Încercarea la tracțiune a metalului constă în întinderea probei cu reprezentarea grafică a dependenței alungirii probei (Δl) de sarcina aplicată (P), cu reconstruirea ulterioară a acestei diagrame într-o diagramă a tensiunilor condiționate (σ - ε)
Încercările de tracțiune se efectuează conform, conform aceluiași GOST, se determină și probele pe care se efectuează încercările.
După cum sa menționat mai sus, în timpul testării, este construită o diagramă de tracțiune a metalului. Are mai multe zone caracteristice:
- Secţiunea OA - secţiunea de proporţionalitate între sarcina P şi alungirea ∆l. Aceasta este zona în care se păstrează legea lui Hooke. Această proporționalitate a fost descoperită de Robert Hooke în 1670 și mai târziu a fost numită legea lui Hooke.
- Secțiunea OV - secțiune de deformare elastică. Adică, dacă pe eșantion se aplică o sarcină care nu depășește Ru și apoi se descarcă, atunci în timpul descărcării, deformațiile probei vor scădea conform aceleiași legi conform căreia au crescut în timpul încărcării.
Deasupra punctului B, diagrama tensiunii se abate de la linia dreaptă - deformația începe să crească mai repede decât sarcina, iar diagrama ia o formă curbilinie. Cu o sarcină corespunzătoare lui Pt (punctul C), diagrama intră într-o secțiune orizontală. În această etapă, specimenul primește o alungire reziduală semnificativă cu o creștere mică sau deloc a sarcinii. Obținerea unei astfel de secțiuni pe diagrama de tensiune se explică prin proprietatea materialului de a se deforma sub o sarcină constantă. Această proprietate se numește fluiditatea materialului, iar secțiunea diagramei de tensiune paralelă cu axa x se numește platou de curgere.
Uneori, platforma de randament este ondulată. Aceasta se referă cel mai adesea la întinderea materialelor plastice și se explică prin faptul că la început se formează o subțiere locală a secțiunii, apoi această subțiere trece la volumul învecinat al materialului, iar acest proces se dezvoltă până la propagarea unei astfel de undă. rezultă o alungire generală uniformă corespunzătoare punctului de curgere. Când există un dinte de curgere, la determinarea proprietăților mecanice ale materialului, se introduc conceptele de limite superioare și inferioare de curgere.
După apariția platoului de randament, materialul capătă din nou capacitatea de a rezista la întindere și diagrama se ridică. În punctul D, forța atinge valoarea maximă Pmax. Când se atinge forța Pmax, pe eșantion apare o îngustare locală accentuată - gâtul. O scădere a ariei secțiunii transversale a gâtului provoacă o scădere a sarcinii, iar în momentul corespunzător punctului K al diagramei, proba se rupe.
Sarcina aplicată la întinderea epruvetei depinde de geometria specimenului respectiv. Cu cât aria secțiunii transversale este mai mare, cu atât este mai mare sarcina necesară pentru a întinde specimenul. Din acest motiv, diagrama mașinii rezultată nu oferă o evaluare calitativă a proprietăților mecanice ale materialului. Pentru a elimina influența geometriei probei, diagrama computerizată este reconstruită în coordonatele σ - ε prin împărțirea ordonatelor P la aria secțiunii transversale inițiale a probei A0 și abscisa ∆l la lo. O diagramă rearanjată în acest fel se numește diagramă de stres condiționat. Deja conform acestei noi scheme sunt determinate caracteristicile mecanice ale materialului.
Se determină următoarele caracteristici mecanice:
Limită de proporționalitate σpts- stresul cel mai mare, după care se încalcă valabilitatea legii lui Hooke σ = Еε , unde Е este modulul de elasticitate longitudinală, sau modulul de elasticitate de primul fel. În acest caz, E \u003d σ / ε \u003d tgα, adică modulul E este tangenta unghiului de înclinare a părții rectilinie a diagramei la axa absciselor
Limită elastică σу- solicitarea condiționată corespunzătoare apariției deformațiilor reziduale de o anumită valoare specificată (0,05; 0,001; 0,003; 0,005%); toleranța la deformarea reziduală este indicată în indicele de la σy
Limita de curgere σt- efort la care are loc o creștere a deformației fără o creștere vizibilă a sarcinii de tracțiune
De asemenea, alocă limita de curgere condiționată- aceasta este efortul condiționat la care deformația reziduală atinge o anumită valoare (de obicei 0,2% din lungimea de lucru a probei; atunci limita de curgere condiționată se notează cu σ0,2). Valoarea lui σ0,2 se determină, de regulă, pentru materialele care nu au platformă sau dinte de curgere în diagramă
Proprietățile mecanice ale metalelor
Comportarea unui metal la sarcină este determinată de proprietățile sale mecanice (rezistență, ductilitate, duritate, elasticitate, rigiditate, tenacitate). Metodele de testare a proprietăților mecanice, în funcție de natura încărcăturii, se împart în trei grupe: statice, când sarcina crește lent (ne); dinamic - sarcina crește la viteză mare (instantaneu) - impact; ciclic - cu sarcini variabile repetitive, când sarcina se modifică de mai multe ori în mărime și semn (încercări de oboseală).
Proprietățile mecanice ale metalelor sub încărcare statică.În urma testelor se determină următoarele caracteristici ale metalelor: rezistență, ductilitate, duritate, elasticitate, rigiditate.
Putere- proprietatea unui metal de a rezista deformarii plastice si distrugerii sub actiunea fortelor externe. Având în vedere dependența de metoda de încărcare statică, există rezistențe la tracțiune, compresiune și încovoiere.
Încercări de tracțiune. Pentru testare se folosesc probe speciale cilindrice sau plate. Lungimea eșantionului calculată este de zece sau de cinci ori diametrul. Proba este fixată într-o mașină de testare și încărcată. Rezultatele testelor sunt reflectate în diagrama de tracțiune.
Pe diagrama de tracțiune a metalelor ductile (Fig. 13, a) se pot distinge trei secțiuni: OA - rectilinie, corespunzătoare deformației elastice; AB - curbiliniu, corespunzator deformarii elastic-plastice cu sarcina in crestere; BC - corespunzator deformarii elastoplastice atunci cand sarcina este redusa. În punctul C, proba este distrusă, împărțind-o în două părți.
De la începutul deformării (punctul O) până la punctul A, proba este deformată proporțional cu sarcina aplicată. Secțiunea OA este o linie dreaptă. Tensiunea maximă, care nu depășește limita proporțională, provoacă practic doar deformare elastică, în acest sens, este adesea numită limita elastica metal.
Orez. 13. Diagrama de deformare a metalelor ductile:
a - cu o platformă de randament; b - fără limită de curgere
La testarea metalelor ductile, pe curba de tracțiune se formează o zonă de curgere AA¢. În acest caz, se numește tensiunea corespunzătoare acestei zone, s t puterea de curgere fizică. Limita de curgere fizică - ϶ᴛᴏ efortul cel mai scăzut la care metalul se deformează (curge) fără o modificare vizibilă a sarcinii.
Se numește stresul care provoacă o deformare permanentă egală cu 0,2% din lungimea inițială a probei limita de curgere condiționată(σ 0,2).
Secțiunea A¢B (vezi Fig. 13, a) corespunde unei creșteri suplimentare a încărcăturii și unei deformări plastice mai semnificative în întregul volum al probei de metal. Se numeste efortul corespunzator celei mai mari sarcini (punctul B) care precede distrugerea probei rezistență temporară, sau rezistență la tracțiuneσ în. Aceasta este o caracteristică a rezistenței statice:
s în = R max / F 0 , (3)
Unde R max este sarcina (stresul) maximă care precede defectarea eșantionului, MPa;
F 0 este aria secțiunii transversale inițiale a probei, m2.
La metalele ductile, pornind de la solicitarea σ in, deformația este concentrată (localizată) într-o secțiune a probei, unde apare o îngustare, așa-numitul gât. Ca urmare a dezvoltării alunecării multiple, în gât se formează multe locuri libere și luxații și apar discontinuități embrionare. Fuzionarea formează o fisură, care se propagă în direcția transversală a tensiunii, iar proba este distrusă (punctul C). Curba de tracțiune a probei fără punctul de curgere este prezentată în Fig. 13, b.
Plastic- proprietatea unui metal de a se deforma plastic fără a se prăbuși sub acțiunea forțelor externe. Aceasta este una dintre proprietățile mecanice importante ale metalului, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ în combinație cu rezistența ridicată îl face principalul material structural. Pentru a determina plasticitatea, nu sunt necesare mostre și echipamente. După încercarea de tracțiune a metalului, aceleași probe sunt măsurate și se determină caracteristicile de ductilitate. Indicatori de plasticitate - alungirea relativă δ și îngustarea relativă ψ.
