КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА МЕТАЛЛА ПО ЕГО МЕХАНИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА МЕТАЛЛА ПО ЕГО МЕХАНИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ



Теоретические предпосылки

Контроль качества металла по его механическим характеристикам наиболее распространенный метод входного и выходного контроля состояния металла на любых предприятиях, связанных с получением и обработкой металлов.

Существует большое количество различных механических характеристик, определяемых при наложении статических или динамических нагрузок на металл и оценивающих его качество, однако наиболее широко используются следующие механические характеристики:

sВ - предел прочности или временное сопротивление разрыву, кгс/мм2;

 sТ – предел текучести, кгс/мм2;

s0,2 –условный предел текучести, кгс/мм2;

Е – модуль упругости, кгс/мм2;

d - относительное удлинение, %;

Y - относительное сужение, %:

К – трещиностойкость или вязкость разрушения, МПА м1/2

НB, HV, HRC, HRB, HRA – твердость; НB, HV, кгс/мм2, HRC, HRB, HRA в условных единицах.

КСU, KCV, KCT – ударная вязкость, дж/мм2;

sR, s-1 – предел усталости (предел выносливости) кгс/мм2

Первые шесть видов механических характеристик определяются с помощью снятия кривых растяжения стандартных образцов рис.2.1 при наложении на них медленно меняющейся растягивающей нагрузки.

Испытания проводят на разрывных машинах, которые накладывают меняющуюся нагрузку и фиксируют величину растяжения металла. В исследуемых образцах круглого или прямоугольного сечения стандартизируются рабочая длина (l) и площадь сечения (F) рис.2.1.

F нач

 

или

 

l нач  

 

Рис.2.1 Образцы для испытаний на разрыв

 

В процессе испытания снимается кривая растяжения металла, виды которой представлены на рис 2.2. и 2.3.

Δ l, %
σ, кгс/мм2
σ В
σ т
1
2
Зуб текучести
Область упругой деформации металла

 

 


Область пластической деформации металла

 


Рис.2.2. Кривая растяжения с зубом текучести.

Δ l, %
0,2%
                                                                             σ0.2

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      

Рис.2.3. Кривая растяжения металла без зуба текучести.            

 

Кривая, представленная на рис. 2.2. имеет четкий переход от области упругой деформации к области пластической деформации через зуб текучести. Кривая представленная на рис 2.3. не имеет четкого перехода от упругой к пластической деформации.

На кривой растяжения, представленной на рис.2.2, можно выделить два основных участка: участок 1- называется областью упругой деформации металла. Если в этой области с металла нагрузку снять, то металл возвращается в исходное состояние, кривая растяжения на этом участке линейна; участок 2 – область пластической деформации, при снятии с металла нагрузки в этой области на нем остается остаточное удлинение.

Величина нагрузки, при которой наблюдается переход от упругой деформации к пластической, обозначается σт и называется пределом текучести.

Для многих металлов чёткого перехода от области 1 к 2 не существует, зуб текучести на кривых отсутствует (рис.2.3), переход происходит плавно. В этом случае вводится понятие условного предела текучести σ0,2 – это нагрузка на металл, вызывающая остаточное удлинение, равное 0,2% от первоначальной длины образца. Для определения условного предела текучести σ0,2 на кривой абсцисс откладывается остаточное удлинение равное 0,2% от первоначальной длины образца и из этой точки проводится прямая параллельная кривой растяжения в области упругой деформации до пересечения с кривой растяжения. Точка пересечения и определит значение σ0,2 (рис. 2.3).

При дальнейшем наложении нагрузки на образец при достижении величины нагрузки, обозначенной на рис.2.2 и 2.3 символом σВ, на образце начинает образовываться шейка и по истечение небольшого времени образец рвется. Нагрузка, вызывающая разрыв образца, σВ – называется пределом прочности или временным сопротивлением разрыву. Наряду с пределом текучести это одна из характеристик прочности металла.

Кривые растяжения позволяют также определить модуль упругости (Е) и характеристики пластичности (δ и Ψ).

Модуль упругости Е численно равен тангенсу угла наклона кривой растяжения в области упругой деформации Е = σ/∆l, кгс/мм2. Е служит характеристикой упругости (жёсткости) металла и его способности упруго растягиваться.

Фиксируя размеры образца в момент его разрыва, можно получить характеристики пластичности: относительное удлинение δ и относительное сужение Ψ.

