94 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

В чем измеряется пластичность

Показатели прочности и пластичности материала

Прочность — это способность материала сопротивляться пластической деформации.

Показатели прочности:

1. Предел пропорциональности — это напряжение, ниже которого соблюдается прямая пропорциональная зависимость между напряжением и относительной деформацией:

,

где Рпц — нагрузка при пределе пропорциональности.

2. Предел упругости s0,05 — это условное напряжение, при котором остаточная деформация составляет 0,05% расчетной длины. Ввиду малости величины остаточной деформации на пределе упругости его иногда принимают равным пределу пропорциональности.

3. Предел текучести физический — это наименьшее напряжение при котором образец деформируется без увеличения растягивающей нагрузки:

,

Если на кривой деформации отсутствует четко выраженная площадка текучести (рис. 7, а), то определяют предел текучести условный.

4. Условный предел текучести s0,2 — это напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,2% длины участка образца на его рабочей части, удлинение которого принимается в расчет при определении указанной характеристики:

,

5. Сопротивление значительным пластическим деформациям (для пластичных материалов) характеризуется пределом прочности.

Предел прочности (временное сопротивление) sВ — это условное напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке РМАХ, предшествовавшей разрыву образца:

.

Пластичность — это способность материала проявлять, не разрушаясь, остаточную деформацию.

Показатели пластичности:

1. Относительное удлинение после разрыва d — это отношение приращения расчетной длины образца (lKl) после разрушения (рис. 8) к начальной расчетной длине l, выраженное в процентах:

Для определения длины расчетной части lK после разрыва части образца плотно прикладывают друг к другу (рис. 8) и измеряют расстояние между метками, которые ограничивали начальную расчета длину.

Относительное сужение y — это отношение абсолютного уменьшения площади поперечного сечения в шейке образца (FFK) к начальной площади сечения F выраженное в процентах:

где F и FK — площади поперечного сечения образца до и после испытания соответственно.

Способы определения твердости материалов.

Твердость — способность материала сопротивляться упругой и пластической деформации при внедрении в него более твердого тела (индентора).

Определение твердости по методу Роквелла

При измерении твердости по Роквеллу индентор — алмазный конус с углом при вершине 120° (ГОСТ 9013-59) и радиусом закругления 0,2 мм или стальной шарик диаметром 1,5875 мм (1/16 дюйма) — вдавливается в образец под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок: предварительной Р и общей Р = Р + Р1, где Р1 — основная нагрузка.

Схема измерения твердости по Роквеллу

Сначала индентор вдавливается в поверхность образца под предварительной нагрузкой Р = 100 Н, которая не снимается до конца испытания, что позволяет повысить точность испытаний, т.к. исключает влияние вибраций и тонкого поверхностного слоя. Под нагрузкой Р индентор погружается в образец на глубину h. Затем на образец подается полная нагрузка Р = Р + Р1, глубина вдавливания увеличивается. Последняя после снятия основной нагрузки Р1 (на индентор вновь действует только предварительная нагрузка Р) определяет число твердости по Роквеллу (HR). Чем больше глубина вдавливания h, тем меньше число твердости HR.

Твердомер Роквелла автоматически показывает значения числа твердости в условных единицах по одной из трех шкал — А, В и С и соответственно они обозначаются как HRA, HRB и HRC. Выбор шкалы производится по предварительно известной твердости материала по Бринеллю из табл.3. Если сведений о твердости материала образца нет, то после ориентировочных замеров необходимо обратиться к табл.5 и затем произвести окончательные замеры твердости.

Примерная твердость по БринеллюШкала РоквеллаТип индентораОбщая нагрузкаДопускаемые величины твердости по шкале
Нкгс
Менее 228Шкала В (красная)стальной шарик25-100
229-682Шкала С (черная)алмазный конус22-68
363-720Шкала А (черная)алмазный конус70-85

Существенное значение имеет толщина испытуемого образца. После замера твердости на обратной стороне образца не должно быть следов отпечатка.

Во всех случаях измерений значение предварительной нагрузки постоянно и равно Р = 100 Н.

Число твердости выражается формулами:

, (3)

, (4)

где (0,002 — цена деления шкалы индикатора твердомера Роквелла).

Таким образом, единица твердости по Роквеллу безразмерная величина, соответствующая осевому перемещению индентора на 0,002 мм.

Существует несколько типов приборов для измерения твердости по Роквеллу, но принципиальные схемы их работы аналогичны.

Определение твердости по методу Виккерса

При стандартном измерении твердости по Виккерсу (ГОСТ 2999-75) в поверхность образца вдавливается алмазный индентор в форме четырехгранной пирамиды с углом при вершине a»136°. После удаления нагрузки P (10¸1000 Н), действовавшей определенное время (10-15 с), измеряют диагональ отпечатка d, оставшегося на поверхности образца.

Число твердости HV определяют по формуле:

(5)

где Р — нагрузка в кгс, d — длина диагонали отпечатка в мм.

Число твердости записывается без единиц измерения, например 230 HV. Если число твердости выражают в МПа, то после него указывают единицу измерения, например HV = 3200 МПа.

Относительно небольшие нагрузки и малая глубина вдавливания индентора обуславливают необходимость более тщательной подготовки поверхности, чем при измерении твердости по Бринеллю. Образцы, как правило, полируют, с поверхности снимается наклеп.

Измерения осуществляют на приборах марки ТП. Прибор смонтирован на станине 1. Образец помещают на опорный столик 5. Нагрузка прилагается к индентору 6 через установленный на призмах рычаг. Рычаг с подвеской 14 без сменных грузов 15 обеспечивает минимальную нагрузку 50 Н.