Alungirea relativăδ se numește de obicei raportul de alungire absolută, adică incremente ale lungimii estimate a probei după ruptură ( l – l 0), la lungimea sa estimată inițială l 0 , exprimat ca procent:
Unde l 0 este lungimea inițială a probei, mm;
l este lungimea probei după ruptură, mm.
Îngustare relativă y este denumit în mod obișnuit raportul de îngustare absolută, adică reducerea ariei secțiunii transversale a probei după ruptură ( F despre - F), la aria secțiunii transversale inițiale, exprimată ca procent:
Unde F 0 - aria secțiunii transversale inițiale a probei, mm 2;
F este aria secțiunii transversale a probei după ruptură, mm 2 .
Duritate- proprietatea unui metal de a rezista la introducerea unui alt corp mai solid în el. Pentru a determina duritatea, adesea nu este necesară fabricarea de mostre speciale; testele sunt efectuate fără distrugerea metalului.
Duritatea metalului poate fi determinată prin metode directe și indirecte: indentare, zgâriere, recul elastic, metodă magnetică. Metodele directe constau în faptul că un vârf dur (indentor) de diferite forme din oțel călit, diamant sau aliaj dur (bilă, con, piramidă) este presat în metal. După îndepărtarea sarcinii de pe indentor, în metal rămâne o amprentă, a cărei dimensiune caracterizează duritatea.
Există multe metode pentru a determina duritatea metalelor. Dar doar câteva dintre ele și-au găsit o aplicație largă în inginerie mecanică. Toate sunt numite după creatorii lor.
metoda Brinell. O bilă de oțel întărit cu un diametru de 10 este presată într-o suprafață metalică plană; 5 sau 2,5 mm (Fig. 14, a). După ce sarcina este îndepărtată, o amprentă (găuri) rămâne în metal. Diametrul de indentare d se măsoară cu un microscop special cu o precizie de 0,05 mm. În practică, se folosește un tabel special, în care fiecărui diametru de amprentă îi corespunde un anumit număr de duritate HB.
Diametrul și sarcina bilei sunt stabilite în funcție de metalul testat, duritatea și grosimea acestuia. Este important de menționat că pentru oțel și fontă, sarcina P = 3000 kg, diametrul bilei d = 10 mm. De exemplu, duritatea fierului pur comercial, conform lui Brynnell, este de 80 - 90 de unități HB.
Metoda Brinell nu este recomandată pentru metale cu o duritate mai mare de HB450, deoarece bila se poate deforma și se va obține un rezultat distorsionat. Această metodă este utilizată în principal pentru măsurarea durității metalului neîntărit în semifabricate și semifabricate.
metoda Rockwell. Duritatea este determinată de adâncimea amprentei. Vârful este o bilă de oțel întărit cu un diametru de 1,58 mm pentru metale moi sau un con de diamant cu un unghi de vârf de 120 ° pentru metale dure și superdure (mai mult de HRC70) (Fig. 14, b).
Bila și conul sunt presate în metal cu o sarcină de 60, 100 sau 150 kᴦ. Citirea rezultatelor măsurătorilor este determinată de indicarea săgeții de pe scara indicatorului duritatesterului (Fig. 15, a). După ce sarcina este pornită, săgeata se deplasează de-a lungul scalei indicatorului de duritate (Fig. 15, b) și indică valoarea durității (Fig. 15, c).
Orez. 15. Indicații ale indicatorului dispozitivului TC
Când o bilă de oțel este apăsată, sarcina este de 100 kg (citit pe scara internă (roșie) a indicatorului), duritatea este desemnată HRB. Când conul de diamant este apăsat, citirea durității este efectuată conform indicației săgeții de pe scara exterioară (neagră) a indicatorului (vezi Fig. 15, c). Sarcina 150 kg - pentru metale dure. Aceasta este metoda principală de măsurare a durității oțelurilor călite. Denumirea durității este HRC. Pentru metale foarte dure, precum și piese mici, sarcina este de 60 kg, denumirea durității este HRA.
Determinarea durității Rockwell face posibilă testarea metalelor moi și dure, iar amprentele de la o minge sau un con sunt foarte mici și, prin urmare, duritatea pieselor finite poate fi măsurată. Măsurătorile nu necesită calcule - numărul de duritate este citit pe scara indicatorului de duritate. Suprafața de testat trebuie să fie șlefuită.
metoda Vickers. O piramidă de diamant cu patru fețe este presată în suprafața de testare (șlefuită sau lustruită) sub o sarcină de 5, 10, 20, 30, 50, 100 kᴦ. Metalul lasa o amprenta patrata. Folosind un microscop special al unui tester de duritate, se măsoară dimensiunea diagonalei amprentei (Fig. 16). Cunoscând sarcina pe piramidă și dimensiunea diagonalei amprentei, tabelele determină duritatea metalului, notat cu HV.
Această metodă este universală. Poate fi utilizat pentru determinarea durității pieselor de grosime mică și a straturilor de suprafață subțiri de duritate mare (după nitrurare, nitrocarburare etc.). Cu cât metalul este mai subțire, cu atât sarcina ar trebui să fie mai mică pe piramidă, dar cu cât sarcina este mai mare, cu atât rezultatul este mai precis.
Rezistență sub încărcare dinamică(teste de rezistență la impact - impact) În timpul funcționării, multe părți ale mașinii suferă sarcini dinamice (la impact). Pentru a determina rezistența metalului la impact și, în același timp, pentru a evalua tendința acestuia la rupere fragilă, se efectuează teste de îndoire la impact. Ca urmare, determinați puterea impactului– caracteristică forței dinamice.
Pentru a determina rezistența la impact, sunt utilizate 20 de tipuri de eșantioane (de obicei 10 ´ 10 ´ 55 mm în dimensiune) cu o crestătură în formă de U sau V. O incizie în mijlocul probei se numește în mod obișnuit concentrator. Testele sunt efectuate pe un tester de impact cu pendul 1 (Fig. 17, a). Pendulul 2, căzând de la o anumită înălțime, distruge proba 3, montată liber pe două suporturi de copra (Fig. 17, b). Lucrare de impact LA(J sau kgf × m) cheltuiți pentru ruperea (distrugerea) eșantionului se fixează cu o săgeată pe scara copra și se determină din diferența de energie a pendulului în poziția sa înainte și după impact. Acesta poate fi determinat prin formula:
LA = G (h 1 – h 2), (6)
Unde G este greutatea pendulului, N;
h 1 – înălțimea de ridicare a pendulului înainte de distrugerea probei, m;
h 2 – înălțimea de ridicare a pendulului după distrugere, m.
Rezistența la impact este notată cu KS (fostă denumire - a n) și este calculată ca raportul dintre munca cheltuită pentru distrugerea eșantionului LA, la aria secțiunii transversale a probei la crestătură F, MJ / m2:
KS(a n) = LA / F. (7)
Dacă proba are o crestătură în formă de U, atunci se adaugă litera U la denumirea rezistenței la impact ( KCU), iar dacă este în formă de V, atunci se adaugă litera V ( CV). De exemplu, KCU\u003d 1 kgf × m / cm 2 \u003d 98 kJ / m 2.
Determinarea rezistenței la impact este cea mai simplă și mai revelatoare modalitate de a evalua capacitatea metalelor cu o rețea cubică centrată pe corp la fragilitate atunci când funcționează la temperaturi scăzute, numită fragilitate la rece.
În practică, fragilitatea la rece este determinată prin testarea la impact a unei serii de probe la mai multe temperaturi în scădere (de la temperatura camerei la minus 100°C). Rezultatele testului sunt reprezentate pe un grafic în coordonatele „rezistență la impact – temperatură de testare”. Se numește temperatura la care are loc scăderea durității temperatura critică fragilă, sau pragul de fragilitate la rece. Pragul de fragilitate la rece este temperatura negativă la care metalul trece de la o stare ductilă la una fragilă.
Rezistență sub încărcare ciclică(testele de oboseală). Multe piese (arbori, arcuri, șine, roți dințate) sunt supuse unor sarcini variabile repetate în timpul funcționării. Distrugerea unor astfel de piese în timpul funcționării are loc ca urmare a încărcării ciclice la o tensiune mult mai mică decât rezistența la tracțiune a metalului. Procesul de acumulare treptată a tensiunii în metal sub acțiunea sarcinilor ciclice, care duce la formarea de fisuri și distrugere, este denumit în mod obișnuit oboseală. Proprietatea unui metal de a rezista la un număr mare de cicluri tensiuni variabile, adică reziste la oboseală, se numește în mod obișnuit rezistenta, sau ciclic (oboseală) putere.
