней целостности при длительном трении.

— Жаростойкость — длительная возможность противостоять изменению формы, размера и разрушению при воздействии больших температур.

— Усталость — время и количество циклических воздействий, которые материал может выдержать без нарушения целостности.

Часто, говоряо тех или иных свойствах, мы путаем их названия: технологические свойства относим к физическим, физические к механическим и наоборот. И это неудивительно, ведь несмотря на глубинные отличия, лежащие в основе той или иной группы свойств, механические свойства не только крайне тесно связаны с другими характеристиками металлов, но и напрямую зависят от них.

Механические свойства металлов

Под механическими свойствами понимают характеристики, определяющие поведение металла (или другого материала) под действием приложенных внешних механических сил. К механическим свойствам обычно относят сопротивление металла (сплава) деформации (прочность) и сопротивление разрушению (пластичность, вязкость, а также способность металла не разрушаться при наличии трещин).

В результате механических испытаний получают числовые значения механических свойств, т. е. значения напряжений или деформаций, при которых происходят изменения физического и механического состояний материала.

Оценка свойств

При оценке механических свойств металлических материалов различают несколько групп их критериев.

1. Критерии, определяемые независимо от конструктивных особенностей и характера службы изделий. Эти критерии находятся путем стандартных испытаний гладких образцов на растяжение, сжатие, изгиб, твердость (статические испытания) или на ударный изгиб образцов с надрезом (динамические испытания).
2. Прочностные и пластические свойства, определяемые при статических испытаниях на гладких образцах хотя и имеют важное значение (они входят в расчетные формулы) во многих случаях не характеризуют прочность этих материалов в реальных условиях эксплуатации деталей машин и сооружений. Они могут быть использованы только для ограниченного числа простых по форме изделий, работающих в условиях статической нагрузки при температурах, близких к нормальной.
3. Критерии оценки конструктивной прочности материала, которые находятся в наибольшей корреляции со служебными свойствами данного изделия и характеризуют работоспособность материала в условиях эксплуатации.

Физические свойства металлов

Наиболее взаимозависимы между собой механические и химические свойства металлов, ведь именно химический состав металла или сплава, его внутреннее строение (особенности кристаллической решетки) диктуют все остальные его параметры. Если говорить о механических и физических свойствах металлов, то их чаще других путают между собой, что обусловлено близостью данных определений.

Физические свойства часто неотделимы от механических. К примеру, тугоплавкие металлы еще и самые прочные. Главное же отличие лежит в природе свойств. Физические свойства — те что проявляется в покое, механические — только под воздействием извне.

Не хуже других связаны механические и технологические свойства металлов. Например, механическое свойство металла «прочность» может быть результатом его грамотной технологической обработки (с этой целью нередко используют «закалку» и «старение»).

Обратная взаимосвязь не менее важна, к примеру, ковкость проявление хорошей ударной вязкости.

Делая вывод, можно сказать, что зная некоторые химические, физические или технологические свойства можно предугадать, как будет вести себя металл под воздействием нагрузки (т.е. механически), и наоборот.

В чем отличия механических свойств металлов и сплавов?

Различаются ли механические свойства металлов и сплавов? Безусловно. Ведь любой металлический сплав изначально создается с целью получения каких-либо конкретных свойств.

Некоторые сочетания легирующих элементов и основного металла в сплаве способны мгновенно преобразить легируемый элемент. Так алюминий ( не самый прочный и твердый металл в мире) в сочетании с цинком и магнием образует сплав по прочности сравнимый со сталью.

Все это дает практически неограниченные возможности в получении веществ наиболее близких к требуемым.

Отдельное внимание следует уделить механическим свойствам наплавленных металлов. Наплавленным считается металл, с помощью которого производилась сварка двух или более частей какого-то металлического элемента или конструкции.

Этот металл словно нитки соединяет разорванные части. От того, как будет вести себя «шов» под нагрузкой, будет зависеть безопасность и надежность всей конструкции.

Исходя из этого, крайне важно, чтобы свойства наплавленного металла были не хуже, чем у главного металла.

