Технологія конструкційних матеріалів та матеріалознавство (стр. 14 )

Щирий опір руйнуванню значно більше межі міцності, тому що воно визначається щодо кінцевої площі поперечного перерізу зразка.

Щира діаграма розтягання

- кінцева площа поперечного перерізу зразка.

Щирі напруги визначають як відношення навантаження до площі поперечного перерізу в цей момент часу.

При випробуванні на розтягання визначаються й характеристики пластичності.

Пластичність –– здатність матеріалу до пластичної деформації, тобто здатність одержувати залишкову зміну форми й розмірів без порушення суцільність.

Цю властивість використовують при обробці металів тиском.

Характеристики:

- відносне подовження.

- початкова й кінцева довжина зразка.

- абсолютне подовження зразка, визначається виміром зразка після розриву.

- відносне звуження

- початкова площа поперечного перерізу

-площа поперечного перерізу в шейку після розриву.

Відносне звуження більш точно характеризує пластичність і служить технологічною характеристикою при листовому штампуванні.

Пластичні матеріали більше надійні в роботі, тому що для них менше ймовірність небезпечного тендітного руйнування.

Лекція

Механічні властивості й способи визначення їхніх кількісних характеристик: твердість, в'язкість, стала міцність

Твердість – це опір матеріалу проникненню в його поверхню стандартного тіла (індентора), що не деформується при випробуванні.

Широке поширення пояснюється тим, що не потрібні спеціальні зразки.

Це неруйнуючий метод контролю. Основний метод оцінки якості термічній обробці виробу. Про твердість судять або по глибині проникнення индентора (метод Роквелла), або по величині відбитка від вдавлення (методи Бринелля, Виккерса, мікротвердості).

У всіх випадках відбувається пластична деформація матеріалу. Чим більше опір матеріалу пластичної деформації, тим вище твердість.

Найбільше поширення одержали методи Бринелля, Роквелла, Виккерса й мікротвердості. Схеми випробувань представлені на мал.

Схеми визначення твердості: а – по Бринеллю; б – по Роквеллу; в – по

Виккерсу

Твердість по Бринеллю ( ДЕРЖСТАНДАРТ 9012)

Випробування проводять на твердомір Бринелля. У якості індентора використовується сталева загартована кулька діаметром D 2,5; 5; 10 мм, залежно від товщини виробу.

Навантаження Р, залежно від діаметра кульки й вимірюваної твердості: для термічно обробленої сталі й чавуну - , литий бронзи й латуні - , алюмінію й інших дуже м'яких металів - .

Тривалість витримки/: для сталі й чавуну - 10 з, для латуні й бронзи - 30 с.

Отриманий відбиток виміряється у двох напрямках за допомогою лупи Бринелля.

Твердість визначається як відношення прикладеного навантаження Р к сферичної поверхні відбитка F:

Стандартними умовами є D = 10 мм; Р = 3000 кгс; = 10 с. У цьому випадку твердість по Бринеллю позначається НВ 250, в інших випадках вказуються умови: НВ D / P / /, НВ 5/ 250 /30 - 80.

Метод Роквелла ДЕРЖСТАНДАРТ 9013

Заснований на вдавленні в поверхню наконечника під певним навантаженням

Індентор для м'яких матеріалів (до НВ 230) - сталева кулька діаметром 1/16” (1,6 мм), для більше твердих матеріалів - конус алмазний.

Навантаженні здійснюється у два етапи. Спочатку прикладається попереднє навантаження (10 кгс) для щільного зіткнення наконечника зі зразком. Потім прикладається основне навантаження Р1, протягом деякого часу діє загальне робоче навантаження Р. Після зняття основного навантаження визначають значення твердості по глибині залишкового вдавлення наконечника h під навантаженням.

Залежно від природи матеріалу використовують три шкали твердості

Таблиця. Шкали для визначення твердості по Роквеллу

Метод Виккерса

Твердість визначається по величині відбитка У якості індентора використовується алмазна чотиригранна піраміда з кутом при вершині 136o.

Твердість розраховується як відношення прикладеного навантаження P до площі поверхні відбитка F:

Навантаження Р становить 5…100кгс. Діагональ відбитка d виміряється за допомогою мікроскопа, установленого на приладі.

Перевага даного способу в тім, що можна вимірювати твердість будь-яких матеріалів, тонкі вироби, поверхневі шари. Висока точність і чутливість методу.