Forța la oboseală - capacitatea unui metal de a rezista la deformari elastice si plastice sub sarcini variabile. Se caracterizează prin stresul cel mai mare s -1, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ rezistă metalului într-un număr infinit de cicluri de încărcare fără să se prăbușească și este denumit în mod obișnuit limită de oboseală sau limita de anduranță. Pentru oțelul de structură carbon, limita de oboseală se presupune a fi (0,4 - 0,5) s in.
Valoarea limitei de anduranță depinde de o serie de factori: gradul de contaminare a metalului cu incluziuni nemetalice, macro- și microstructura metalului, starea suprafeței, forma și dimensiunea piesei etc. .
Ruptura metalelor sub oboseală diferă de rupere sub sarcini individuale printr-un tip special de fractură. Cu o sarcină alternativă, are loc o acumulare treptată a stresului datorită mișcării luxațiilor. Suprafața piesei, ca parte cea mai încărcată a secțiunii, suferă microdeformare, iar în zona întărită la lucru (călită prin deformare) apar microfisuri. Dintre numeroasele microfisuri, se dezvoltă doar cea care are vârful cel mai ascuțit și este situată cel mai favorabil în raport cu stresul care acționează.
Partea crăpată a secțiunii piesei nu suportă sarcina și este redistribuită către partea rămasă, care scade continuu până la producerea distrugerii instantanee. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, o fractură de oboseală se caracterizează cel puțin prin prezența unei zone de fisurare în creștere progresivă 1 și a unei zone de rupere 2 (Fig. 18).
O caracteristică importantă a rezistenței structurale (fiabilitatea) unui metal este supraviețuirea la încărcare ciclică.
Vitalitate- ϶ᴛᴏ capacitatea metalului de a lucra în stare deteriorată după formarea unei fisuri. Se măsoară prin numărul de cicluri de încărcare până la cedare sau rata de dezvoltare a unei fisuri de oboseală la tensiune dată. Vitalitatea este o proprietate independentă, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ nu depinde de alte proprietăți ale metalului. Supraviețuirea este importantă pentru evaluarea performanței pieselor, a căror funcționare este controlată prin diferite metode de detectare a defectelor. Cu cât rata de dezvoltare a fisurilor de oboseală este mai lentă, cu atât este mai ușor de detectat.
Pentru a crește rezistența la oboseală a pieselor, este de dorit să se creeze o solicitare de compresiune în straturile de suprafață ale metalului prin metode de întărire a suprafeței (mecanice, termice sau chimico-termice).
3. aliaje metalice
Metalele pure în majoritatea cazurilor nu oferă setul necesar de proprietăți mecanice și tehnologice, în acest sens, pentru fabricarea pieselor de mașini, aliajele metalice sunt cele mai utilizate - substanțe cu proprietăți metalice, care sunt o combinație a oricărui metal (bază de aliaj). ) cu alte metale sau nemetale . De exemplu, alama este un aliaj de cupru (metal) cu zinc (metal), oțelul este un aliaj de fier (metal) cu carbon (nemetal). Majoritatea aliajelor sunt obținute prin fuziune, adică prin combinarea componentelor unui aliaj în stare lichidă. Există și alte moduri de a forma aliaje. Deci, aliajele cermet sunt formate prin sinterizarea din pulberi.
Sub proprietățile mecanice înțelegeți caracteristicile care determină comportamentul metalului (sau a altui material) sub acțiunea forțelor mecanice externe aplicate. Proprietățile mecanice includ de obicei rezistența unui metal (aliaj) la deformare (rezistență) și rezistența la rupere (plasticitate, tenacitate), precum și capacitatea metalului de a nu se prăbuși în prezența fisurilor.
În urma încercărilor mecanice, se obțin valori numerice ale proprietăților mecanice, adică valorile tensiunii sau deformarii la care apar modificări ale stărilor fizice și mecanice ale materialului.
La evaluarea proprietăților mecanice ale materialelor metalice, se disting mai multe grupuri de criterii ale acestora.
1. Criterii determinate indiferent de caracteristicile de design și natura serviciilor de produse. Aceste criterii sunt găsite prin testarea standard a epruvetelor netede în tensiune, compresiune, încovoiere, duritate (încercări statice) sau îndoire la impact a epruvetelor crestate (test dinamic).
2. Criterii de evaluare a rezistenței structurale a materialului, care sunt în cea mai mare corelație cu proprietățile de serviciu acest produs si caracterizeaza performanta materialului in conditii de functionare. Criteriul rezistenței structurale a materialelor metalice poate fi împărțit în două grupe:
Criterii care determină fiabilitatea materialelor metalice împotriva fracturilor bruște (vâscozitate, rupere, lucru absorbit în timpul propagării fisurilor, supraviețuire etc.)
Criterii care determină durabilitatea produselor (rezistența la oboseală, rezistența la uzură, rezistența la coroziune etc.)
3. Criterii de evaluare a rezistenței structurii în ansamblu (rezistența structurală), determinate în timpul încercărilor pe banc, naturale și operaționale.
Pentru a rezolva problemele practice ale metalurgiei, este necesar să se determine atât proprietățile mecanice standard, cât și criteriile de rezistență structurală.
7. Metode de testare
7.1. Încercări de tracțiune. Pentru acest test se foloseşte o probă cilindrică cu îngroşări de-a lungul marginilor (fig. 6).
Orez. 6. Probe pentru încercări de tracțiune
Proba este fixată în mânerele mașinii de testare și supusă la tensiune. La mașinile moderne, viteza de întindere poate varia foarte mult de la 0,003 la 3000 mm/min. Mașinile de testare sunt echipate cu un dispozitiv care înregistrează rezultatul testului - curba de deformare (Fig. 7). În funcție de rezultatele încercărilor de tracțiune, se determină caracteristicile de rezistență și ductilitate.
Aplicarea unei tensiuni asupra unui metal provoacă deformare. Deformarea poate fi elastică, dispărând după îndepărtarea sarcinii, și plastică, rămânând după îndepărtarea sarcinii. În diagrama de mai sus (Fig. 7a), deformarea elastică este caracterizată de linia OA și continuarea acesteia (linia întreruptă).
Deasupra punctului A, proporționalitatea dintre stres și deformare este ruptă. Tensiunea cauzează nu numai deformarea plastică elastică, ci și reziduală. Valoarea sa este egală cu segmentul orizontal de la linia întreruptă la curba continuă.
În timpul deformării elastice sub influența forțelor externe, distanța dintre atomi din rețeaua cristalină se modifică. Îndepărtarea sarcinii elimină cauza care a determinat modificarea distanței interatomice, atomii revin la locurile inițiale și deformarea dispare.
În timpul deformării plastice, o parte a cristalului se mișcă în raport cu cealaltă. Când sarcina este îndepărtată, partea deplasată a cristalului nu se va întoarce la vechiul loc, deformarea va rămâne.
Arată în Fig. 7a, dependența RAW dintre solicitarea (e) aplicată extern și deformarea relativă (e) cauzată de aceasta caracterizează proprietățile relative ale metalelor. Panta dreptei OA arată rigiditatea metalului, tangenta pantei este proporțională cu modulul de elasticitate (E), efortul s A corespunde momentului de apariție a deformației plastice, în măsurătorile tehnice o caracteristică numită limita de curgere s 0,2 (tensiunea care provoacă deformare permanentă egală cu 0,2% din lungime sau altă dimensiune a eșantionului). Tensiunea maximă s în corespunde tensiunii maxime realizate în tensiune se numește rezistență la tracțiune.
Orez. 7. Schimbarea tensiunii cu stres
Cantitatea de deformare plastică care precede cedarea și este definită ca o modificare relativă a lungimii (sau a secțiunii transversale) - așa-numita extensie relativă d (sau îngustare relativă y), caracterizează ductilitatea metalului.
Alungire relativă: d \u003d (l la - l 0) 100 / l 0
Îngustare relativă: y \u003d (F 0 - F k) 100 / F 0
unde l 0 și l k - lungimea eșantionului și F 0 și F la aria secțiunii transversale a probei înainte și, respectiv, după distrugere.
Caracteristicile materialelor s 0.2, s B, d, y și E sunt de bază - sunt incluse în GOST pentru furnizarea de materiale structurale, în certificatele de testare de acceptare și sunt incluse și în calculele de rezistență și resurse.
7.2. Test de îndoire. Pentru materialele fragile, testele de încovoiere sunt utilizate pe scară largă. Mai des, testele sunt efectuate cu o sarcină concentrată pe un eșantion situat pe două suporturi. Rezistența la încovoiere s îndoire (s max) se calculează prin formula:
s izg (s max) \u003d M max / w,
unde M max este momentul încovoietor maxim, w este aria secțiunii transversale a probei.