Схема прибора ТП для определения твердости по Виккерсу:

1 — станина; 2 — педаль грузового привода; 3 — маховичок; 4 — винт подъемный; 5 — столик опорный; 6 — индентор; 7 — рукоятка; 8 — шпин-дель; 9 — шпиндель промежуточный; 10 — микроскоп измерительный; 11 — призма; 12 — рычаг; 13 — штырь; 14 — подвеска; 15 — грузы сменные; 16 — шпиндель пустотелый; 17 — ры-чаг ломанный; 18 — винт регулиро-вочный; 19 — амортизатор масляный; 20 — груз; 21 и 22 — рычаги; 23 — руко-ятка.

После установки образца на столик 5 совмещают перекрестие окуляра микроскопа 10 с тем местом на образце, твердость которого необходимо измерить. Наводят на резкость, устанавливают индентор над образцом, включают механизм грузового привода. Пока образец находится под нагрузкой, горит сигнальная лампочка, расположенная в верхней части передней панели твердомера.

После снятия нагрузки поворотную головку переводят в такое положение, чтобы полученный отпечаток вновь был виден в микроскоп. Затем с помощью барабанчика окуляр-микрометра замеряют длину диагонали отпечатка.

Физический смысл числа твердости по Виккерсу аналогичен НВ, величина HV тоже является усредненным условным напряжением в зоне контакта индентор — образец и характеризует обычно сопротивление материала значительной пластической деформации.

Числа HV и НВ близки по абсолютной величине только до 400-450 НV. Выше этих значений метод Бринелля дает искаженные результаты из-за остаточной деформации стального шарика. Алмазная же пирамида в методе Виккерса позволяет определять твердость практически любых металлических материалов. Еще более важное достоинство этого метода — геометрическое подобие отпечатков при любых нагрузках, поэтому возможно строгое количественное сопоставление чисел твердости НV любых материалов, испытанных при различных нагрузках.

Хрупкое и вязкое разрушение материала.

При хрупком разрушении макропластическая деформация отсутствует. В металле возникает только упругая деформация. Разрушение происходит путем отрыва или скола, когда плоскость разрушения перпендикулярна действующим напряжениям. Разрушение начинается от дефекта (микротрещины), вблизи которого концентрируются напряжения, превосходящие теоретическую прочность металла.

При вязком разрушении металл претерпевает значительную пластическую деформацию. У пластичных материалов, благодаря релаксации напряжений, их концентрация вблизи несплошностей оказывается недостаточной и развитие трещин скола (т.е. хрупких) не происходит. Вязкое разрушение происходит путем сдвига.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Увлечёшься девушкой-вырастут хвосты, займёшься учебой-вырастут рога 10007 — | 7789 — или читать все.

В чем измеряется пластичность

Пластичность (свойство твёрдых тел) — Пластичность (от греч. plastikós ‒ годный для лепки, податливый, пластичный), свойство твёрдых тел необратимо изменять свои размеры и форму (т. е. пластически деформироваться) под действием механических нагрузок. П. кристаллических тел (или… … Большая советская энциклопедия

ФИЗИКА. — ФИЗИКА. 1. Предмет и структура физики Ф. наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиб. общие свойства и законы движения окружающих нас объектов материального мира. Вследствие этой общности не существует явлений природы, не имеющих физ. свойств … Физическая энциклопедия

Пластичность — I Пластичность (от греч. plastikós годный для лепки, податливый, пластичный) свойство твёрдых тел необратимо изменять свои размеры и форму (т. е. пластически деформироваться) под действием механических нагрузок. П. кристаллических тел… … Большая советская энциклопедия

Физика твёрдого тела — Физика твёрдого тела раздел физики конденсированного состояния, задачей которого является описание физических свойств твёрдых тел с точки зрения их атомарного строения. Интенсивно развивалась в XX веке после открытия квантовой механики.… … Википедия

Атомная физика — раздел физики, в котором изучают строение и состояние атомов. А. ф. возникла в конце 19 начале 20 вв. В 10 х гг. 20 в. было установлено, что атом состоит из ядра и электронов, связанных электрическими силами. На первом этапе своего… … Большая советская энциклопедия

Твёрдое тело — одно из четырёх агрегатных состояний вещества, отличающееся от др. агрегатных состояний (жидкости (См. Жидкость), Газов, плазмы (См. Плазма)) стабильностью формы и характером теплового движения атомов, совершающих малые колебания около… … Большая советская энциклопедия

ТВЁРДОЕ ТЕЛО — агрегатное состояние в ва, характеризующееся стабильностью формы и хар ром теплового движения атомов, к рые совершают малые колебания вокруг положений равновесия. Различают крист. и аморфные Т. т. Кристаллы характеризуются пространств.… … Физическая энциклопедия

Механика — (греч. μηχανική искусство построения машин) область физики, изучающая движение материальных тел и взаимодействие между ними. Движением в механике называют изменение во времени взаимного положения тел или их частей в пространстве[1].… … Википедия

Гидродинамика — Механика сплошных сред … Википедия

Теория упругости — Механика сплошных сред … Википедия

называется способность металла принимать под действием нагрузки новую форму не разрушаясь.

Пластичность металлов определяется также при испытании на растяжение. Это свойство обнаруживается в том, что под действием нагрузки образцы разных металлов в различной степени удлиняются, а их поперечное сечение уменьшается. Чем больше способен образец удлиняться, а его пеперечное сечение сужаться, тем пластичнее металл образца.