Конструкторская прочность металлов

Критерии конструктивной прочности металлических материалов можно разделить на две группы:

• критерии, определяющие надежность металлических материалов против внезапных разрушений (вязкость разрушения, работа, поглощаемая при распространении трещин, живучесть и др.). В основе этих методик, использующих основные положения механики разрушения, лежат статические или динамические испытания образцов с острыми трещинами, которые имеют место в реальных деталях машин и конструкциях в условиях эксплуатации (надрезы, сквозные отверстия, неметаллические включения, микропустоты и т. д.). Трещины и микронесплошности сильно меняют поведение металла под нагрузкой, так как являются концентраторами напряжений;
• критерии, которые определяют долговечность изделий (сопротивление усталости, износостойкость, сопротивление коррозии и т. д.).

Критерии оценки

Критерии оценки прочности конструкции в целом (конструкционной прочности), определяемые при стендовых, натурных и эксплуатационных испытаниях. При этих испытаниях выявляется влияние на прочность и долговечность конструкции таких факторов, как распределение и величина , дефектов технологии изготовления и конструирования металлоизделий и т. д.

Для решения практических задач металловедения необходимо определять как стандартные механические свойства, так и критерии конструктивной прочности.

Как определить механические свойства?

1. Экспериментальным путем. Среди основных методов определения механических свойств металлов можно выделить:
2. — испытания на растяжение;
3. — метод вдавливания по Бринеллю;

• — определение твердости металла по Роквеллу;
• — оценка твердости по Виккерсу;
• — определение вязкости с помощью маятникового копра;

Механические свойства имеют весьма серьезное значение. Их знание позволяет использовать металлы и их сплавы с наибольшей эффективностью и отдачей.

способ определения механических свойств металлических образцов

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при измерении твердости и механических свойств металлических образцов, в частности заготовок лопаток авиационного газотурбинного двигателя и деталей машин. Технический результат заключается в повышении эффективности способа за счет расширения его функциональных возможностей.

Способ определения механических свойств металлических образцов включает растяжение образца с получением диаграммы растяжения ( ) в координатах — , вдавливание индентора в испытуемый образец под измерительной нагрузкой РИЗМ, регистрацию внедрения индентора и получение экспериментальной диаграммы вдавливания, по диаграмме растяжения рассчитывают теоретическую кривую вдавливания P(h) T в координатах Р-h методом конечных элементов, непрерывно и одновременно измеряют и регистрируют измерительную нагрузку РИЗМ и глубину вдавливания индентора. Причем нагрузку измеряют непосредственно на инденторе, при этом изменяют нагрузку во времени t по линейной программе с постоянной скоростью 0 РИЗМ=kt РПРЕД, где k=dP/dt — скорость изменения нагрузки, t — время измерительного процесса, строят экспериментальную диаграмму вдавливания P(h)Э в координатах P-h, по точкам перегиба которой определяют механические свойства: модуль упругости Е, твердость, упрочнение в ходе деформации , предел текучести t, предел прочности в, совмещают экспериментальную и теоретическую кривые вдавливания, устанавливают корреляционную связь между точками перегиба диаграмм и параметрами, определяющими механические свойства, и судят о механических свойствах и годности образцов. 2 ил.

Способ определения механических свойств металлических образцов, заключающийся в том, что вдавливают индентор в испытуемый образец под измерительной нагрузкой РИЗМ, регистрируют внедрение индентора и получают экспериментальную диаграмму вдавливания, отличающийся тем, что предварительно проводят растяжение копии образца; получают диаграмму растяжения ( ) в координатах — , по которой методом конечных элементов рассчитывают теоретическую кривую вдавливания P(h)T в координатах Р-h; в процессе вдавливания непрерывно и одновременно измеряют и регистрируют измерительную нагрузку РИЗМ и глубину вдавливания индентора в образец, причем нагрузку измеряют непосредственно на инденторе, при этом изменяют нагрузку во времени t по линейному закону с постоянной скоростью 0 РИЗМ=kt РПРЕД, где k=dP/dt — скорость изменения нагрузки, t — время измерительного процесса; строят экспериментальную диаграмму вдавливания Р(h)Э в координатах Р-h, по точкам перегиба которой определяют механические свойства: модуль упругости Е, твердость, упрочнение в ходе деформации , предел текучести T, предел прочности в; совмещают экспериментальную и теоретическую кривые вдавливания; устанавливают корреляционную связь между точками перегиба диаграмм и параметрами, определяющими механические свойства, и при совпадении кривых и характерных точек считают образцы по механическим свойствам годными.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при измерении твердости и механических свойств металлических образцов, в частности заготовок лопаток авиационного газотурбинного двигателя и деталей машин.