7.3. Teste de impact. Rezistența la impact este înțeleasă ca capacitatea unui material de a absorbi energia mecanică în procesul de deformare și distrugere sub acțiunea unei sarcini de impact. De obicei, rezistența la impact este estimată prin munca necesară pentru deformarea și distrugerea unei probe prismatice cu o crestătură transversală unilaterală atunci când este testată pentru îndoire la impact, legată condiționat de secțiunea transversală a probei de la baza crestăturii (j/m2). , nm/m2, kgf×m/cm2); notat cu simbolul a.
Distrugerea probei, situată pe două suporturi, se realizează prin lovirea pendulului coprei (Fig. 8 a).
Orez. 8. Schema pendulului unui copra (a) și tipuri de probe (b) pentru testele de impact
Testele sunt efectuate folosind unul dintre tipurile de probe prezentate în fig. 8 b, care, cu aceeași secțiune transversală (10x10 mm), au tăieturi de 2 mm adâncime, adică. la locul distrugerii, secțiunea plasei este de 8x10 mm. În acest din urmă caz, se realizează mecanic o crestătură de 1 mm adâncime, iar apoi se creează o fisură de oboseală, de asemenea, adâncime de 1 mm. Inciziile se fac cu claritate diferită r = 1mm (crestătură în formă de U) și r = 0,25 mm (crestătură în formă de V).
Lucrarea de distrugere a probei A n constă din două componente - munca de inițiere a fisurii (A c) și munca de propagare a fisurii (A p), adică. Și n \u003d A s + A r.
Lucrul de inițiere a fisurii este înțeles ca lucrul cheltuit la macrodeformarea probei înainte de inițierea fisurii în partea de jos a crestăturii. Valoarea lui A s pentru aceasta este proporțională cu volumul deformabil al metalului, iar acesta din urmă este proporțional cu claritatea crestăturii.
În acest sens, atunci când testăm mostre cu o claritate diferită a crestăturii, trasăm datele obținute pe un grafic în coordonatele a-r și trasăm o linie dreaptă care trece prin aceste două puncte până când se intersectează cu axa y (Fig. 9).
Orez. 9. Grafic pentru determinarea lucrului unei fisuri prin extrapolare
Extrapolând, astfel, valorile razei crestăturii la zero, obținem rezistența la impact a probei cu o crestătură. zero acestea. lucrarea de propagare a fisurilor A p.
Lucrarea privind propagarea fisurii poate fi obținută printr-o altă metodă - testarea directă a probelor cu o fisură pre-aplicată (a treia opțiune pentru pregătirea probelor pentru testarea la impact (Fig. 8b). Evident, la testarea unei astfel de probe, rezistența la impact rezultată este egal cu munca de propagare, deoarece fisura este gata și A s \u003d 0, apoi A n \u003d A p.
Un material structural de încredere este unul în care munca de propagare a unei fisuri este zero.
Ca urmare a testării probelor cu crestătură pe elementele de lovire cu pendul, pe lângă determinarea muncii totale А n cheltuite pentru deformarea și distrugerea unui eșantion de acest tip, se calculează și munca specifică pe unitatea de suprafață KS = А n / S o , unde S o este aria netă a secțiunii transversale a probelor în locul inciziei înainte de testare. În funcție de tipul de crestătură, lucrarea specifică este desemnată ca KCU atunci când se utilizează o crestătură în formă de U, KCV dacă se utilizează o crestătură în formă de V și KCT când se testează o probă cu o fisură.
Pentru a determina pragul de fragilitate la rece, se efectuează teste de impact la diferite temperaturi. Pentru multe metale și aliaje, mecanismul de rupere se modifică la anumite temperaturi. Ruptura ductilă cu temperatură în scădere este înlocuită cu fractura fragilă. Se numește intervalul de temperatură de modificare a naturii distrugerii pragul de fragilitate la rece.
Ruptura ductilă se caracterizează prin fractură fibroasă și o anumită muncă de propagare a fisurilor, în timp ce fractura fragilă este caracterizată prin fractură cristalină cu valoare aproape zero a muncii de propagare a fisurilor. Pragul de fragilitate la rece este caracterizat de intervalul de temperatură în care conținutul de fibre din fractură (%B) sau munca de propagare a unei fisuri (A p) se modifică de la 100% (sau o anumită valoare pentru A p) la zero. O curbă similară cu cea prezentată în fig. 10 se numește serial deoarece. construcția sa necesită o serie de încercări la diferite temperaturi.
Orez. 10. Curbe seriale
Pragul de fragilitate la rece este caracterizat de două temperaturi: T in (temperatura peste care nămolul este complet vâscos) și T n (sub această temperatură, fractura este complet fragilă și A p = 0). Dacă pragul de fragilitate la rece este caracterizat de o cifră, atunci este indicat mijlocul pragului T 50 (temperatura la care 50% din fibră în fractură sau valoarea lui A p a scăzut la jumătate). Această temperatură numită temperatură semi-casabilă.
7.4. Teste de duritate. Duritatea unui material este înțeleasă ca rezistența la pătrunderea unui corp străin (indentor) în acesta, adică. duritatea caracterizează și rezistența la deformare.
Orez. 11. Scheme de testare pentru duritate
a - după Brinell, b - după Rockwell, c - după Vickers
Cea mai comună metodă de determinare a durității este metoda Brinell (Fig. 11a), când o bilă cu diametrul D este introdusă în proba de testat sub acțiunea unei forțe P. Numărul durității Brinell HB este sarcina P împărțită la suprafața sferică a amprentei cu un diametru d.
În metoda Rockwell (Fig. 11b), un con de diamant servește ca indentor. Numărul durității este inversul adâncimii de indentare (h).
Cu metoda Vickers (Fig. 11c), o piramidă de diamant este presată și duritatea (HV) este judecată de-a lungul diagonalei amprentei (d).
Testarea mecanică este de cea mai mare importanță în industrie. În conformitate cu aceasta, au fost dezvoltate diferite metode de testare prin care sunt determinate proprietățile mecanice ale metalelor.
Cele mai frecvente încercări sunt încercările de întindere statică, dinamice și de duritate.
static numite încercări în care materialul supus încercării este supus unei forţe constante sau unei forţe care creşte foarte lent.
Testele dinamice sunt acele teste în care metalul testat este supus unui impact sau forță care crește foarte rapid.
În plus, există teste pentru oboseală, uzură, fluaj, care oferă o imagine mai completă a proprietăților metalelor.
Încercări de tracțiune. Încercarea statică de tracțiune este o metodă foarte comună de încercare mecanică. Pentru teste statice, epruvete rotunde sau probe plate pentru materiale din tabla ( fig.20). Probele constau dintr-o piesă de lucru și capete concepute pentru a fi fixate în mânerele unei mașini de încercare la tracțiune. Lungimea estimată l 0 se ia puțin mai puțin decât lungimea de lucru l 1 . Dimensiunile probelor sunt standardizate. Diametrul părții de lucru a probei rotunde este de 20 mm. Probele de alte diametre sunt numite proporționale.
Fig.20. Probe pentru testarea statică a metalelor:
1 - rotund, 2 - plat
Forța de tracțiune creează tensiuni în proba de testare și determină alungirea acesteia; când solicitarea depășește rezistența la tracțiune, se rupe.
Pe fig.21 este dată diagrama de tracțiune a oțelului moale, construit în sistemul de coordonate dreptunghiulare. Forța este reprezentată de-a lungul axei y R kg, de-a lungul abscisei - deformare (alungirea absolută a probei l mm). Această diagramă se obține prin creșterea treptată a forței de tracțiune până când proba se rupe.
Fig.21. Diagrama de tensiune din oțel moale
Valoarea tensiunii în orice punct al diagramei poate fi determinat prin împărțirea efortului R pe aria secțiunii transversale a probei.
Pe diagramă pot fi notate mai multe puncte caracteristice. Complot OA este un segment de dreaptă și arată că până la punct DAR alungirea probei este proporțională cu forța (sarcina); fiecare increment de sarcină corespunde aceluiași increment de deformare. Această relație dintre alungirea probei și sarcina aplicată este legea proporționalității.
Odată cu încărcarea ulterioară a probei, se observă o abatere de la legea proporționalității: pe diagramă apare o secțiune curbilinie. Până la punctul ÎN deformaţiile probei sunt elastice.
punct DIN diagrama prezintă începutul unei platforme orizontale, care arată că proba este alungită fără a crește sarcina: metalul pare să curgă. Se numește efortul cel mai mic la care deformarea probei continuă fără creșterea sarcinii puterea de curgere fizică. Rezistenta la curgere T este determinat de formula
kg mm 2 ,
Unde R din .