Необходимость определения пластичности металлов вызывается тем, что пластичные металлы можно подвергать обработке давлением, т. е. ковать, штамповать или на прокатных станах превращать слитки металлов в полосы, листы, прутки, рельсы и многие другие изделия и заготовки.

Читать еще:  Ручная система размораживания холодильника что это

В противоположность пластичным хрупкие металлы под действием нагрузки разрушаются без изменения формы. При испытании хрупкие образцы разрушаются без удлинения, внезапно. Хрупкость является отрицательным свойством. Вполне пригодным для изготовления деталей машин будет не только прочный, но и в определенной мере пластичный металл.

Для того чтобы получить представление о пластичности металла и определить величину этого свойства, существуют две единицы измерения: относительное удлинение и относительное сужение при разрыве.

Величина относительного удлинения определяется при испытании следующим образом.

Сначала вычисляется общее удлинение образца при разрыве l 1 -l 0 , т. е. из его длины в момент разрыва l 1 вычисляется первоначальная длина l 0 . Полученная разность могла бы служить показателем пластичности металлов только в том случае, если бы длина образцов для испытания была всегда одинаковой.

При различной же начальной длине образцов величина их удлинения для сравнения пластичности металлов является недостаточной, так как длинные образцы будут удлиняться при разрыве больше, чем короткие образцы из того же металла.

Поэтому, чтобы иметь возможность сравнивать пластичность различных металлов, необходимо учитывать, какова начальная длина образца и какое он получил удлинение при разрыве относительно первоначальной ее длины.

Относительное удлинение принято численно выражать в процентах по отношению к первоначальной длине образца и обозначать буквой δ n .

Пример.. Первоначальная длина образца l 0 = 200 мм; длина при разрыве оказалась равной 236 мм; удлинение образца составило 236—200 = 36 мм. Относительное удлинение

Относительное удлинение (%) при испытании некоторых металлов составляет: для цинка 20, алюминия 40, олова 40, железа 45, свинца 45, никеля 50, меди 50.

Вторую величину, характеризующую пластичность металлов,— относительное сужение при разрыве ψ определяют подобным же способом:

где F 0 — начальная площадь поперечного сечения образца до испытания, мм 2 ; F 1 — площадь поперечного сечения образца в месте разрыва, мм 2 .

Таким образом, относительное сужение представляет собой отношение величины уменьшения площади поперечного сечения образца при разрыве к первоначальной площади поперечного сечения.

Пластичность – свойство металла пластически деформироваться, не разрушаясь под действием внешних сил. Под пластической деформацией понимается способность материалов изменять свою форму и размеры под действием внешних сил и сохранять эти изменения после снятия нагрузки.

Характеристики пластичности – относительные удлинение δ и сужение площади поперечного сечения ψ. Определяются при проведении испытания материалов на статическое осевое растяжение на тех же стандартных образцах и оборудовании, на которых определялись характеристики статической прочности (см. рис. 1, 2).

Относительным удлинением называется отношение абсолютного удлинения, т. е. приращение расчетной длины образца после разрыва (lkl ), к его первоначальной расчетной длине l , мм, выраженное в процентах:

, (8)

где – lk длина расчетной части стандартного образца после разрыва, мм.

Расчетная длина l – участок рабочей длины образца между нанесенными до испытания метками, на котором определяется удлинение (см. рис. 1).

Относительным сужением называется отношение абсолютного сужения, т. е. уменьшение площади поперечного сечения образца после разрыва (FFk), к первоначальной площади его поперечного сечения F , мм 2 , выраженное в процентах:

, (9)

где Fk – площадь поперечного сечения образца в месте разрыва, мм 2 .

3. Определение характеристик твердости

Твердость – способность материала сопротивляться пластической или упругой деформации при внедрении в него более твердого тела (индентора).

Наибольшее применение получили методы измерения твердости, основанные на вдавливании в испытуемый металл индентора в виде шарика, алмазного конуса и алмазной пирамиды – методы Бринелля, Роквелла и Виккерса (рис. 8).

Метод Бринелля (НВ). Определение твердости производится на прессе Бринелля (твердомере типа ТШ). Сущность метода заключается в том, что шарик диаметром 10; 5; 2,5 или 1,0 мм под действием определенного усилия, приложенного перпендикулярно поверхности образца, непрерывно вдавливается в испытуемый металл (рис. 8, а). Условия испытания регламентированы ГОСТ 9012-59. Например, измерение твердости стали проводят вдавливанием шарика D = 10 мм под нагрузкой 30 кН (3000 кгс).

Рис. 8. Схема определения твердости

по Бринеллю (а), по Роквеллу (б) и по Виккерсу (в)

После снятия усилия измеряют диаметр сферического отпечатка при помощи отсчетного микроскопа, на окуляре которого имеется шкала с делениями, соответствующими сотым долям миллиметра.

Твердость по Бринеллю обозначают буквами НВ (при применении стального шарика) или HBW (при применении шарика из твердого сплава) и рассчитывают как отношение усилия Р, действующего на шарик, к площади поверхности сферического отпечатка F, кгс/мм 2 или МПа:

, (10)

где P – усилие, действующее на шарик, Н (кгс);

F – площадь поверхности сферического отпечатка, м 2 (мм 2 );

D и d диаметр шарика и отпечатка, мм.

Метод Бринелля рекомендуется применять для металлов с твердостью не более НВ 450 кгс/мм 2 (4500 МПа), так как стальной шарик может деформироваться, что внесет погрешность в результат испытаний. Этот метод используется в основном для измерения твердости заготовок и полуфабрикатов из неупрочненного металла.