Известен способ определения механических свойств металлических образцов, заключающийся во вдавливании индентора в испытуемый образец под измерительной нагрузкой, в регистрации внедрения индентора, определении твердости (Вариелло В.В. «Измерение твердости металлов». М., изд-во Госкомитета стандартов, мер и измерительных приборов СССР, 1965, с.46-50).

Известен способ определения механических свойств металлических образцов, заключающийся во вдавливании индентора в испытуемый образец под измерительной нагрузкой, в регистрации внедрения индентора, определении твердости по глубине отпечатка (Сена Л.А. Единицы физических величин и их размерности. Учебно-справочное руководство. — 3-е изд., переработанное и доп. — М.: Наука. 1988 — С.170-172).

Наиболее близким к заявляемому способу является способ определения механических свойств металлических образцов, включающий растяжение образца с получением диаграммы растяжения (h) в координатах — , вдавливание индентора в испытуемый образец под измерительной нагрузкой РИЗМ, регистрацию внедрения индентора и получение экспериментальной диаграммы вдавливания (Патент № 2160440, G01N 3/44).

Недостатком известных способов является низкая их эффективность из-за нестабильности показания при измерениях, что связано с конструктивным исполнением твердомеров, выполняющих функцию машины для механических испытаний металлических образцов и линейно-измерительного прибора.

Устанавливаемая измерительная (испытательная) нагрузка неодинакова при фиксировании начала отсчета глубины вдавливания индентора и при отсчете величины глубины отпечатка, несмотря на то, что создается каждый раз одним и тем же механизмом.

Это происходит из-за того, что фиксирование начала и конца отсчета происходит в положениях индентора, которым предшествовало его движение в разных направлениях, вследствие чего на результат измерения влияет погрешность обратного хода.

Поскольку погрешность обратного хода зависит от таких факторов, как люфты в звеньях механизма прибора и силы трения, значения которых неопределенным образом изменяются с течением времени, показания твердомера-глубиномера нестабильны, т.е. меняются с течением времени.

• Кроме того, известные способы имеют ограниченные функциональные возможности, так как позволяют измерять твердость материалов по глубине отпечатка только дискретно, а области упруго пластических деформаций в точках перегиба не изучаются и не измеряются параметры, характеризующие другие свойства материалов.
• Сужение функциональных возможностей известных способов и их низкая эффективность связаны и с тем, что запись диаграмм осуществляется в различных координатах по времени и невозможно установить корреляционную связь между факторами, определяющими механические свойства материалов, и соответственно необходимыми для устранения причин брака при изготовлении деталей.
• Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности способа за счет расширения его функциональных возможностей.
• Поставленная задача решается тем, что в способе определения механических свойств металлических образцов, заключающемся в том, что вдавливают индентор в испытуемый образец под измерительной нагрузкой РИЗМ , регистрируют внедрение индентора и получают экспериментальную диаграмму вдавливания, предварительно проводят растяжение копии образца; получают диаграмму растяжения ( ) в координатах — , по которой методом конечных элементов рассчитывают теоретическую кривую вдавливания P(h)T в координатах Р-h; в процессе вдавливания непрерывно и одновременно измеряют и регистрируют измерительную нагрузку РИЗМ и глубину вдавливания индентора в образец, причем нагрузку измеряют непосредственно на инденторе, при этом изменяют нагрузку во времени t по линейному закону с постоянной скоростью 0 РИЗМ=kt Р пред, где k=dP/dt — скорость изменения нагрузки, t — время измерительного процесса; строят экспериментальную диаграмму вдавливания Р(b)Э в координатах Р-h, по точкам перегиба которой определяют механические свойства: модуль упругости Е, твердость, упрочнение в ходе деформации , предел текучести т, предел прочности в, совмещают экспериментальную и теоретическую кривые вдавливания; устанавливают корреляционную связь между точками перегиба диаграмм и параметрами, определяющими механические свойства, и при совпадении кривых и характерных точек считают образцы по механическим свойствам годными.