Fluibilitatea este tipică numai pentru oțelul recoapt cu emisii scăzute de carbon și pentru unele tipuri de alamă. Oțelurile cu conținut ridicat de carbon și alte metale nu au un platou de randament. Pentru astfel de metale, limita de curgere condiționată este determinată la o alungire reziduală de 0,2%. Efortul la care o epruvetă de întindere primește o alungire reziduală egală cu 0,2% din lungimea sa efectivă se numește limită de curgere condiționată și se notează 0.2
kg mm 2 .
Punct D arată cea mai mare sarcină maximă pe care o poate suporta proba. Se numeste efortul conditionat corespunzator celei mai mari sarcini care precede distrugerea probei rezistență la tracțiune(rezistența temporară la tracțiune) și este determinată de formulă
kg mm 2 ,
Unde P .
Pentru punct D elongaţie l 3 proba și îngustarea secțiunii sale transversale are loc uniform pe toată lungimea piesei de lucru. La atingerea punctului D deformarea probei se concentrează în locul de cea mai mică rezistență și alungire ulterioară l 4 decurge din cauza formării unui gât, de-a lungul căruia proba se rupe sub sarcină R LA .
La rupere, deformare elastică l ambalaj dispare si alungirea reziduala absoluta l ost se va forma din alungire uniformă l 1 şi alungirea locală l 2 , adică
l ost = l 1 + l 2 .
Pentru a evalua ductilitatea unui metal, este important să se cunoască alungirea relativă și îngustarea relativă a ariei secțiunii transversale în procente.
Alungirea relativă (în%) este determinată de formulă
,
Unde l 1 - lungimea probei după spargere, mm;
l 0 - lungimea estimată a eșantionului, mm;
Alungirea reduce simultan aria secțiunii transversale. La punctul de pauză, această zonă va fi cea mai mică. Contracția relativă (în %) este determinată de formulă
,
Unde F 0 este aria secțiunii transversale inițiale a specimenului, mm 2 ;
F 1 - zona la pauza, mm 2 .
Pentru metalele fragile, alungirea relativă și contracție relativă aproape de zero; în metalele ductile ajung la câteva zeci de procente.
Astfel, încercarea de întindere statică oferă caracteristici de rezistență - ambalaj , T (sau 0,2 ) și caracteristicile de plasticitate - Și .
Teste de duritate .
Testele de duritate sunt efectuate prin indentarea unui vârf dur.
Prin metoda Brinell diametrul bilei de oțel călit D (10; 5 sau 2,5 mm) este presat cu forță în proba de testare R (3000;1000; 750kg sau mai putin). Ca urmare, o amprentă rămâne pe suprafața probei sub forma unui segment sferic cu un diametru d (fig.22). Dimensiunea amprentei va fi cu cât este mai mică, cu atât metalul va fi mai dur. Numărul de duritate Brinell HB calculate prin formula
kg mm 2 ,
;F- suprafața amprentei mm 2 .
Fig.22. Schema de testare Brinell
Pentru produsele mici, se folosesc bile cu diametru mai mic cu forțe de adâncire mai mici. Grosimea metalului de sub amprentă trebuie să fie de cel puțin zece ori adâncimea amprentei, iar distanța de la centrul amprentei la suprafața tăiată trebuie să fie de cel puțin D .
Pentru testarea durității Brinell, în prezent se folosesc în principal prese cu pârghie.
Studiile au arătat că între rezistența la tracțiune a metalelor aflate în tensiune în și duritatea Brinell HB exista o dependenta:
pentru oțel laminat și forjat în = 0.36HB ;
pentru oțel turnat...................... în =(0.3-0.4) HB :
pentru fonta gri .......... în =0.1 HB .
Metoda Brinell poate testa materiale cu duritate HB până la 450; dacă materialele sunt mai dure, atunci bila de oțel se poate deforma. Această metodă este, de asemenea, nepotrivită pentru testarea materialului din foi subțiri.
metoda Rockwell Testul de duritate se efectuează prin presarea unei bile de oțel cu un diametru de D =1.58mm(116 inch) sau 120 0 con diamant.
Bila de oțel este utilizată pentru a testa metale moi (duritate mai mică de 220 Brinell) sub o sarcină de 100 kg, con de diamant - pentru testarea metalelor dure la o sarcină de 150 kg. Proba este plasată pe etapa 2 a instrumentului Rockwell ( fig.23) și prin rotirea volantului 1 ridicați-l până când vine în contact cu conul de diamant 3 (sau bila de oțel). Rotirea volantului este continuată până când presiunea conului sau a bilei devine egală cu 10 kg(preîncărcare), care este indicată de săgeata mică a indicatorului 4. Apoi, aplicați sarcina principală folosind mânerul 5. Indentarea durează 5-6 sec, apoi sarcina principală este îndepărtată. După aceea, săgeata mare a indicatorului arată valoarea durității.
Fig.23. presa Rockwell
Cadranul indicator are două scale: roșu ÎN pentru testare cu o bilă de oțel și negru DIN pentru testare cu un con de diamant.
Duritatea Rockwell este o valoare condiționată care caracterizează diferența de adâncime a adâncimii. Numărul durității Rockwell este notat HR cu adăugarea indicelui scalei pe care s-a efectuat testul, de exemplu HR ÎN sau HR DIN. Pentru testarea materialelor foarte dure, se folosește un con de diamant la o sarcină de 60 kg. Citirea se face pe o scară neagră.
Metoda Vickers, care vă permite să măsurați duritatea metalelor și aliajelor atât moi, cât și foarte dure; se preteaza la determinarea duritatii straturilor subtiri de suprafata (ex. in tratamentul chimico-termic).
Conform acestei metode, o piramidă de diamant tetraedrică cu un unghi de vârf de 136 0 este presată în probă. Sarcina poate fi aplicată de la 5 la 120 kg. Amprenta este măsurată cu ajutorul unui microscop amplasat pe dispozitiv.
Numărul durității este determinat de formulă
kg mm 2 ,
;F - aria amprentei piramidale, mm 2
Valoare practică HV luate de pe tabele.
Testare de microduritate produs prin indentarea unei piramide de diamant cu un unghi la vârf de 136 0 sub o sarcină de la 2 la 200 G; se exprimă numărul de duritate kg mm 2 . Această metodă poate fi utilizată pentru a determina duritatea componentelor structurale individuale ale aliajelor, piese mici, fire metalice, filme de oxid etc. Pe Fig. 24, a este prezentat dispozitivul PMT-3 pentru testarea microdurității.
Masa 11 și suportul 4 al tubului se sprijină pe cadrul 1 al dispozitivului. Obiectul de testat 2 este instalat pe o masă sub lentila 9, prin care microscopul este focalizat și firele sunt instalate folosind un microscop ocular 6. Apoi piramida de diamant 10 este presată în obiectul de testat timp de 5-7 sec. După îndepărtarea sarcinii cu un microscop, măsurați diagonala d (Fig. 24b), aliniind intersecția firelor de la început cu colțul din dreapta al tipăritului (linii întrerupte), iar apoi cu stânga (linii continue).
Dimensiunea diagonalei determină aria amprentei și duritatea conform formulei de mai sus ( HV n ).
Alte teste mecanice .Testarea impactului efectuat pentru părți ale mașinilor și mecanismelor care suferă sarcini de șoc (dinamice), deoarece unele metale cu rezistență statică suficient de mare sunt distruse la sarcini de șoc reduse, de exemplu, oțel cu o structură cu granulație grosieră și fontă.
Testele de impact la îndoire se efectuează pe specimene de formă standard pe dispozitive numite teste de impact cu pendul.
Rezistența la impact se numește rezistență la impact și se măsoară în kilograme pe centimetru pătrat.
Fig.24. Dispozitiv PMT-3 pentru testarea microdurității
puterea impactului dar n calculate prin formula
kg m cm 2 ,
Unde DAR n este munca de impact cheltuită asupra fracturii probei, kg m;
F este aria secțiunii transversale a probei la locul inciziei, cm 2 .
Teste de oboseală. Multe piese ale mașinii (biele de motor, arbori cotiți etc.) sunt supuse unor sarcini care se modifică în mărime și direcție în timpul funcționării. Cu astfel de solicitări alternante repetitive, metalul trece treptat de la o stare ductilă la una fragilă (obosit). Starea fragilă se explică prin apariția microfisurilor, care treptat se extind și slăbesc metalul. Ca rezultat, defectarea are loc la solicitări mai mici decât rezistența la tracțiune.