Метод Роквелла (HR). Определение твердости производится на прессе Роквелла (твердомере типа ТК) (ГОСТ 9013-59). Сущность метода заключается в том, что индентор в виде алмазного конуса – для твердых и сверхтвердых (более HRC 70) металлов (стальной закаленный шарик диаметром 1,58 мм – для мягких металлов) (рис. 8, б) − под действием определенного усилия, приложенного перпендикулярно поверхности образца, вдавливается в испытуемый металл. Твердость определяют по глубине отпечатка h. Результаты измерений, в условных единицах, определяют по показанию стрелки на шкале индикатора твердомера (рис. 9).

Ш

Рис. 9. Показания индикатора прибора ТК

арик и конус вдавливаются в металл под действием двух нагрузок – предварительнойР = 10 кгс и основной Р. Общая нагрузка равна сумме двух указанных нагрузок. После предварительного нагруже-ния по индикатору малой стрелки большая стрелка твердомера выставляется на «0» шкалы индикатора и включается основная нагрузка. В момент снятия основ-ной нагрузки большая стрелка перемещается по шкале индикатора и показывает значение твердости.

При вдавливании стального шарика основная нагрузка составляет 100 кгс, отсчет твердости производится по внутренней (красной) шкале «В» индикатора, твердость обозначают НRВ. При вдавливании алмазного конуса в испытуемый образец твердость определяется по показанию стрелки по внешней (черной) шкале «С» индикатора. Для твердых металлов основная нагрузка составляет 150 кг. Это основной метод измерения твердости закаленных сталей. Обозначение твердости – НRC. Для очень твердых металлов, а также материалов деталей малой толщины основная нагрузка принимается равной 60 кг. Обозначение твердости – НRА, например: НRC 40, НRА 90 – твердость по Роквеллу по шкале «С» − 40 условных единиц; по шкале «А» – 90.

Метод определения твердости по Роквеллу позволяет испытывать мягкие и твердые металлы, при этом отпечатки от шарика или конуса очень малы, поэтому с помощью данного метода можно измерять твердость материала готовых деталей. Поверхность для испытания должна быть шлифованной. Измерения выполняются быстро (в течение 30 – 60 с), не требуется никаких вычислений, так как значение твердости снимается по шкале индикатора твердомера.

Метод Виккерса (HV). При испытании на твердость по методу Виккерса в шлифованную или полированную поверхность материала вдавливается алмазная четырехгранная пирамида с углом при вершине 136º (рис. 8, в). Для определения твердости черных металлов и сплавов применяются нагрузки от 5 до 100 кгс, а для цветных металлов и их сплавов – от 2,5 до 50 кгс. После снятия нагрузки с помощью микроскопа, находящегося при приборе, измеряют диагональ отпечатка d и рассчитывают значение твердости в кгс/мм 2 или в МПа как отношение нагрузки Р, Н (кгс), к площади поверхности пирамидального отпечатка М, м 2 (мм 2 ):

, (11)

где d – длина диагонали отпечатка, мм.

Например, запись 500 HV означает, что твердость по Виккерсу составляет 500 кгс/мм 2 (5000 МПа).

Метод Виккерса позволяет измерять твердость как мягких, так и очень твердых металлов и сплавов, а также определять твердость тонких поверхностных слоев (например, после проведения химико-термической обработки, закалки токами высокой частоты и т. п.).

Для соизмерения значений твердости, определенных различными способами, применяются переводные таблицы (табл. 1).

Для оценки механических свойств материалов и приблизительного значения предела прочности можно использовать значение твердости, определенной по испытаниям способом Бринелля. Эмпирическое соотношение предела прочности и твердости, определенной по испытаниям способом Бринелля, имеет вид:

где σв – временное сопротивление;

НВmax − максимальное значение твердости при нагрузке, с которой начинается плавное понижение твердости.

Сравнение значений твердости, определенной различными способами

Характеристики пластичности

Лекция №6

Тема: «Механические свойства материалов»

Вопросы:

Диаграмма растяжения малоуглеродистой стали. Условный предел текучести

Характеристики пластичности

Диаграмма растяжения хрупких материалов

Диаграмма растяжения малоуглеродистой стали

Для определения механических свойств материалов проводят механические испытания образцов, форма и размеры которых устанавливаются стандартами (ГОСТами). Наиболее распространенными являются испытания на растяжение, так как они легко осуществимы и дают важнейшие характеристики материала.

Разрывные испытательные машины рисуют графики (диаграммы) зависимости между усилием F и абсолютным удлинением . Такая диаграмма имеет один существенный недостаток — она не позволяет сравнивать результаты испытания образцов различной площади сечения А. Поэтому полученную на машине диаграмму перерисовывают в условных осях: по оси абсцисс откладывают относительное удлинение:

,

а по оси ординат — нормальное напряжение:

,

где l и A — начальная длина и площадь поперечного сечения образца.

Для низкоуглеродистой стали марки Ст.3 (содержание углерода не более 0.22%) диаграмма имеет вид, представленный на рис.1.

В начальной стадии нагружения, на участке ОА, зависимость между и носит линейный характер, деформация прямо пропорциональна напряжению, т.е. следует закону Гука. Наибольшее напряжение, до которого соблюдается этот закон (точка А на диаграмме), называется пределом пропорциональности . Обозначения механических характеристик материала стандартизованы с тем, чтобы можно было пользоваться технической литературой без пояснений. Однако в СССР и в странах Запада обозначения отличались. Поэтому мы будем приводить обозначения, которые были приняты в СССР, (так как почти вся выпушенная техническая литература имеет такие обозначения), а в скобках давать обозначения, принятые в странах Запада.