Предлагаемый способ определения механических свойств образцов основывается на том, что под действием механических напряжений все реальные материалы вначале деформируются упруго, причем величина напряжения пропорциональна модулю упругости и относительной деформации образца. После достижения напряжений, соответствующих пределу текучести, начинается пластическая деформация. Непластичные материалы разрушаются при достижении предела прочности, в пластичных материалах происходит упрочнение, связанное с изменением структуры материала.

Изменение нагрузки Р во времени t по линейному закону с постоянной скоростью 0 Р=kt Р пред, где k=dP/dt — скорость изменения нагрузки, t — время измерительного процесса, позволяет повысить эффективность способа за счет равномерного воздействия на точки испытуемого образца и получения наиболее точной экспериментальной диаграммы вдавливания P(h)Э в координатах Р-h, особенно в точках перехода от упругой деформации в пластическую, от пластической деформации в область упрочнения.

Непрерывное и одновременное измерение и регистрация нагрузки и глубины вдавливания индентора и измерение нагрузки непосредственно на инденторе позволяют уменьшить погрешность построения диаграмм за счет исключения влияния механических факторов на точность измерений, таких как трение, запаздывание из-за инерционности механических узлов прибора.

Расчет теоретической кривой вдавливания по диаграмме растяжения методом конечных элементов, сравнение ее с экспериментальной кривой и установление корреляционной связи между точками перегиба диаграмм и параметрами, определяющими механические свойства образцов, позволяет по несовпадению кривых в точках перегиба диаграмм судить о влиянии внутренних и внешних факторов на механические свойства образцов, по совпадению кривых и параметров — судить о механических свойствах и годности образцов. Это позволяет выявить причины снижения качества образцов на различных этапах их обработки, что повышает функциональность способа. Кроме того, обеспечивается высокая точность определения механических свойств образцов и соответственно повышается эффективность способа.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства, реализующего способ определения механических свойств металлических образцов; на фиг.2 — иллюстрация процесса определения механических свойств металлических образцов; на фиг.

2а,б показаны экспериментальная диаграмма растяжения и теоретическая диаграмма вдавливания соответственно; на фиг.

2 в показано изменение нагрузки РИЗМ во времени t по заданному линейному закону с постоянной скоростью 0 РИЗМ=kt

Испытание материалов и сварных соединений

• Механические свойства характеризуют сопротивление металла деформации и разрушению под действием механических сил (нагрузки).
• К основным механическим свойствам относят:
• — прочность — пластичность — ударную вязкость
• — твердость
• Прочность – это способность металла не разрушаться под действием механических сил (нагрузки).
• Пластичность – это способность металла изменять форму (деформироваться) под действием механических сил (нагрузки) без разрушения.
• Ударная вязкость определяет способность металла противостоять ударным (динамическим) механическим силам (ударным нагрузкам).
• Твердость – это способность металла сопротивляться проникновению в него других более твердых материалов.

Виды и условия механических испытаний металлов

1. Для определения механических свойств выполняют следующие виды испытаний:
2. — испытания на растяжение; — испытания на статический изгиб; — испытания на ударный изгиб;
3. — измерение твердости.
4. К условиям испытаний образцов относятся: температура, вид и характер приложения нагрузки к образцам.
5. Температура проведения испытаний:

— нормальная (+20°С); — низкая (ниже +20°С, температура 0…

-60°С);

— высокая (выше+20°С, температура +100…+1200°С).

Вид нагрузок:

• Характер приложения нагрузки:
• — нагрузка возрастает медленно и плавно или остаётся постоянной — статические испытания; — нагрузка прилагается с большими скоростями; нагрузка ударная — динамические испытания;
• — нагрузка многократная повторно-переменная; нагрузка изменяется по величине или по величине и направлению (растяжение и сжатие) — испытания на выносливость.

Образцы для механических испытаний

Механические испытания выполняют на стандартных образцах. Форма и размеры образцов устанавливаются в зависимости от вида испытаний.

Для механических испытаний на растяжение используют стандартные цилиндрические (круглого сечения) и плоские (прямоугольного сечения) образцы. Для цилиндрических образцов в качестве основных приняты образцы диаметром dо=10 мм короткий lо=5×do = 50 мм и длинный lо=10×do = 100 мм.