Microfisurile apar și se dezvoltă de la suprafață în principal în secțiuni cu rupturi ascuțite în linia de contur (de exemplu, în prezența canelurilor cheie, găurilor etc.).
Teste de oboseală ( rezistenta) sunt produse pe diferite mașini. Cele mai comune aparate de testare sunt:
îndoire în timpul rotației;
în tensiune-compresiune;
la răsucire.
Pentru metalele care funcționează în condiții dificile, mașinile de testare sunt echipate cu instalații și dispozitive care asigură testarea la temperaturi ridicate și scăzute, cu coroziune și în alte condiții speciale.
Fig.25. Test de extrudare
Teste tehnologice (probe). Ele determină posibilitatea de a efectua anumite operații tehnologice cu un metal dat.
Test de extrudare servește la determinarea capacității tablei subțiri de a ștanța și trage la rece. Testul constă în extrudarea găurii cu un cap rotunjit 1 ( fig.25) până când apare prima fisură în placa 2 prinsă în suprafața inelară.
Adâncimea găurii extrudate la apariția primei fisuri este o măsură cantitativă a probei.
Test de îndoire determină capacitatea metalului de a rezista la îndoiri repetate și este utilizat pentru a evalua calitatea materialului de tablă cu o grosime de până la 5 mm, precum și sârmă și bare.
Proba de proiect determină capacitatea metalului rece de a lua o formă dată sub compresie. Se consideră că o probă de cilindru, a cărei înălțime este egală cu două diametre, a rezistat testului dacă, în timpul răsturnării la o înălțime dată, pe ea nu apar fisuri, rupturi și fracturi.
Test de sudabilitate. Două bare din metalul de testat sunt sudate și testate pentru încercări de încovoiere sau tracțiune, după care rezultatele sunt comparate cu cele corespunzătoare unei probe solide (nesudate) din același metal. Cu o sudabilitate bună, rezistența la tracțiune a sudurii ar trebui să corespundă cu cel puțin 80% din rezistența la tracțiune a barei solide.
Metode de analiză fizico-chimică.
Macroanaliza. Pentru macroanaliza, se pregătește o secțiune de probă, sau o fractură, care dezvăluie macrostructura - structura metalului și aliajului, vizibilă cu ochiul liber sau la o mărire mică de până la x 5 ori.
Pregatirea sectiunii consta in nivelarea si slefuirea suprafetei pe o polizor. Apoi, secțiunea este gravată cu reactivi care dizolvă sau colorează părți ale secțiunii care sunt diferite ca compoziție sau orientare.
Cu ajutorul macroanalizei, este posibilă detectarea cavităților de contracție și friabilității, golurilor, fisurilor, incluziunilor nemetalice (zgură, grafit în fontă cenușie etc.), prezența și natura locației unor impurități dăunătoare, cum ar fi ca sulf.
Microanaliză. O microsecțiune pentru microanaliza este pregătită în același mod ca și pentru macroanaliză, totuși, după șlefuire, este lustruită până la un finisaj în oglindă.
O secțiune subțire cu ajutorul unui microscop metalografic dezvăluie microstructura: prezența, cantitatea și forma anumitor componente structurale, contaminarea cu incluziuni străine. Prezența și dimensiunea porilor sunt determinate din secțiuni negravate; pentru a dezvălui structura principală, secțiunea este supusă gravării. Deoarece metalele sunt opace, secțiunile subțiri ale acestora pot fi studiate numai în lumină reflectată folosind un microscop metalografic.
Pe fig.26 este prezentată o diagramă care explică vizibilitatea limitelor de cereale ale unei secțiuni gravate a unui metal monofazat. Sub acțiunea reactanților în timpul gravării, metalul se dizolvă mai puternic de-a lungul granițelor granulelor, drept urmare acolo se formează depresiuni-microbarbe. Razele de lumină sunt împrăștiate în ele, astfel încât limitele de cereale la microscop sunt mai întunecate; razele de pe suprafața plană a boabelor sunt reflectate și fiecare bob de pe secțiunea subțire pare a fi ușoară, în timp ce se observă adesea culori diferite ale granulelor, ceea ce se explică prin solubilitatea inegală din cauza anizotropiei.
Fig.26. Schema de reflexie a razelor printr-o secțiune gravată
metal monofazat
Alături de microscopul cu lumină convențional, este utilizat pe scară largă un microscop electronic, în care fasciculele de electroni sunt folosite în loc de fascicule de lumină: aceste fascicule sunt emise de o spirală fierbinte de wolfram. Un microscop electronic oferă o mărire electron-optică de până la zeci de mii de ori.
Analiza difracției cu raze X face posibilă stabilirea tipurilor de rețele cristaline ale metalelor și aliajelor, precum și a parametrilor acestora. Determinarea structurii metalelor, plasarea atomilor într-o rețea cristalină și măsurarea distanței dintre ei se bazează pe difracția (reflexia) razelor X de către rândurile de atomi dintr-un cristal, deoarece lungimea de undă a acestor raze este proporțională cu distanțele interatomice. în cristale. Cunoscând lungimea de undă a razelor X, se poate calcula distanța dintre atomi dintr-un cristal și se poate construi un model pentru aranjarea atomilor.
Analiza cu raze X(transmiterea) se bazează pe pătrunderea razelor X prin corpuri care sunt opace la lumina vizibilă. Trecând prin metale, razele X sunt parțial absorbite, iar razele sunt absorbite mai puternic de metalul solid decât în acele părți în care se află incluziuni sau fisuri de gaz și zgură. Mărimea, forma și tipul acestor defecte pot fi observate pe un ecran luminos, instalat de-a lungul razelor din spatele piesei studiate. Deoarece razele X acţionează asupra emulsiei fotografice ca razele de lumină, ecranul luminos poate fi înlocuit cu o casetă de film şi se poate obţine o imagine a obiectului.
Astfel, transiluminarea cu raze X poate detecta chiar și defecte microscopice în interiorul piesei.
Analiza termica se reduce la identificarea punctelor critice în timpul încălzirii și răcirii metalelor și aliajelor și este însoțită de construcția de curbe în coordonatele „temperatura – timp”.
Dacă nu au loc transformări de fază în metal, curba de răcire (încălzire) va fi netedă, fără îndoituri și margini; dacă, la răcirea (sau încălzirea) metalului, în el au loc transformări de fază, care sunt însoțite de degajarea (în timpul încălzirii - absorbția) de căldură, pe curbă vor apărea secțiuni orizontale sau rupturi (adică schimbări în direcția curbei). ). Aceste pauze și secțiuni orizontale fac posibilă determinarea temperaturilor de transformare.
Analiza dilatometrică(dilatometria - din lat. expand) se bazează pe măsurarea modificărilor de volum care apar într-un metal sau aliaj în timpul transformărilor de fază și este utilizată pentru a determina punctele critice din probele solide. Analiza dilatometrică se efectuează pe instrumente de dilatometru.
Defectoscopie.Detectarea defectelor magnetice folosit pentru detectarea defectelor în piesele supuse unor solicitări alternante mari. Astfel de defecte precum fisurile, liniile de păr, bulele, incluziunile nemetalice etc., devin foarte periculoase în condiții de încărcare variabilă, deoarece reduc rezistența dinamică a pieselor.
Testarea magnetică constă în trei operațiuni principale: magnetizarea produselor, acoperirea lor cu pulbere feromagnetică, inspecția externă și demagnetizarea produselor.
În produsele magnetizate cu defecte, liniile magnetice de forță, având tendința de a ocoli locurile defectelor (datorită permeabilității lor magnetice reduse), trec dincolo de suprafața produsului și apoi intră în ea, formând un câmp magnetic neomogen. Prin urmare, atunci când produsele sunt acoperite cu pulbere magnetică, particulele acesteia din urmă sunt situate deasupra defectului, formând modele bine definite ( fig.27). După natura acestor desene, se apreciază dimensiunea și forma defectelor metalice.
Detectarea defectelor cu ultrasunete vă permite să testați orice metale (nu doar feromagnetice) și să detectați defecte în grosimea metalului la o adâncime considerabilă care nu sunt detectate prin metoda magnetică.
Pentru a studia metalul, se folosesc vibrații ultrasonice cu o frecvență de la 2 până la 10 milioane de frecvențe. Hz. La o astfel de frecvență, vibrațiile se propagă în metal, ca razele, aproape fără a se împrăștia pe părțile laterale: ele pot „străluci prin” metale la o adâncime mai mare de 1. m.