Рис. 1

Из рисунка нетрудно видеть, что:

,

т.е. модуль продольной упругости Е графически представляет собой тангенс угла наклона прямолинейного участка диаграммы к оси абсцисс.

Читать еще:  Как подсоединить трехфазный двигатель через конденсатор

При нагружении образца до точки В в нем не появляется остаточных деформаций. Если его разгрузить, то он примет исходные размеры. Наибольшее напряжение, до которого в образце не возникает остаточных деформаций называется пределом упругости и обозначается .

Точки А и В лежат столь близко друг к другу, что на практике их обычно считают совпадающими, полагая . К тому же следует иметь в виду, что выявление обоих пределов представляет немалые трудности. Даже при достаточно точных измерениях далеко не все точки ложатся на прямую ОА вследствии неизбежной неоднородности материала и конструктивных несовершенств испытательной машины. Отчасти по этим же причинам и деформация при разгрузке полностью не исчезает. Поэтому опытным путем устанавливают лишь условные, технические значения указанных пределов.

После точки В продолжается дальнейшее искривление диаграммы и в точке С она переходит в горизонтальный участок — площадку текучести. Стрелка силоизмерительного аппарата машины останавливается, т.е. образец удлиняется при постоянной нагрузке. Соответствующее напряжение называют пределом текучести . Он является одной из основных характеристик материала. Для стали Ст. 3 =215—255 МПа в зависимости от способа раскисления (кипящая, полуспокойная, спокойная), вида поката (листовой, фасонный) и его толщины.

Ряд материалов при растяжении дает диаграмму без выраженной площадки текучести (см. рис. 2.). Для них устанавливается так называемый условный предел текучести . За него принято напряжение, при котором остаточная деформация составляет 0,2%. Для его нахождения на оси абсцисс откладывают 0,2% и проводят прямую ВС, параллельную участку ОА до пересечения с диаграммой.

Рис. 2

Точку пересечения сносят на ось ординат. Это и будет условный предел текучести . Площадка текучести отсутствует для сталей с содержанием углерода менее 0,1% и более 0,3%, а также в алюминиевых сплавах, бронзе и некоторых других материалах.

Как показывают исследования образцов из сталей, текучесть сопровождается значительными взаимными сдвигами кристаллов, в результате чего на поверхности образца появляются линии (так называемые линии Людерса-Чернова), наклоненные к оси образца под углом 45° (см. рис. 3,а.).

Рис. 3

После прекращения текучести сталь снова способна противостоять деформированию — она как бы самоупрочняется. В стадии самоупрочнения материал работает упруго-пластически. Зависимость между напряжением и деформациями подчиняется, как на участке ДЕ (см. рис. 1.), криволинейному закону; но с большим нарастанием деформаций, т.е. диаграмма имеет более пологий характер.

Точка Е диаграммы соответствует наибольшему условному напряжению, называемому пределом прочности или временным сопротивлением . Предел прочности это некоторая условная характеристика, она не является напряжением, при котором материал разрушается, так как при разрушении площадь сечения образца значительно меньше первоначальной.

До достижения предела прочности продольные и поперечные деформации образца равномерно распределяются по его длине. После достижения точки Е диаграммы эти деформации концентрируются в наиболее слабом месте, где начинает образовываться шейка — местное значительное сужение (см. рис. 3, б), которое быстро прогрессирует.

С этого момента продольная деформация зависит уже не столько от длины образца, сколько от его диаметра. Этим объясняется необходимость иметь для нормальных образцов определенное отношение между длиной и диаметром для сравнимости результатов испытаний.

С образованием шейки (после точки Е) нагрузка падает и в точке М происходит разрушение образца (см. рис. 1).

При разрыве образца образуется поперечная трещина в центре поперечного сечения в самом узком месте шейки, а остальное сечение скалывается под углом в 45° к оси стержня, так что на одной части разорванного образца образуется выступ, на другой — кратер (рис. 3.в). Такая форма разрушения образцов из малоуглеродистой стали показывает, что разрушение связано со сдвигом по площадкам, наклонным под углом 45° к оси стержня, где касательные напряжения будут наибольшими.

С удлинением образца его поперечное сечение уменьшается. Поэтому истинное напряжение, определяемое как отношение силы F к действительной площади поперечного сечения А, будет выше, условного (на диаграмме показано пунктирной линией), что особенно различается для точки разрыва М (см. рис. 1).

Характеристики пластичности

Свойство материалов давать остаточные деформации называется пластичностью.

Пластичность — это положительное свойство материала. Она играет большую роль в обеспечении безопасности и надежности материалов конструкций. Чем длительнее развитие пластических деформаций, тем больше предел несущей способности (начало пластического деформирования) отдален от предела прочности (фактического разрушения материала).

Вследствии больших значений пластических деформаций, в десятки и сотни раз превышающих упругие, их развитие в перенапряженных элементах сложных конструктивных комплексов приводит к перераспределению и выравниванию усилий за счет догрузки менее напряженных элементов. Тем самым повышается работоспособность конструктивного комплекса в целом по сравнению с расчетными пределами.

Таким образом, работа материала в пластической стадии представляет огромный резерв прочности, благодаря которому конструкция, как правило, не разрушается в прямом смысле (нарушение целостности), а теряет несущую способность из-за больших остаточных деформаций.

Хрупкостью называется свойство материала, противоположное пластичности, т.е. склонность к разрушению при весьма малых остаточных деформациях.

Для оценки пластичности материала служат две характеристики: относительное остаточное удлинение и относительное остаточное сужение .

Относительное остаточное удлинение определяют по формуле:

, (1)

где l1 — длина разорванного образца.