Спосіб мікротвердості – для визначення твердості окремих їх структурних тридцятилітніх і фаз сплаву, дуже тонких поверхневих шарів (соті частки міліметра).

Аналогічний способу Виккерса. Індентор - піраміда менших розмірів, навантаження при вдавленні Р становлять 5...500 гс

Метод дряпання.

Алмазним конусом, пірамідою або кулькою наноситься подряпина, що є мірою. При нанесенні подряпин на інші матеріали й порівнянні їх з мірою судять про твердість матеріалу.

Можна нанести подряпину шириною 10 мм під дією певного навантаження. Спостерігають за величиною навантаження, що дає цю ширину.

Динамічний метод (по Шору)

Кульку кидають на поверхню із заданої висоти, він відскакує на певну величину. Чим більше величина відскоку, тим твердіше матеріал.

У результаті проведення динамічних випробувань на ударний вигин спеціальних зразків з надрізом (ДЕРЖСТАНДАРТ 9454) оцінюється в'язкість матеріалів і встановлюється їхня схильність до переходу із грузлого стану в тендітне.

В'язкість - здатність матеріалу поглинати механічну енергію зовнішніх сил за рахунок пластичної деформації.

Є енергетичною характеристикою матеріалу, виражається в одиницях роботи В'язкість металів і сплавів визначається їхнім хімічним складом, термічною обробкою й іншими внутрішніми факторами.

Також в'язкість залежить від умов, у яких працює метал (температури, швидкості навантаження, наявності концентраторів напруги).

Вплив температури.

 З підвищенням температури в'язкість збільшується

Границя текучості Sт істотно змінюється зі зміною температури, а опір відриву Sот не залежить від температури. При температурі вище Тв границя текучості менше опору відриву. При навантаженні спочатку має місце пластичне деформування, а потім - руйнування. Метал перебуває в грузлому стані.

При температурі нижче Тн опір відриву менше границі текучості. У цьому випадку метал руйнується без попередньої деформації, тобто перебуває в тендітному стані. Перехід із грузлого стану в тендітне здійснюється в інтервалі температур.

Холодноламкістю називається схильність металу до переходу в тендітний стан зі зниженням температури.

Холодноламкими є залізо, вольфрам, цинк і інші метали, що мають об’ємноцентровану кубічну й гексагональну щільно запаковану кристалічну решітку.

Способи оцінки в'язкості.

Ударна в'язкість характеризує надійність матеріалу, його здатність пручатися тендітному руйнуванню

Випробування проводять на зразках з надрізами певної форми й розмірів. Зразок установлюють на опорах копра надрізом убік, протилежну удару ножа маятника, що піднімають на певну висоту

Рис.7.3. Схема випробування на ударну в'язкість: а – схема маятникового копра; б – стандартний зразок з надрізом; в – види концентраторів напруг; г – залежність в'язкості від температури

На руйнування зразка затрачається робота:

Де: Р – вага маятника, Н – висота підйому маятника до удару, h – висота підйому маятника після удару. Вплив температури на пластичний і тендітний стан.

Характеристикою в'язкості є ударна в'язкість (ан), - питома робота руйнування.

де: F0 - площа поперечного перерізу в місці надрізу.

ДЕРЖСТАНДАРТ 9454 - 78 ударну в'язкість позначає KCV. KCU. KCT. KC - символ ударної в'язкості, третій символ показує вид надрізу: гострий (V), з радіусом закруглення (U), тріщина (Т) Серійні випробування для оцінки схильності металу до холодноламкості й визначення критичних порогів холодноламкості.

Випробовують серію зразків при різних температурах і будують криві ударна в'язкість – температура ( ан – Т), визначаючи пороги холодноламкості.

Поріг холодноламкості - температурний інтервал зміни характеру руйнування, є важливим параметром конструкційної міцності. Чим нижче поріг холодноламкості, тим менш чутливий метал до концентраторів напруг (різкі переходи, отвори, ризики), до швидкості деформації.

Оцінка в'язкості по виду зламу.

При грузлому стані металу в зламі більше 90 % волокон, за верхній поріг холодноламкості Тв приймається температура, що забезпечує такий стан. При тендітному стані металу в зламі 10 % волокон, за нижній поріг холодноламкості Тн приймається температура, що забезпечує такий стан. У техніку за поріг холодноламкості приймають температуру, при якій у зламі 50 % в'язанням тридцятилітньому. Причому ця температура повинна бути нижче температури експлуатації виробів не менш чим на 40oС.