Fig.27. Dispunerea liniilor de câmp magnetic pe
detalii defecte
Ultrasunetele sunt reflectate la interfața dintre medii cu porozitate diferită. Prin urmare, atunci când se propagă într-un metal, ultrasunetele nu trec prin fisuri, cochilii, incluziuni nemetalice, formând astfel o umbră acustică ( fig.28). Aici, dar- zona de umbra acustica.
Pentru emisia și recepția ultrasunetelor se folosesc emițători și, respectiv, receptori piezoelectrici.
Aplicarea izotopilor radioactivi (atomi marcați).În metalurgie și știința metalelor, izotopii radioactivi sunt utilizați în diverse scopuri. De exemplu, în zgură se introduc izotopi radioactivi de fosfor, sulf, mangan etc., iar viteza de tranziție a acestor elemente în metal și viteza de restabilire a distribuției lor de echilibru între metal și zgură în topiturile metalurgice sunt studiate când temperatura sau compoziția zgurii se modifică. Introducerea carbonului radioactiv în fier în timpul cimentării face posibilă studierea vitezei de difuzie și distribuția carbonului în acesta.
Fig.28. Schema de examinare cu ultrasunete a unui detaliu
Pentru a dezvălui distribuția staniului în nichel, staniul radioactiv este adăugat aliajului lichid. Aliajul întărit se așează pe o casetă cu o placă fotografică, iar după o expunere corespunzătoare, placa este dezvoltată.
Pe fig.29 este dat un microradioautograf al unui astfel de aliaj, din care (prin distribuția întunecării) este clar că radioactiv, și cu el staniul obișnuit, mărginește boabele de nichel.
Fig.29. Microradiografia aliajului nichel-staniu
Izotopii radioactivi ajută la monitorizarea uzurii căptușelii refractare în furnalele sau piesele de mașini.
Sub acțiunea forțelor, metalul este capabil să-și schimbe forma și dimensiunile, adică să se deformeze.
Orez. 2. Tipuri de deformari ale tijei: dar -întindere;
b - compresie; în- îndoi; G- torsiune; d- felie
Deformari poate fi elasticȘi plastic (reziduu). Deformațiile elastice dispar după îndepărtarea sarcinii, în timp ce deformațiile plastice rămân.
Mărimea deformațiilor depinde de valoarea forțelor care acționează, iar tipurile - de direcția de aplicare a forțelor. Cele mai comune sunt următoarele
principalele tipuri de deformații: tensiune, compresie, îndoire, răsucireȘi a tăia.În practică, metalul suferă unul sau mai multe tipuri de deformare în funcție de forțele aplicate.
Atunci când alegeți un metal pentru fabricarea de structuri, piese, unelte, acestea pornesc de la proprietățile sale mecanice. proprietăți mecanice numit un set de calități care caracterizează capacitatea metalelor de a rezista la deformare atunci când sunt aplicate forțe. Proprietățile mecanice sunt rezistență, elasticitate, plasticitate, duritate, tenacitate, rezistență la oboseală (rezistență) si altele.Pentru a determina proprietatile mecanice ale metalului se testeaza in laboratoare pe masini speciale.
Încercarea la tracțiune a metalelor. Testarea la tracțiune a metalelor face posibilă determinarea celor mai importante proprietăți mecanice ale metalelor: rezistență, elasticitate și plasticitate (Fig. 3).
Orez. 3. Diagrama de întindere a metalelor:
a - plastic; b - fragil
Putere- capacitatea metalelor de a rezista la distrugere sub acţiunea sarcinilor externe. Elasticitate- capacitatea metalelor de a-și restabili forma și dimensiunile inițiale după terminarea sarcinilor care au determinat modificarea acestora. Plasticitate - capacitatea metalelor de a-și schimba ireversibil forma și dimensiunea fără a se prăbuși sub acțiunea sarcinilor. Proprietatea opusă a plasticității este fragilitatea.
Se știe că o sarcină aplicată unei tije metalice provoacă tensiuni de tracțiune în ea, care sunt definite ca raportul dintre sarcină și aria secțiunii transversale a tijei.
σ = P/F ,
unde σ - tensiunea, Pa;
F- aria secțiunii transversale, m 2.
Comparația rezistenței și elasticității metalelor se realizează în funcție de mărimea tensiunilor finale.
Forța este de obicei determinată rezistență la tracțiune, care este egal cu raportul dintre sarcina maximă (maximă) care a provocat distrugerea tijei și zona secțiunii transversale inițiale:
σ ÎN\u003d Pmax / F aproximativ
F despre- aria secțiunii transversale inițiale a tijei, m 2.
Rezistența la tracțiune, numită și rezistența la tracțiune, este cea mai importantă caracteristică. Dacă tensiunile din produs, structură sau unealtă depășesc rezistența la tracțiune, atunci acestea sunt distruse.
Se evaluează elasticitatea limita elastica, care este egal cu raportul dintre sarcina maximă care nu provoacă deformații reziduale ale tijei și aria secțiunii transversale inițiale
σ y \u003d Rup / Fo ,
Unde Rup- cea mai mare sarcină care nu provoacă deformații reziduale, N.
Dacă tensiunile din piese depășesc limita elastică, acestea își vor schimba forma și dimensiunea, ceea ce poate avea consecințe catastrofale.
Plasticitatea metalelor se caracterizează prin alungire relativă și îngustare transversală relativă.
Alungirea relativă este raportul dintre creșterea lungimii tijei după ruptură și lungimea inițială:
ι - ι 0
δ = ──────100
unde ι 0 - lungimea inițială a probei, mm;
ι este lungimea probei după ruptură, mm;
ι - ι 0 =۵ ι - alungirea absolută, mm.
Îngustare relativă este raportul dintre reducerea ariei secțiunii transversale a tijei după ruptură și aria inițială a secțiunii sale transversale:
Ψ = ────── 100
unde F despre- aria secțiunii transversale inițiale a tijei;
F- aria secțiunii transversale a tijei după ruptură, mm 2;
F o-F = ۵F- îngustare absolută, mm 2.
Cu cât este mai mare valoarea alungirii și contracției relative, cu atât metalul este mai ductil. În metalele fragile, aceste valori sunt nesemnificative sau egale cu zero. fragilitatea metalului este o proprietate negativă, iar ductilitatea este una pozitivă.
Încercarea la tracțiune a metalelor se efectuează pe mașini de încercare la tracțiune, care asigură aplicarea statică, adică sarcini constante sau crescătoare.
Metalele fragile (fontă, oțel călit etc.), care lucrează la îndoire, sunt testate nu numai la întindere, ci și la îndoire. În acest caz, rezistența finală la încovoiere (σ IZG) este determinată conform formulelor adecvate. Încercările se efectuează pe mașini de încercare la tracțiune, care au dispozitive speciale pentru aceasta sub formă de două suporturi, pe care este așezată proba. În mijlocul probei, se creează o sarcină în creștere uniformă până când este distrusă.
Limita rezistenței la încovoiere este cea mai importantă caracteristică a metalelor structurilor care lucrează la încovoiere. Testul de încovoiere se aplică majorității metalelor de construcții navale.
Testarea durității metalelor. duritate este capacitatea unui metal de a rezista la pătrunderea unui alt material mai dur în el.
În prezent, sunt utilizate o varietate de metode de testare a durității metalelor. Cele mai comune metode sunt în care un tip-indenter special (bilă, con sau piramidă) este presat în metal sub acțiunea unei sarcini statice. Aceste metode sunt numite după autorii lor: Brinell, Rockwell și Vickers. Duritatea este determinată și de indentarea la impact a mingii (metoda Poldi) și de metoda reculului elastic al percutorului (metoda Shor).
Aproximativ, duritatea poate fi estimată și din adânciturile lăsate de un scriitor, poanson central, daltă și alte unelte de tăiere. Duritatea se apreciază după adâncimea amprentei lăsate pe metal de către un vârf sau unelte de tăiere. Cu cât este mai mare adâncimea amprentei la aceeași sarcină pe materialul implantat de aceeași dimensiune, cu atât duritatea este mai mică și invers.
Testând duritatea metalului, puteți determina ușor și rapid proprietățile mecanice ale acestuia, nu numai în laboratoare, ci și în producție. După valoarea durității, se pot aprecia aproximativ alte proprietăți mecanice ale metalelor: rezistența, rezistența la uzură etc., precum și prelucrabilitatea. Cu cât metalul este mai dur, cu atât este mai dificil de lucrat.
În funcție de duritate, metalele sunt alese pentru fabricarea anumitor piese, structuri și unelte. Luați în considerare cele mai comune metode de testare a durității metalelor.
metoda Brinell consta in presarea sub actiunea unei sarcini statice in suprafata probei de testare a unei bile de otel cu diametrul de 2,5; 5 sau 10 mm.