2. Короткий круглый образец
4. Длинный круглый образец
5. Плоские образцы имеют толщину равную толщине листа, а ширина устанавливается равной 10, 15, 20 или 30 мм.
7. Плоский образец без головок для захватов разрывной машины
9. Плоский образец с головками

Механические свойства, определяемые при статических испытаниях

• Статическими называют испытания, при которых прилагаемая нагрузка к образцу возрастает медленно и плавно.
• При статических испытаниях на растяжение определяются следующие основные механические характеристики металла:
• — предел текучести (σ т); — предел прочности или временное сопротивление (σ в); — относительное удлинение (δ);
• — относительное сужение (ψ).
• Предел текучести – это напряжение, при котором образец деформируется без заметного увеличения растягивающей нагрузки.
• Предел прочности – это напряжение при максимальной нагрузке, предшествующей разрушению образца.
• Относительное удлинение – это отношение приращения длины образца после разрушения к его начальной длине до испытания.
• Относительное сужение – это отношение уменьшения площади поперечного сечения образца после разрушения к его начальной площади до испытания.
• При испытании на статическое растяжение железо и другие пластические металлы имеют площадку текучести, когда образец удлиняется при постоянной нагрузке Рm.

При максимальной нагрузке Рmax в одном участке образца появляется сужение поперечного сечения, так называемая “шейка”. В шейке начинается разрушение образца. Так как сечение образца уменьшается, то разрушение образца происходит при нагрузке меньше максимальной. В процессе испытания приборы рисуют диаграмму растяжения, по которой определяют нагрузки. После испытания разрушенные образцы складывают вместе и измеряют конечную длину и диаметр шейки. По этим данным рассчитывают прочность и пластичность.

Механические испытания на ударный изгиб

Динамическими называют испытания, при которых скорость деформирования значительно выше, чем при статических испытаниях.

Динамические испытания на ударный изгиб выявляют склонность металла к хрупкому разрушению. Метод основан на разрушении образца с надрезом (концентратором напряжений) одним ударом маятникового копра.

1. Стандарт предусматривает образцы с надрезами трех видов:
2. образец U – образный с радиусом R = 1 мм (метод KCU);
3. образец V – образный с радиусом R = 0.25 мм (метод KCV);
4. образец I – образный с усталостной трещиной (метод КСТ).
5. Под ударной вязкостью понимают работу удара, отнесенную к начальной площади поперечного сечения образца в месте концентратора.

После испытания по шкале маятникового копра определяют работу удара, которую затрачивают на разрушение образца. Площадь сечения образца определяют до разрушения.

Определение твердости металлов

Твердостью называется свойство металла оказывать сопротивление пластической деформации в поверхностном слое при вдавливании шарика, конуса или пирамиды. Измерение твердости отличается простотой и быстротой осуществления и выполняется без разрушения изделия. Широкое применение нашли три метода определения твердости:

• — твердость по Бринеллю (единица твердости обозначается HB); — твердость по Роквеллу (единица твердости обозначается HR);
• — твердость по Виккерсу (единица твердости обозначается HV).
• Определение твердости по Бринеллю заключается во вдавливании стального шарика диаметром D = 10 мм в образец (изделие) под действием нагрузки и в измерении диаметра отпечатка d после снятия нагрузки.

Твердость по Бринеллю обозначают цифрами и буквами НВ, например, 180 НВ. Чем меньше диаметр отпечатка, тем выше твердость. Чем выше твердость, тем больше прочность металла и меньше пластичность. Чем мягче металл, тем меньше устанавливают нагрузку на приборе. Так при определении твердости стали и чугуна нагрузку принимают 3000 Н, никеля, меди и алюминия – 1000 Н, свинца и олова – 250 Н.

Определение твердости по Роквеллу заключается во вдавливании наконечника с алмазным конусом (шкалы А и С) или стального шарика диаметром 1.

6 мм (шкала В) в испытуемый образец (изделие) под действием последовательно прилагаемых предварительной (Ро )и основной (Р) нагрузок и в измерении глубины внедрения наконечника (h).

Твердость по Роквеллу обозначается цифрами и буквами HR с указание шкалы. Например, 60 HRC (твердость 60 по шкале С).

Определение твердости по Виккерсу заключается во вдавливании алмазного наконечника, имеющего форму правильной четырехгранной пирамиды, в образец (изделие) под действием нагрузки и в измерении диагонали отпечатка d, оставшегося после снятия нагрузки. Метод используется для определения твердости деталей малой толщины и тонких поверхностных слоёв с высокой твердостью. Твердость по Виккерсу обозначается цифрами и буквами HV, например, 200 HV.