Как мы уже отмечали, в месте образования шейки получается значительное удлинение образца, поэтому величина зависит от соотношения длины l и диаметра образца. Для длинных образцов l=10d, для коротких — l=5d, соответственно .

Относительное остаточное удлинение можно определить по диаграмме растяжения (см. рис. 1.). С точки разрыва образца М проводят линию параллельную ОА до пересечения с осью абсцисс. Отрезок OM1 представляет собой остаточную деформацию образца, т.e. , а отрезок M1M2 — упругую деформацию в момент разрыва. Упругая деформация, как известно, исчезает со снятием нагрузки. Если образец разорван, то нагрузка исчезла. Упругая деформация изменяется по закону Гука, что на диаграмме изображается наклонной прямой ОА. Следовательно, для определения упругой деформации нужно провести линию параллельно ОА.

Относительное остаточное сужение определяют по формуле:

, (2)

где — площадь поперечного сечения образца в месте разрыва.

Относительное остаточное сужение не зависит от длины образца.

Чем больше значения и , тем пластичнее материал. К числу весьма пластичных материалов относятся медь, алюминий, латунь, малоуглеродистая сталь. Например, для стали Ст. =23-27%, =60-70%.

Менее пластичными являются дюраль и бронза, а слабопластичными материалами — большинство легированных сталей.

К хрупким материалам относятся чугун, камень, кирпич, бетон, стеклопластики и др. У них

2. Определение характеристик пластичности

Пластичность – свойство металла пластически деформироваться, не разрушаясь под действием внешних сил. Под пластической деформацией понимается способность материалов изменять свою форму и размеры под действием внешних сил и сохранять эти изменения после снятия нагрузки.

Характеристики пластичности – относительные удлинение δ и сужение площади поперечного сечения ψ. Определяются при проведении испытания материалов на статическое осевое растяжение на тех же стандартных образцах и оборудовании, на которых определялись характеристики статической прочности (см. рис. 1, 2).

Относительным удлинением называется отношение абсолютного удлинения, т. е. приращение расчетной длины образца после разрыва (lkl), к его первоначальной расчетной длине l, мм, выраженное в процентах:

, (8)

где – lk длина расчетной части стандартного образца после разрыва, мм.

Расчетная длина l – участок рабочей длины образца между нанесенными до испытания метками, на котором определяется удлинение (см. рис. 1).

Относительным сужением называется отношение абсолютного сужения, т. е. уменьшение площади поперечного сечения образца после разрыва (FFk), к первоначальной площади его поперечного сечения F, мм 2 , выраженное в процентах:

, (9)

где Fk – площадь поперечного сечения образца в месте разрыва, мм 2 .

3. Определение характеристик твердости

Твердость – способность материала сопротивляться пластической или упругой деформации при внедрении в него более твердого тела (индентора).

Наибольшее применение получили методы измерения твердости, основанные на вдавливании в испытуемый металл индентора в виде шарика, алмазного конуса и алмазной пирамиды – методы Бринелля, Роквелла и Виккерса (рис. 8).

Метод Бринелля (НВ). Определение твердости производится на прессе Бринелля (твердомере типа ТШ). Сущность метода заключается в том, что шарик диаметром 10; 5; 2,5 или 1,0 мм под действием определенного усилия, приложенного перпендикулярно поверхности образца, непрерывно вдавливается в испытуемый металл (рис. 8, а). Условия испытания регламентированы ГОСТ 9012-59. Например, измерение твердости стали проводят вдавливанием шарика D = 10 мм под нагрузкой 30 кН (3000 кгс).

Рис. 8. Схема определения твердости

по Бринеллю (а), по Роквеллу (б) и по Виккерсу (в)

После снятия усилия измеряют диаметр сферического отпечатка при помощи отсчетного микроскопа, на окуляре которого имеется шкала с делениями, соответствующими сотым долям миллиметра.

Твердость по Бринеллю обозначают буквами НВ (при применении стального шарика) или HBW (при применении шарика из твердого сплава) и рассчитывают как отношение усилия Р, действующего на шарик, к площади поверхности сферического отпечатка F, кгс/мм 2 или МПа:

, (10)

где P – усилие, действующее на шарик, Н (кгс);

F – площадь поверхности сферического отпечатка, м 2 (мм 2 );

D и d диаметр шарика и отпечатка, мм.

Метод Бринелля рекомендуется применять для металлов с твердостью не более НВ 450 кгс/мм 2 (4500 МПа), так как стальной шарик может деформироваться, что внесет погрешность в результат испытаний. Этот метод используется в основном для измерения твердости заготовок и полуфабрикатов из неупрочненного металла.

Метод Роквелла (HR). Определение твердости производится на прессе Роквелла (твердомере типа ТК) (ГОСТ 9013-59). Сущность метода заключается в том, что индентор в виде алмазного конуса – для твердых и сверхтвердых (более HRC 70) металлов (стальной закаленный шарик диаметром 1,58 мм – для мягких металлов) (рис. 8, б) − под действием определенного усилия, приложенного перпендикулярно поверхности образца, вдавливается в испытуемый металл. Твердость определяют по глубине отпечатка h. Результаты измерений, в условных единицах, определяют по показанию стрелки на шкале индикатора твердомера (рис. 9).

Ш

Рис. 9. Показания индикатора прибора ТК

арик и конус вдавливаются в металл под действием двух нагрузок – предварительнойР = 10 кгс и основной Р. Общая нагрузка равна сумме двух указанных нагрузок. После предварительного нагруже-ния по индикатору малой стрелки большая стрелка твердомера выставляется на «0» шкалы индикатора и включается основная нагрузка. В момент снятия основ-ной нагрузки большая стрелка перемещается по шкале индикатора и показывает значение твердости.