Duritatea Brinell este exprimată în numere de duritate HB (H - duritate, B - Brinell).
Testul de duritate Brinell se efectuează pe instrumente folosind eșantioane și piese plate sau rotunde. Pentru a obține rezultate precise, suprafața eșantioanelor trebuie să fie lipsită de rugină, depuneri, urme etc.
metoda Rockwell consta in presarea sub actiunea unei sarcini statice in suprafata metalului testat a unui con de diamant sau a unei bile de otel calit cu diametrul de 1,59 mm.
La dispozitivele Rockwell (testare de duritate), spre deosebire de dispozitivele Brinell, numărul de duritate este determinat direct pe scara indicatorului.
Numerele durității Rockwell nu au dimensiune și sunt notate cu simbolul HR (H - duritate, R - Rockwell). La simbol se adaugă denumirea scalei indicatorului (A, B sau C) pe care a fost măsurată duritatea și valoarea numerică corespunzătoare a durității.
Metoda Rockwell poate testa metale moi și dure, precum și produse finite, deoarece amprentele de la vârf sunt neglijabile. Testul durează puțin timp (nu mai mult de 50 s), nu necesită măsurători; citirile sunt citite direct pe scara indicatorului.
metoda Vickers consta in presarea unei piramide tetraedrice de diamant in suprafata metalului testat sub actiunea unei sarcini statice.
metoda Poldi consta in presarea unei bile de otel sub actiunea unei sarcini dinamice (soc) in suprafata metalului testat si a probei de referinta.
În funcție de raportul dintre suprafețele sau diametrele imprimeurilor, duritatea metalului este determinată prin calcul din tabele. Cu cât va fi mai mică, cu atât adâncitura de pe metalul de testat va fi mai mare în comparație cu indentarea de pe proba de referință și invers.
Testarea metalelor pentru rezistența la impact. percuţie viscozitate(rezistența dinamică) este capacitatea metalelor de a rezista la acțiunea sarcinilor de șoc (dinamice).
Multe piese ale mașinii, structuri și unelte suferă sarcini de șoc în timpul funcționării. De exemplu, structurile navelor sunt expuse la valuri, gheață etc. Prin urmare, în fabricarea lor, trebuie luată în considerare această caracteristică cea mai importantă.
Metalele care se sparg cu ușurință sub încărcare de șoc sunt numite fragil. Nu sunt potrivite pentru fabricarea de piese care funcționează sub sarcini de șoc. vâscos numite metale care cedează sub sarcini semnificative de impact și deformații plastice semnificative.
Testarea impactului metalelor se efectuează pe mecanisme numite impactoare cu pendul. Constă în ruptura prin impact (încovoiere) a pendulului de copra a probei și în calculul lucrărilor depuse la distrugerea probei.
Pendulul este ridicat la o anumită înălțime N. De la această înălțime, cade liber, distruge proba și se ridică din nou la o anumită înălțime. h. Lucrări efectuate pentru spargerea specimenului
A \u003d P (H - h) sau A = Pv(cosβ - cosα),
Unde R- gravitația (greutatea) pendulului, N;
H este înălțimea pendulului înainte de impact, m;
h- inaltimea pendulului dupa impact, m;
l- lungimea pendulului, m
Rezistența la impact a metalului este determinată de valoarea rezistenței specifice la impact un H, egal cu raportul dintre munca depusă pentru distrugerea eșantionului și aria secțiunii transversale a acesteia la locul distrugerii:
a H = A/F
Unde DAR- munca depusă la distrugerea probei, J;
F- aria secțiunii transversale a probei la locul distrugerii, m 2 .
Un șofer cu impact pendul modern are o scară gradată direct în unități de lucru. Dacă ridicăm pendulul la o anumită înălțime H, atunci săgeata va arăta rezerva de energie a pendulului înainte de impact RNîn jouli. După distrugerea probei, pendulul se ridică la o anumită înălțime h,în acest moment, săgeata va arăta rezerva de energie a pendulului Ph după lovitură. Deci duritatea
și H =(pH - Ph) / F.
Rezistența la impact depinde nu numai de tipul de metal, ci și de temperatură, compoziție chimică, structură etc. De exemplu, două tipuri de oțel cu structuri diferite pot avea valori complet diferite de rezistență la impact, dar aproape aceleași alte proprietăți mecanice.
Testarea metalelor pentru rezistența la oboseală (rezistență). Multe părți ale mașinilor și mecanismelor, unele structuri și unelte în timpul funcționării sunt supuse unor sarcini variabile, adică modificări în valoare, direcție sau în valoare și direcție în același timp. De exemplu, corpurile navelor, piesele de mașini (arbori, osii, biele, arbori cotiți) sunt supuse unor astfel de sarcini.
Ca urmare a expunerii prelungite la sarcini variabile, rezistența metalului scade și piesa, structura sau unealta este distrusă. Distrugerea metalului are loc adesea la solicitări care sunt mult mai mici decât rezistența la tracțiune și uneori chiar mai mici decât limita de curgere.
Capacitatea metalelor de a rezista la cedarea la oboseală se numește rezistența la oboseală (rezistență). Indicatorul său este limita de oboseală (rezistență), care este determinată în timpul testării pe mașini speciale. Se efectuează încercări pentru îndoire variabilă, tensiune-compresie și torsiune.
Metoda cea mai des folosită este testul de încovoiere în timpul rotației (Fig. 4). În acest caz, un capăt al probei este fixat în mandrina, iar o sarcină este suspendată de celălalt capăt printr-un rulment cu bile. În timpul rotației, fibrele exterioare ale probei vor experimenta alternativ forțe de tracțiune și compresiune. La atingerea unui anumit număr de modificări (cicluri), proba este distrusă. Numărul de cicluri este determinat de contorul instalat pe mașină.
Orez. 4. Schema de testare a probei pentru rezistența la oboseală: 1 - mandrina masinii; 2 - proba;
Rulment de frecare
limita de oboseală metalele este tensiunea maximă la care proba încă poate rezista la un număr nelimitat de cicluri fără a se rupe. Limitele de oboseală înseamnă:
la îndoire - σ -1;
în tensiune-compresie - σ- 1 p ;
cu torsiune - τ -1.
Între limita de oboseală și rezistența la tracțiune există următoarea relație aproximativă:
σ -1 == 0,47σ in; σ -1p = 0,32σ in; τ -1 \u003d 0,22σ in.
Rezistența la oboseală depinde de valoarea tensiunilor variabile, de starea suprafețelor pieselor și de alți factori. Ar trebui luat în considerare atunci când se creează, de exemplu, nave de mare viteză, avioane supersonice, nave spațiale, turbine puternice care suferă sarcini variabile în timpul funcționării.
Metalele care funcționează în condiții dificile sunt testate la temperaturi ridicate și scăzute, în condiții de coroziune, în timpul abraziunii etc.
Proprietăți tehnologice caracterizează capacitatea metalelor de a fi prelucrate, al căror scop este de a conferi metalelor anumite forme, dimensiuni și proprietăți. Acestea includ: proprietățile de turnare, maleabilitatea, sudarea, călibilitatea, prelucrabilitatea etc. Comportarea metalului în timpul prelucrării este determinată de probe tehnologice.
Probele tehnologice sunt utilizate în principal pentru a determina adecvarea unui material pentru o anumită metodă de prelucrare. Rezultatele testelor tehnologice sunt judecate după starea suprafeței după test (fără fisuri, rupturi, fracturi). Următoarele mostre tehnologice sunt cele mai comune: pentru îndoire în stare rece și încălzită; pentru îndoire și extrudare; pe draft; pentru distribuția și comprimarea țevilor; scânteie.
LA proprietăți fizice metalele și aliajele includ: densitatea, punctul de topire, conductibilitatea termică, conductivitatea electrică, dilatarea termică, capacitatea termică specifică și capacitatea de a fi magnetizate (Tabelul 1).
Proprietăți chimice- capacitatea metalelor și aliajelor de a rezista mediu inconjurator care se manifestă sub diverse forme. Sub influența oxigenului și umidității atmosferice, metalele se corodează: fontă și rugină de oțel; bronzul este acoperit cu un strat verde de oxid de cupru; oțelul, când este încălzit în cuptoare fără atmosferă protectoare, se oxidează, transformându-se în calcar și se dizolvă în acid sulfuric.
Metalele și aliajele care sunt rezistente la oxidare la temperaturi ridicate de încălzire sunt numite rezistente la căldură sau rezistente la calcar. Sunt folosite pentru a face piese precum supape pentru motoarele cu ardere internă etc. Aurul, argintul și oțelurile inoxidabile sunt slab susceptibile la coroziune.