Относительное удлинение определяется: δ = (lкон - lнач)/lнач. 100%,

где  lнач – начальная стандартизированная длина образца;

 lкон – конечная длина образца;

lкон = lнач + ∆l;

∆l = l1 + l2,

где l1 – удлинение по всей длине образца (зависит от первоначальной длины  образца и от вида металла); l2 – удлинение в области шейки (зависит только от вида металла).

Чем больше величина относительного удлинения, тем более пластичен металл, тем легче он обрабатывается деформацией.

Относительное сужение: Ψ = (Fнач - Fкон)/Fнач. 100%,

где, Fнач –начальное сечение образца;

Fкон – конечное сечение образца в области шейки.

Еще одной характеристикой прочности металла при наличии на нем дефектов является трещиностойкость или вязкость разрушения. Количественной характеристикой трещиностойкости является коэффициент интенсивности напряжений в вершине трещины.

При испытаниях с применением плоских образцов с трещиной рис.2.4 коэффициент интенсивности в вершине трещины обозначается К.

Коэффициент интенсивности напряжений в вершине трещины определяется по следующей формуле:

К = уσн√πс ,

с
σн
                                                                                                                                         

   

 

 

 


 Рис.2.4. Вид плоского образца для определения трещиностойкости

где  у – безразмерный коэффициент, зависящий от вида и размера образца для испытаний; σн – нагрузка, вызывающая разрыв образца; с – длина трещины.

Прочность металла при ударных нагрузках характеризуется ударной вязкостью КСU, KCV, KCT, дж/мм2.

 

KCT
KCV
KCU
                                      

R = 1мм
R = 0,25мм
усталостная трещина

 


Рис.2.5. Образцы для испытаний на ударную вязкость.

 

Испытания  по определению ударной вязкости проводят с помощью маятникового копра, разрушающего испытуемый образец за один удар. Образцы для испытаний имеют форму параллелепипеда с концентраторами напряжений в виде канавок или трещины, рис.2.5.

В процессе испытаний определяется работа, затраченная на излом образца. Эта работа, отнесенная к площади сечения образца, и дает значение ударной вязкости.

Прочность металла в условиях динамической нагрузки характеризуется с помощью  предела выносливости или предела усталости: σR(-1).  Предел выносливости определяется с помощью снятия кривых усталости. Чтобы снять кривую усталости, необходимо испытать ряд образцов. На образец накладывается динамическая нагрузка с определенной амплитудой и определяется количество циклов до разрыва образца. На следующих образцах амплитуда задаваемой нагрузки снижается и вновь определяется время до разрыва. Далее по полученным точкам строится кривая усталости рис.2.6. 

2
  σВ
σ-1,R)
nциклов
108
 
103
1  
10
102
104
105
106
107

Рис. 2.6. Кривые усталости: 1 – при наличии предельного участка; 2- при отсутствии предельного участка.

Предельная нагрузка, при которой не происходит разрыва образца при любом количестве циклов (рис.2.6, кривая 1), называется пределом усталости (s-1, sR) или пределом выносливости.

Динамические нагрузки могут быть симметричными и асимметричными (рис 2.7).

а) симметричные (А12)

 

A2
A1
A1
τцикла
σ
τ
А2
σ-1
τцикла
τ

б) асимметричные (А1 2)

A2
A1
A1
σ
τ
τцикла
σ-1
τ
τцикла

Рис.2.7. Виды нагрузок при испытаниях на усталость.

 

При симметричной динамической нагрузке предел выносливости обозначается s-1; при асимметричной sR.

На некоторых металлах не наблюдается предельного участка (рис.2.6, кривая 2), тогда вводят понятие условного предела усталости. За условный предел усталости принимается нагрузка, при которой не происходит разрыва образца до 107 циклов испытаний для черных металлов и 108 циклов испытаний для цветных металлов. 

Интересно отметить, что величина предела выносливости связана с пределом прочности материала, так для углеродистых сталей при симметричной нагрузке s-1 обычно составляет 0,6 σВ.

Из всех механических характеристик металлов наиболее широко в практике используется твердость. Это связано с тем, что испытания на твердость стандартизированы, достаточно хорошо воспроизводятся, не требуют длительного времени. Кроме того, твердость часто можно определять непосредственно на деталях, то есть, нет необходимости в специальном изготовлении образцов. Твердость является интегральной характеристикой металла, позволяющей судить о его прочности, износостойкости, способности к обработке давлением и т.д.

 



Последнее изменение этой страницы: 2021-04-05; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.236.55.22 (0.012 с.)