Читать еще:  Счетчик электроэнергии однофазный рейтинг

При вдавливании стального шарика основная нагрузка составляет 100 кгс, отсчет твердости производится по внутренней (красной) шкале «В» индикатора, твердость обозначают НRВ. При вдавливании алмазного конуса в испытуемый образец твердость определяется по показанию стрелки по внешней (черной) шкале «С» индикатора. Для твердых металлов основная нагрузка составляет 150 кг. Это основной метод измерения твердости закаленных сталей. Обозначение твердости – НRC. Для очень твердых металлов, а также материалов деталей малой толщины основная нагрузка принимается равной 60 кг. Обозначение твердости – НRА, например: НRC 40, НRА 90 – твердость по Роквеллу по шкале «С» − 40 условных единиц; по шкале «А» – 90.

Метод определения твердости по Роквеллу позволяет испытывать мягкие и твердые металлы, при этом отпечатки от шарика или конуса очень малы, поэтому с помощью данного метода можно измерять твердость материала готовых деталей. Поверхность для испытания должна быть шлифованной. Измерения выполняются быстро (в течение 30 – 60 с), не требуется никаких вычислений, так как значение твердости снимается по шкале индикатора твердомера.

Метод Виккерса (HV). При испытании на твердость по методу Виккерса в шлифованную или полированную поверхность материала вдавливается алмазная четырехгранная пирамида с углом при вершине 136º (рис. 8, в). Для определения твердости черных металлов и сплавов применяются нагрузки от 5 до 100 кгс, а для цветных металлов и их сплавов – от 2,5 до 50 кгс. После снятия нагрузки с помощью микроскопа, находящегося при приборе, измеряют диагональ отпечатка d и рассчитывают значение твердости в кгс/мм 2 или в МПа как отношение нагрузки Р, Н (кгс), к площади поверхности пирамидального отпечатка М, м 2 (мм 2 ):

, (11)

где d – длина диагонали отпечатка, мм.

Например, запись 500 HV означает, что твердость по Виккерсу составляет 500 кгс/мм 2 (5000 МПа).

Метод Виккерса позволяет измерять твердость как мягких, так и очень твердых металлов и сплавов, а также определять твердость тонких поверхностных слоев (например, после проведения химико-термической обработки, закалки токами высокой частоты и т. п.).

Для соизмерения значений твердости, определенных различными способами, применяются переводные таблицы (табл. 1).

Для оценки механических свойств материалов и приблизительного значения предела прочности можно использовать значение твердости, определенной по испытаниям способом Бринелля. Эмпирическое соотношение предела прочности и твердости, определенной по испытаниям способом Бринелля, имеет вид:

где σв – временное сопротивление;

НВmax − максимальное значение твердости при нагрузке, с которой начинается плавное понижение твердости.

Сравнение значений твердости, определенной различными способами

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Измерение — пластичность

Измерение пластичности по Дефо производится на специальной установке, которая представляет собой сложный автоматизированный и электрифицированный агрегат, позволяющий производить весь комплекс операций: вырезку образцов, их предварительный прогрев в камере, подачу на транспортере в термостат, сжатие их регулируемым по величине грузом, измерение деформации и автоматическую сигнализацию времени. Устройство установки показано на рис. 177, а на рис. 178 дана схема измерительной части пластометра. [1]

Измерение пластичности осуществляется на быстродействующем пластометре Уоллеса. Наличие специального малоинерционного термостата, настольных микровальцев и потребность в малом количестве каучука ( 20 г) для анализа привлекают особое внимание к этому методу. Стандартный метод определения индекса сохранения пластичности ( ISO2930), разработанный в 1960 г., состоит в измерении пластичности ( по Уоллесу) стандартного образца каучука ( толщиной 3 0 — 3 8 мм) до и после старения в течение 30 мин при 140 С в термостате с контролируемой вентиляцией. [2]

Измерение пластичности методом Бернса основано на одновременном выдавливании пресс-массы через 7 цилиндрических каналов различного диаметра. [3]

Для измерения пластичности по принципу определения деформируемости каучука при сжатии консистометр снабжен двумя штемпелями, между которыми сжимается испытываемый образец в виде цилиндра того же диаметра. Площадь торцов штемпелей равна 1 см., удельная нагрузка при этом может изменяться от 0 25 до 50 кг / смг. [4]

Для измерения пластичности и & ТХ затвердевающего сварного шва предложен ряд методик [4, 36, 42, 46], отличающихся формой и размерами образцов. [6]

Для измерения пластичности и вообще реологических свойств веществ наряду с вязкостью необходимо определять предельные напряжения сдвига и модули упругости. Принципиально такие измерения могут производиться в вискозиметрах всех перечисленных групп, но в то время как при вискозиметрии измеряют значительные деформации ( например, протекание всего исследуемого объема жидкости через капилляр), при определении модуля упругости и предельного напряжения сдвига наблюдают малые деформации. Для измерений малых деформаций более удобны вискозиметры с взаимно смещающимися цилиндрами или пластинками и ротационные вискозиметры. [7]

Принцип измерения пластичности методом вдавливания и сжатия между двумя нуансонами является наиболее подходящим для осуществления экспресс-испытаний, которые можно производить непосредственно в процессе пластикации или смешения. Этот принцип имитирует пробу на ощупь, которой не без успеха пользовались когда-то опытные мастера, но позволяет оценивать результаты объективными показателями. [8]