Испытания на статический изгиб

Технологические испытания на статический изгиб служит для определения способности металла воспринимать заданный по форме и размерам загиб. Аналогичные испытания проводят и на сварных соединениях.

Испытанию на загиб подвергают образцы из листового и фасонного (пруток, квадрат, уголок, швеллер и др.) металла. Для листового металла ширина образца (b) принимается равной двойной толщине(2•t), но не менее 10 мм. Радиус оправки указывается в технических условиях.

1. Различают три вида изгиба:
2. — загиб до определенного угла; — загиб вокруг оправки до параллельности сторон;
3. — загиб вплотную до соприкосновения сторон (сплющивание).
4. Отсутствие в образце трещин, надрывов, расслоений или излома является признаком того, что образец выдержал испытание.

Стандартные методы определения механических свойств. сварных и паяных соединений

Существует много стандартных методов определения механи­ческих свойств металлов. Это испытания на растяжение, испытания гладких образцов на статический изгиб и надрезанных образцов на ударный изгиб, определение твердости металла, испытание на длительную прочность и многие другие.

Основное назначение этих испытаний состоит в получении количественных характеристик металла, необходимых для выполнения инженерных расчетов.

Часть методов предназначена для получения характеристик ме­талла, которые хотя и не участвуют как количественные в расчетах на прочность, но используются для качественной оценки работо­способности изготовляемых из него деталей или для установления соответствия металла техническим условиям на его поставку.

Большая часть этих методов испытаний может быть применена — также и для оценки механических свойств металла шва, около — шовных зон или даже сварных соединений. Тем не менее существу­ет отдельный стандарт (ГОСТ 6996—66 «Сварные соединения. Ме­тоды определения механических свойств»), который специально регламентирует процедуру испытаний только сварных соединений.

Назначение этих методов испытаний состоит в определении механических свойств, которые используются для количественной и качественной оценки работоспособности сварных соединений и конструкций, а также для сравнения механических свойств основ­ного металла и металла сварных соединений с целью оценки соот­ветствия принятой технологии сварки тем требованиям, которые предъявлены к сварной конструкции. Рассмотрим основные требо­вания к образцам и условиям проведения стандартных испытаний сварных соединений.

В испытаниях на статическое растяжение образцов (рис. 3.3) определяют условный или действительный предел текучести ат, временное сопротивление ав, относительное удлинение после раз­рыва б5 на образцах, рабочая длина /0 которых в пять раз больше диаметра d0, относительное сужение после разрыва ф.

Образцы изготовляют из металла шва, участков околошовной зоны илинаплавленного металла. Отбор образцов ведут либо непосред­ственно из конструкции, либо из специально сваренных соедине­ний. Такие образцы используются для испытаний при нормальной и пониженной температурах.

Образцы с резьбой на концах исполь­зуются при различных температурах, в том числе и при повышенных.

Для определения сопротивляемости металла разрушению при ударных нагрузках в присутствии концентратора испы­тания на ударный изгиб надрезанных образцов (рис. 3.4). Определяют так называемую удар­ную вязкость ан метал­ла шва, околошовной зо­ны в различных участ­ках и наплавленного металла. Надрез распо­лагают в том месте, где необходимо определить свойства.

Используют надрезы с различной остротой. Чем острее надрез, тем меньше работа, затрачиваемая на изгиб образца до появ­ления трещины, и тем больше работа, идущая на распространение трещины по образцу аи = A IF, где А — работа, идущая на удар­ный излом образца; F— площадь поперечного сечения в зоне над­реза. Величину аа в СИ выражают в Дж/м2 или (чаще) в кратных единицах — МДж/м2.

Ранее применялась единица 1 кгс-м/см2 « «0,1 МДж/м2.

Измерение твердости металла позволяет косвенно судить о его механических свойствах и структурном состоянии, а также позво­ляет определить размеры закаленных и отпущенных зон, степень упрочнения и разупрочнения металла в сварном соединении.

Изме­рение твердости основного металла, металла околошовной зоны и шва производят на приборах Виккерса, Роквелла и Бринелляна макрошлифах поперечного сечения образцов.

Твердость опре­деляют вдавливанием в необходимые точки образца индентора — алмазной пирамиды (Виккерс), алмазного конуса (Роквелл) или стального шарика (Бринелль) — с последующим измерением раз­мера отпечатка и пересчетом в соответствующие единицы твер­дости (HV, HRC, НВ).

Испытание сварного соединения на статическое растяжение предназначено для определения прочности сварного соединения. Для определения прочности стыковых соединений используют плоские образцы, представленные на рис. 3.5. Утолщение шва

снимают механическим пу­тем. Разрушение происхо­дит обычно по наименее прочному участку соедине­ния. Уровень прочности, определяемый таким пу­тем, характеризует проч­ность сварного соединения в целом, а не прочность отдельной слабой зоны (см. § 3).

Для определения проч­ности металла шва в об­разцах делают выкружку, ослабляющую среднюю часть образца (рис. 3.6). Определяют временное со­противление по формуле

о’в = kP/F,

где k — поправочный ко­эффициент, для сталей k = 0,9; F — площадь на­именьшего поперечного сечения до испытания.

Для определения пла­стичности металла стыко­вых сварных соединений проводят испытания образцов на статический изгиб. Образцы прямоугольной формы (рис. 3.

7, а, б), вырезанные вдоль или поперек стыкового шва и механически обработанные со всех сто­рон, помещают на две опоры специального приспособления и производят изгиб образцов посередине пуансоном, имеющим радиус закругления, соответствующий конкретной толщине образца.

Изгиб производят до появления трещины или надрывов длиной более 5 мм на растянутой стороне образца. Угол а (рис. 3.7, в) характеризует пластичность металла сварного соединения.

• Свойства паяных соединений определяют при ударном и стати­ческом нагружениях согласно ГОСТ 23046—78 и 23047—78. Стати-
• а — шов расположен вдоль образца; б — шов расположен поперек образца; в — вид
• образца после испытания
• а)
• а — на ударный изгиб; б — на ударный срез; в — на ударный изгиб для стыковых сое-динений; г — на ударный изгиб для косых соединений

снимает наклеп, достигнутый при холодной прокатке металла. На рис. 3.11 показано распределение твердости в сварном соедине­нии из сплава АМгб. Твердость шва и околошовной зоны близки к твердости отожженного металла. Предел прочности и пргдел те­кучести оказываются заметно

ниже, чем у основного ме — WK — Основной нагартобонный металл талла, а пластичность повы — 120 шается. Представление о раз­мерах зоны и степени разуп­рочнения Дает также табл.3.1.

Зоны, где металл обладает пониженным пределом теку­чести по отношению к преде­лу текучести соседнего метал­ла, называют мягкими прослойками.

Паяные стыковые соедине­ния, припой в которых менее прочен, чем основной металл, также содержат мягкую про­слойку. Прочность таких соединений зависит не только от проч­ности металла мягкой зоны, но и от ее относительного размера % = his, где h — ширина прослойки; s— толщина металла.

Таблица 3.1 Изменение свойств наклепанного металла в сварных стыковых соединениях Материал, вид сварки Половина ширины зоны разупрочне­ния в сварном соединении, мм Основной металл в наклепанном состоянии Сварное соединение0 в зоне разупроч­нения о_, МПа а, град Понравилась статья? Поделиться с друзьями: Вам также может быть интересно Сварка 1с бухгалтерия реализация металлолома Владимир Ильюков С 1 января 2018 года в НК РФ появилась новая категория налоговых Сварка Атомы металлов отдают или принимают электроны чем отдают    Немного углубимся в этот раз в химию: рассмотрим строение атома, расположение электронов, принципы Сварка Выполнение правки полосового металла Кривизну деталей проверяют на глаз (рис. 82,а) или по зазору между плитой и уложенной Сварка Дерево металл пластик кожа В этом уроке рассмотрим основные настройки материала CoronaMtl. Создадим материалы: пластик, керамика, хром, зеркало, Сварка Деревянные лестницы для дома металл Менеджер позвонит вам для уточнения деталей в течение 20 минут. Примерная стоимость лестницы — . Заполните заявку Сварка Животные живут за металл ImageGap / Getty Images Есть три типа роющих животных: первичные землекопы, которые роют себе