При измерении пластичности по Дефо образец диаметром и высотой в 10 мм сжимается между двумя пуансонами такого же диаметра. Однако, в отличие от пластометра, описанного выше ( рис. 176, где деформация производится в тех же условиях, но показателем пластичности служит деформация при постоянном грузе, в качестве меры деформируемости принимают число Дефо, которое равно весу груза в граммах, сжимающего в течение 30 секунд 10-миллиметровый цилиндрик каучука или смеси при температуре 80 до высоты 4 мм. [9]

Из приведенных рассуждений становится ясным, какие факторы должны быть учтены при измерении пластичности каучука . [10]

Известно [63], что если определение пределов длительной прочности по результатам испытаний гладких образцов сопровождать измерением пластичности при длительном разрыве, то можно значительно повысить оценки работоспособности материалов паросиловых установок. [12]

Наряду с определением свойств длительной прочности вольфрамовых проволок в [38] проведены металлографические исследования, испытания микротвердости и измерения пластичности разрушенных проволочных образцов . Обнаружена корреляция между рекристаллизацией вольфрамовой проволоки ( между 982 и 1093 С) и изменениями, наблюдаемыми в значениях долговечности выше этих температур. [14]

Анализируя приведенный в данной главе материал, можно заметить, что, пожалуй, ни один из видов механических испытаний, практикуемых в резиновой промышленности, не представлен столь многочисленными приборами и методами, как измерение пластичности . Тем не менее, до сих пор еще не создана такая конструкция пластометра для каучука и невулканизованных смесей, которую можно было бы считать наиболее рациональной. [15]

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Измерение — пластичность

Измерение пластичности по Дефо производится на специальной установке, которая представляет собой сложный автоматизированный и электрифицированный агрегат, позволяющий производить весь комплекс операций: вырезку образцов, их предварительный прогрев в камере, подачу на транспортере в термостат, сжатие их регулируемым по величине грузом, измерение деформации и автоматическую сигнализацию времени. Устройство установки показано на рис. 177, а на рис. 178 дана схема измерительной части пластометра. [1]

Измерение пластичности осуществляется на быстродействующем пластометре Уоллеса. Наличие специального малоинерционного термостата, настольных микровальцев и потребность в малом количестве каучука ( 20 г) для анализа привлекают особое внимание к этому методу. Стандартный метод определения индекса сохранения пластичности ( ISO2930), разработанный в 1960 г., состоит в измерении пластичности ( по Уоллесу) стандартного образца каучука ( толщиной 3 0 — 3 8 мм) до и после старения в течение 30 мин при 140 С в термостате с контролируемой вентиляцией. [2]

Измерение пластичности методом Бернса основано на одновременном выдавливании пресс-массы через 7 цилиндрических каналов различного диаметра. [3]

Для измерения пластичности по принципу определения деформируемости каучука при сжатии консистометр снабжен двумя штемпелями, между которыми сжимается испытываемый образец в виде цилиндра того же диаметра. Площадь торцов штемпелей равна 1 см., удельная нагрузка при этом может изменяться от 0 25 до 50 кг / смг. [4]

Для измерения пластичности и & ТХ затвердевающего сварного шва предложен ряд методик [4, 36, 42, 46], отличающихся формой и размерами образцов. [6]

Для измерения пластичности и вообще реологических свойств веществ наряду с вязкостью необходимо определять предельные напряжения сдвига и модули упругости. Принципиально такие измерения могут производиться в вискозиметрах всех перечисленных групп, но в то время как при вискозиметрии измеряют значительные деформации ( например, протекание всего исследуемого объема жидкости через капилляр), при определении модуля упругости и предельного напряжения сдвига наблюдают малые деформации. Для измерений малых деформаций более удобны вискозиметры с взаимно смещающимися цилиндрами или пластинками и ротационные вискозиметры. [7]

Принцип измерения пластичности методом вдавливания и сжатия между двумя нуансонами является наиболее подходящим для осуществления экспресс-испытаний, которые можно производить непосредственно в процессе пластикации или смешения. Этот принцип имитирует пробу на ощупь, которой не без успеха пользовались когда-то опытные мастера, но позволяет оценивать результаты объективными показателями. [8]

При измерении пластичности по Дефо образец диаметром и высотой в 10 мм сжимается между двумя пуансонами такого же диаметра. Однако, в отличие от пластометра, описанного выше ( рис. 176, где деформация производится в тех же условиях, но показателем пластичности служит деформация при постоянном грузе, в качестве меры деформируемости принимают число Дефо, которое равно весу груза в граммах, сжимающего в течение 30 секунд 10-миллиметровый цилиндрик каучука или смеси при температуре 80 до высоты 4 мм. [9]

Из приведенных рассуждений становится ясным, какие факторы должны быть учтены при измерении пластичности каучука . [10]

Известно [63], что если определение пределов длительной прочности по результатам испытаний гладких образцов сопровождать измерением пластичности при длительном разрыве, то можно значительно повысить оценки работоспособности материалов паросиловых установок. [12]

Наряду с определением свойств длительной прочности вольфрамовых проволок в [38] проведены металлографические исследования, испытания микротвердости и измерения пластичности разрушенных проволочных образцов . Обнаружена корреляция между рекристаллизацией вольфрамовой проволоки ( между 982 и 1093 С) и изменениями, наблюдаемыми в значениях долговечности выше этих температур. [14]

Анализируя приведенный в данной главе материал, можно заметить, что, пожалуй, ни один из видов механических испытаний, практикуемых в резиновой промышленности, не представлен столь многочисленными приборами и методами, как измерение пластичности . Тем не менее, до сих пор еще не создана такая конструкция пластометра для каучука и невулканизованных смесей, которую можно было бы считать наиболее рациональной. [15]

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector