§ 4. MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN

Reis. 8. Arten von Verformungen:
a – Kompression, b – Spannung, c – Torsion, d – Scherung, e – Biegung

Reis. 9.Streckdiagramm:
a – bedingtes Diagramm in P-∆l-Koordinaten, b – bedingtes Spannungsdiagramm und wahres Spannungsdiagramm

Reis. 10. Bestimmung der Metallhärte nach den Methoden Brinell (a), Rockwell (b) und Vickers (c).

Die Eigenschaften von Metallen werden oft nur anhand ihrer Härte, Zugfestigkeit und Dehnung beurteilt. Allein anhand dieser Parameter werden Rückschlüsse auf die Leistungsfähigkeit des Metalls gezogen oder verschiedene Legierungen verglichen. Tatsächlich reichen diese Informationen absolut nicht aus, um über die Eignung eines Materials für eine bestimmte Aufgabe zu entscheiden. Zusätzlich zu den genannten Parametern wird die Anwendbarkeit von Metallen und Legierungen durch a) die strukturelle Festigkeit, b) den Grad der Ausprägung unelastischer Phänomene, c) die Verschleißfestigkeit, d) die Korrosionsbeständigkeit und viele andere bestimmt.

Auf dieser Seite erfahren wir, was genau die häufigsten Parameter der mechanischen Eigenschaften bestimmt und betrachten die Hauptindikatoren der strukturellen Festigkeit. Fragen werden auf anderen Seiten besprochen Verschleißfestigkeit Und Korrosionsbeständigkeit.

Inhalt:

1. Elastische und plastische Verformungen

2. Indikatoren für elastische und plastische Zustände

2.1. Grenzen der Verhältnismäßigkeit, Elastizität und Fließfähigkeit

2.2. Eigenschaften des elastischen Zustands

2.3. Zugfestigkeit

2.4. Plastizität und Viskosität

2.5. Härte

3. Strukturstärkeindikatoren

3.1. Rissbeständigkeit

3.2. Dauerfestigkeit

3.3. Schlagfestigkeit

3.4. Kriech- und Langzeitfestigkeitsgrenzen

1. ELASTISCHE UND PLASTISCHE VERFORMUNGEN

Die mechanischen Eigenschaften von Metallen und Legierungen werden dadurch bestimmt, wie sie äußere Belastungen wahrnehmen, d. h. widerstehen Verformung und Zerstörung. Bei ihrer Verformung werden zwei verschiedene Arten von Verformungen beobachtet – elastische und plastische – die sich sowohl in der äußeren Erscheinungsform als auch in den inneren Mechanismen unterscheiden. Es ist klar, dass die Eigenschaften, die den elastischen und plastischen Zustand von Metallen bestimmen, durch unterschiedliche Merkmale beschrieben werden müssen.

Elastische Verformungen entstehen durch Änderungen der interatomaren Abstände; sie verändern die Struktur des Metalls und seine Eigenschaften nicht und sind reversibel. Reversibilität bedeutet, dass der Körper nach Entlastung wieder seine vorherige Form und Größe annimmt, d. h. Es gibt keine bleibende Verformung.

Durch die Bildung und Bewegung von Versetzungen entstehen plastische Verformungen; sie verändern die Struktur und Eigenschaften des Metalls. Nach Entlastung bleiben die Verformungen bestehen, d.h. Plastische Verformungen sind irreversibel.

2. INDIKATOREN DES ELASTISCHEN UND KUNSTSTOFFZUSTANDS

2.1. GRENZEN DER PROPORTIONALITÄT, ELASTIZITÄT und FLUIDITÄT.

Ist der Spannungsbereich, bei dem nur elastische Verformung auftritt, durch die Proportionalitätsgrenze begrenzt? Stk. In diesem Bereich finden in jedem Korn nur elastische Verformungen statt, und für die Probe als Ganzes ist das Hookesche Gesetz erfüllt – die Verformung ist proportional zur Spannung (daher der Name des Grenzwerts).

Mit zunehmender Belastung kommt es zu mikroplastischen Verformungen einzelner Körner. Bei solchen Belastungen sind die Eigenspannungen unbedeutend (0,001 % – 0,01 %).

Die Spannung, bei der innerhalb der angegebenen Grenzen Restverformungen auftreten, wird als bedingte Elastizitätsgrenze bezeichnet. Der Index gibt in seiner Bezeichnung an, für wie viel Restverformung (in Prozent) beispielsweise die Elastizitätsgrenze ermittelt wurde? 0,01.

Die Spannung, bei der in allen Körnern bereits eine plastische Verformung auftritt, wird als bedingte Streckgrenze bezeichnet. Am häufigsten wird er bei einem Restverformungswert von 0,2 % ermittelt und mit „?“ bezeichnet. 0,2.

Formal hängt der Unterschied zwischen den Grenzen der Elastizität und der Streckgrenze mit der Genauigkeit der Bestimmung der „Grenze“ zwischen dem elastischen und dem plastischen Zustand zusammen, was das Wort „bedingt“ widerspiegelt. Es ist klar, dass? Stkgenau Die Proportionalitäts- oder Elastizitätsgrenze bestimmt den Grad der Ausprägung unelastischer Eigenschaften und die Größe der Ermüdungsgrenze.

Das Fehlen einer scharfen Grenze zwischen dem elastischen und dem plastischen Zustand bedeutet, dass im Spannungsbereich zwischen? PC und? 0,2 treten sowohl elastische als auch plastische Verformungen auf.

Der elastische Zustand besteht so lange, wie die Versetzungen in allen Körnern des Metalls bewegungslos sind.

Der Übergang in den plastischen Zustand wird in einem Belastungsbereich beobachtet, in dem die Bewegung von Versetzungen (und damit die plastische Verformung) nur in einzelnen Kristallkörnern auftritt und im übrigen der Mechanismus der elastischen Verformung weiterhin auftritt.

Der plastische Zustand wird erreicht, wenn die Bewegung von Versetzungen in allen Körnern der Probe auftritt.

Nach der Umstrukturierung der Versetzungsstruktur (Abschluss der plastischen Verformung) kehrt das Metall in den elastischen Zustand zurück, jedoch mit veränderten elastischen Eigenschaften.

Die angegebenen Grenzwertbezeichnungen entsprechen der einachsigen Spannung, deren Diagramm in der Abbildung dargestellt ist. Grenzwerte von ähnlicher Bedeutung werden für Druck, Biegung und Torsion ermittelt.

Das betrachtete Diagramm ist typisch für Metalle, bei denen der Übergang vom elastischen in den plastischen Zustand sehr fließend ist. Allerdings gibt es Metalle mit einem ausgeprägten Übergang in den plastischen Zustand. Die Spannungs-Dehnungs-Diagramme solcher Metalle haben einen horizontalen Schnitt und sind nicht durch eine bedingte, sondern durch eine physikalische Streckgrenze gekennzeichnet. Ein Beispiel für ein solches Diagramm finden Sie auf der Websitehttp://www.physics-words.com/130/207/2770120.html.. Beim Erreichen der physikalischen Fließgrenze führt ein kleiner Spannungsanstieg zu einer starken Dehnung der Probe; daher scheint die Grenze zu fließen.

2.2. EIGENSCHAFTEN DES ELASTISCHEN ZUSTANDS

Die wichtigsten Parameter des elastischen Zustands – Elastizitätsgrenze? y und Elastizitätsmodule.

Die Elastizitätsgrenze bestimmt maximal zulässige Betriebslasten, bei dem das Metall nur elastische oder geringe zulässige elastisch-plastische Verformungen erfährt. Sehr grob (und eher zur Überschätzung) lässt sich die Elastizitätsgrenze anhand der Streckgrenze abschätzen.

Elastizitätsmodule charakterisieren den Widerstand eines Materials gegenüber einer Belastung im elastischen Zustand. Der Elastizitätsmodul E bestimmt den Widerstand gegen Normalspannungen (Zug, Druck und Biegung), und der Schubmodul G bestimmt den Widerstand gegen Scherspannungen (Torsion). Je größer die Elastizitätsmodule sind, desto steiler ist der elastische Abschnitt im Verformungsdiagramm (siehe Abbildung), desto geringer sind die elastischen Verformungen bei gleichen Spannungen und desto größer ist daher die Steifigkeit der Struktur. Elastische Verformungen können diesen Wert nicht überschreiten? Ihr.

Somit bestimmen sich die Elastizitätsmodule maximal zulässige Betriebsverformungen(unter Berücksichtigung der Elastizitätsgrenze und Produktsteifigkeit. Elastizitätsmodule werden in denselben Einheiten wie die Spannung gemessen (MPa oder kgf/mm 2).

Strukturmaterialien müssen hohe Werte der Streckgrenze (starken Belastungen standhalten) und des Elastizitätsmoduls (höhere Steifigkeit) vereinen. Der Elastizitätsmodul E hat bei Druck und Zug den gleichen Wert. Die Druck- und Zugelastizitätsgrenzen können jedoch unterschiedlich sein. Daher können bei gleicher Steifigkeit die Elastizitätsbereiche bei Druck und Zug unterschiedlich sein.

Metall verformt sich nicht im elastischen Zustand Makro Plastische Verformungen sind jedoch in ihren einzelnen mikroskopischen Volumina lokal Mikro plastische Verformungen. Sie sind die Ursache der sogenannten unelastischen Phänomene, die das Verhalten von Metallen im elastischen Zustand maßgeblich beeinflussen. Bei statischer Belastung treten Hysterese, elastische Nachwirkung und Relaxation auf, bei dynamischer Belastung entsteht innere Reibung.

Entspannung– spontaner Stressabbau im Produkt. Ein Beispiel für seine Manifestation ist die Schwächung von Spannungsverbindungen im Laufe der Zeit. Je geringer die Relaxation, desto stabiler sind die wirkenden Spannungen. Darüber hinaus führt die Entspannung zum Auftreten einer Restverformung nach Entlastung. Die Anfälligkeit für diese Phänomene ist durch Entspannungsresistenz gekennzeichnet. Sie wird als relative Spannungsänderung über die Zeit gemessen. Je größer es ist, desto geringer ist die Relaxation des Metalls.

Innere Reibung ermittelt irreversible Energieverluste bei wechselnden Belastungen. Energieverluste werden durch das Dämpfungsdekrement bzw. den inneren Reibungskoeffizienten charakterisiert. Metalle mit einem großen Dämpfungsdekrement dämpfen effektiv Schall und Vibrationen und sind weniger anfällig für Resonanzen (eines der besten Dämpfungsmetalle ist Grauguss). Metalle mit einem niedrigen inneren Reibungskoeffizienten haben dagegen einen minimalen Einfluss auf die Schwingungsausbreitung (z. B. Glockenbronze). Je nach Verwendungszweck muss das Metall eine hohe innere Reibung (Stoßdämpfer) oder umgekehrt eine niedrige (Federn von Messgeräten) aufweisen.

Mit zunehmender Temperatur verschlechtern sich die elastischen Eigenschaften von Metallen. Dies äußert sich in einer Verengung des elastischen Bereichs (aufgrund einer Abnahme der Elastizitätsgrenzen), einer Zunahme inelastischer Phänomene und einer Abnahme der Elastizitätsmodule.

Metalle, die zur Herstellung elastischer Elemente und Produkte mit stabilen Abmessungen verwendet werden, dürfen nur minimale Ausprägungen unelastischer Eigenschaften aufweisen. Diese Anforderung wird besser erfüllt, wenn die Elastizitätsgrenze deutlich über der Betriebsspannung liegt. Darüber hinaus ist das Verhältnis von Elastizitäts- und Fließfähigkeitsgrenzen wichtig. Je größer die Einstellung? y / ? 0,2, desto geringer ist die Ausprägung inelastischer Eigenschaften. Wenn man sagt, dass ein Metall gute elastische Eigenschaften hat, bedeutet das meist nicht nur eine hohe Elastizitätsgrenze, sondern auch einen großen Wert? y / ? 0,2.

2.3. ZUGFESTIGKEIT

Bei Spannungen oberhalb der Streckgrenze? 0,2 geht das Metall in einen plastischen Zustand über. Äußerlich äußert sich dies in einer Abnahme des Widerstands gegenüber der aktuellen Belastung und einer sichtbaren Veränderung von Form und Größe. Nach Entlastung kehrt das Metall in den elastischen Zustand zurück, bleibt jedoch um den Betrag der Restverformung verformt, der die elastische Grenzverformung weit übersteigen kann. Eine Veränderung der Versetzungsstruktur bei plastischer Verformung erhöht die Streckgrenze des Metalls – es kommt zu einer Kaltverfestigung.

Typischerweise wird die plastische Verformung unter einachsiger Spannung der Probe untersucht. In diesem Fall wird der temporäre Widerstand bestimmt? c, relative Dehnung nach Bruch? und relative Verengung nach Bruch? Das Spannungsbild bei Spannungen oberhalb der Streckgrenze lässt sich auf zwei in der Abbildung dargestellte Optionen reduzieren.

Im ersten Fall (Abbildung im Einschub) wird eine gleichmäßige Dehnung der gesamten Probe beobachtet – es kommt zu einer gleichmäßigen plastischen Verformung, die mit einem Bruch der Probe unter Spannung endet? V. In diesem Fall? macht die bedingte Zugfestigkeit Sinn, oder? Und? Bestimmen Sie die maximale gleichmäßige plastische Verformung.

Im zweiten Fall wird die Probe zunächst gleichmäßig gedehnt und erst nach Erreichen der Spannung? Es entsteht eine lokale Verengung (Hals) und die weitere Dehnung bis hin zum Bruch konzentriert sich auf den Halsbereich. In diesem Fall? Und? sind die Summe gleichmäßiger und konzentrierter Verformungen (siehe Abbildung). Da der „Moment“ der Bestimmung der Zugfestigkeit nicht mehr mit dem „Moment“ des Probenbruchs zusammenfällt? c bestimmt nicht die Endfestigkeit, sondern die bedingte Spannung, bei der die gleichmäßige Verformung endet. Doch die Größenordnung? B wird oft als bedingte Zugfestigkeit bezeichnet, unabhängig davon, ob ein Hals vorhanden ist oder nicht.

In jedem Fall bestimmt die Differenz (? in – ? 0,2) das Intervall bedingter Spannungen, in dem eine gleichmäßige plastische Verformung auftritt, und das Verhältnis? 0,2 / ? B kennzeichnet den Härtegrad. Aus geglühtem Metall? 0,2/? B = 0,5–0,6. und nach der Kaltverfestigung (Verfestigung) steigt sie auf 0,9–0,95.

Das Wort „bedingt“ in Bezug auf? V bedeutet, dass sie kleiner ist als die „wahre“ Spannung S V, die in der Probe wirkt. Der Punkt ist diese Spannung? ist definiert als das Verhältnis der Zugkraft zur Fläche des anfänglichen Querschnitts der Probe (was praktisch ist), und die wahre Spannung S muss im Verhältnis zur Querschnittsfläche zum Zeitpunkt der Messung bestimmt werden (was schwieriger ist). Bei der plastischen Verformung wird die Probe dünner und mit der Dehnung vergrößert sich die Differenz zwischen Nenn- und tatsächlicher Spannung (insbesondere nach Einschnürung). Wenn Sie ein Zugdiagramm für echte Spannungen erstellen, verläuft die Zugkurve über der in der Abbildung gezeichneten Kurve und weist keinen fallenden Abschnitt auf.

Können Metalle die gleiche Bedeutung haben? c, aber wenn sie unterschiedliche Zugdiagramme haben, wird das Versagen der Probe bei unterschiedlichen wahren Spannungen S B auftreten (ihre wahre Festigkeit wird unterschiedlich sein).

Vorübergehender Widerstand? B wird unter einer Belastung von mehreren zehn Sekunden bestimmt und wird daher oft als Kurzzeitfestigkeitsgrenze bezeichnet.

Die plastische Verformung wird auch unter Druck, Biegung und Torsion untersucht; die Verformungsdiagramme ähneln denen in der Abbildung. Aus vielen Gründen ist jedoch in den meisten Fällen eine einachsige Spannung vorzuziehen. Ist die Bestimmung einachsiger Zugparameter am wenigsten arbeitsintensiv? in und?, sie werden immer bei Massentests im Werk ermittelt und ihre Werte sind notwendigerweise in allen Nachschlagewerken angegeben.

Eine Beschreibung der Zugprüfmethode für Metalle (und die Definition aller Begriffe) finden Sie in GOST 1497-73. Der Kompressionstest ist in beschrieben GOST 25.503-97 und für Torsion - in GOST 3565-80.

2.4. PLASTIZITÄT UND VISKOSITÄT

Plastizität ist die Fähigkeit eines Metalls, seine Form zu ändern, ohne seine Integrität zu beeinträchtigen (ohne Risse, Risse und insbesondere ohne Zerstörung). Sie manifestiert sich, wenn die elastische Verformung durch eine plastische Verformung ersetzt wird, d.h. bei Spannungen größer als die Streckgrenze? V.

Wird die Möglichkeit einer plastischen Verformung durch das Verhältnis charakterisiert? 0,2/? V. Bei? 0,2/? B = 0,5-0,6, das Metall lässt große plastische Verformungen zu (? und? betragen mehrere zehn Prozent). Im Gegenteil, bei? 0,2/? Bei =0,95–0,98 verhält sich das Metall spröde: Der Bereich der plastischen Verformung fehlt praktisch (? und? betragen 1–3 %).

Am häufigsten werden plastische Eigenschaften anhand des Wertes der relativen Bruchdehnung beurteilt. Dieser Wert wird jedoch unter statischer einachsiger Spannung bestimmt und charakterisiert daher nicht die Plastizität bei anderen Verformungsarten (Biegung, Kompression, Torsion), hohen Verformungsgeschwindigkeiten (Schmieden, Walzen) und hohen Temperaturen.

Als Beispiel können wir die Messinge L63 und LS59-1 nennen, die praktisch die gleichen ?-Werte, aber deutlich unterschiedliche Kunststoffeigenschaften aufweisen. Ein gekerbter Stab von L63 verbiegt sich an der Schnittstelle, und von LS59-1 bricht er mit geringer Kraft ab. Der Draht von L63 lässt sich leicht glätten, ohne zu reißen, während der Draht von LS59-1 nach mehreren Schlägen reißt. Messing LS59-1 lässt sich leicht warmwalzen, und L63 lässt sich nur in einem engen Temperaturbereich walzen, jenseits dessen das Werkstück reißt.

Somit hängt die Plastizität von der Temperatur, der Geschwindigkeit und der Art der Verformung ab. Die plastischen Eigenschaften werden durch viele Verunreinigungen stark beeinflusst, oft sogar in sehr geringen Konzentrationen.

In der Praxis werden zur Bestimmung der Plastizität technologische Tests eingesetzt, bei denen Verformungsmethoden eingesetzt werden, die den entsprechenden technologischen Prozessen besser entsprechen.

Eine gängige Beurteilung der Duktilität ist der Biegewinkel, die Anzahl der Biegungen oder Verdrehungen, die ein Halbzeug ohne Risse oder Risse aushalten kann.

Der Test zum Herausdrücken des Lochs aus dem Band (analog zum Stanzen und Tiefziehen) wird durchgeführt, bis Risse und Risse auftreten.

Gute plastische Eigenschaften sind bei Metallumformprozessen wichtig. Im Normalbetrieb befindet sich das Metall in einem elastischen Zustand und seine plastischen Eigenschaften kommen nicht zum Tragen. Daher macht es auf den ersten Blick keinen Sinn, sich auf Plastizitätsindikatoren im normalen Betrieb von Produkten zu konzentrieren.

Besteht jedoch die Möglichkeit, dass Belastungen die Streckgrenze überschreiten, ist es wünschenswert, dass das Material plastisch ist. Ein sprödes Metall kollabiert sofort nach Überschreiten einer bestimmten Grenze, während ein duktiles Material in der Lage ist, ausreichend überschüssige Energie aufzunehmen, ohne zu kollabieren.

Die Begriffe Viskosität und Plastizität werden oft identifiziert, diese Begriffe charakterisieren jedoch unterschiedliche Eigenschaften:

Plastizität – bestimmt die Fähigkeit, sich ohne Zerstörung zu verformen; sie wird in linearen, relativen oder konventionellen Einheiten bewertet.

Viskosität – bestimmt die Menge an Energie, die bei der plastischen Verformung absorbiert wird, sie wird in Energieeinheiten gemessen

Die zum Brechen eines Materials erforderliche Energiemenge entspricht der Fläche unter der Spannungs-Dehnungs-Kurve im Diagramm der wahren Spannung und der wahren Dehnung. Dies bedeutet, dass es sowohl auf die maximal mögliche Verformung als auch auf die Festigkeit des Metalls ankommt. Die Methode zur Bestimmung der Energieintensität bei plastischer Verformung ist in beschriebenGOST 23.218-84.

2.5. HÄRTE

Ein verallgemeinertes Merkmal elastisch-plastischer Eigenschaften ist die Härte.

Härte ist die Eigenschaft der Oberflächenschicht eines Materials, dem Eindringen eines anderen, härteren Körpers mit seinem konzentrierten Aufprall auf die Oberfläche des Materials zu widerstehen. Der „andere, härtere Körper“ ist ein Eindringkörper (Stahlkugel, Diamantpyramide oder -kegel), der in das zu prüfende Metall gedrückt wird.

Die vom Eindringkörper verursachten Spannungen werden durch seine Form und die Eindringkraft bestimmt. Abhängig von der Größe dieser Spannungen kommt es in der Oberflächenschicht des Metalls zu elastischen, elastisch-plastischen oder plastischen Verformungen. Im ersten Fall hinterlässt die Entlastung keine Spuren auf der Oberfläche. Überschreitet die Spannung die Elastizitätsgrenze des Metalls, bleibt nach Entlastung ein Abdruck auf der Oberfläche zurück.

Je kleiner der Eindruck ist, desto höher ist der Eindruckwiderstand und desto größer wird die Härte berücksichtigt. Anhand der Größe der konzentrierten Kraft, die noch keinen Eindruck hinterlässt, lässt sich die Härte an der Streckgrenze bestimmen (GOST 22762-77).

Die numerische Bestimmung der Härte erfolgt nach den Methoden Vickers, Brinell und Rockwell.

Bei der Rockwell-Methode (GOST 9013-59) wird die Härte in HR-Einheiten gemessen, die den Grad der elastischen Erholung des Eindrucks nach Wegnahme der Belastung widerspiegeln. Diese. Die Rockwell-Härtezahl bestimmt den Widerstand gegen elastische oder kleine plastische Verformungen. Abhängig von der Art des Metalls und seiner Härte werden unterschiedliche Skalen verwendet. Die am häufigsten verwendete Skala ist C. und Härtezahl H.R.C.

Anforderungen an die Oberflächenqualität von Stahlteilen nach der Wärmebehandlung werden häufig in MRK-Einheiten formuliert. Die HRC-Härte spiegelt am besten das Leistungsniveau hochfester Stähle wider und wird aufgrund der Einfachheit von Rockwell-Messungen in der Praxis sehr häufig verwendet. Eine detaillierte Beschreibung der Rockwell-Methode mit einer Beschreibung der verschiedenen Skalen und Härten verschiedener Materialklassen finden Sie unter http://www.fast-const.ru/articles.php?article_id=2

Die Vickers- und Brinell-Härte ist definiert als das Verhältnis der Eindruckkraft zur Kontaktfläche von Eindringkörper und Metall bei maximaler Eindringtiefe des Eindringkörpers. Diese. Die Härtezahlen HV und HB geben die durchschnittliche Spannung auf der Oberfläche eines unrestaurierten Drucks an, werden in Spannungseinheiten (MPa oder kgf/mm) gemessen und bestimmen den Widerstand gegen plastische Verformung. Der Hauptunterschied zwischen diesen Methoden hängt mit der Form des Eindringkörpers zusammen.

Anwendung der Diamantpyramide inVickers-Methode (GOST 2999-75, GOST R ISO 6507-1) gewährleistet die geometrische Ähnlichkeit der Pyramidendrucke bei jeder Belastung – das Verhältnis von Tiefe und Größe des Drucks bei maximaler Einkerbung hängt nicht von der ausgeübten Kraft ab. Dies ermöglicht einen relativ genauen Vergleich der Härte verschiedener Metalle, einschließlich der Ergebnisse bei unterschiedlichen Belastungen.

Kugeleindringkörper drinBrinell-Methode (GOST 9012-59) bieten keine geometrische Ähnlichkeit sphärischer Drucke. Dies führt dazu, dass der Belastungswert abhängig vom Durchmesser des Kugeleindringkörpers und der Art des zu prüfenden Materials gemäß den Tabellen der empfohlenen Prüfparameter ausgewählt werden muss. Die Folge davon ist Unklarheit beim Vergleich der HB-Härtezahlen für verschiedene Materialien.

Die Abhängigkeit der ermittelten Härte von der Größe der aufgebrachten Belastung (gering bei der Vickers-Methode und sehr stark bei der Brinell-Methode) erfordert zwingend die Angabe der Prüfbedingungen bei der Erfassung der Härtezahl (siehe GOSTs), obwohl diese Regel oft nicht eingehalten wird .

Der Einflussbereich des Eindringkörpers auf das Metall ist vergleichbar mit der Größe des Eindrucks, d.h. Die Härte charakterisiert die lokalen Eigenschaften eines Halbzeugs oder Produkts. Wenn sich die Oberflächenschicht (plattiert oder gehärtet) in ihren Eigenschaften vom Grundmetall unterscheidet, hängen die gemessenen Härtewerte vom Verhältnis von Eindrucktiefe und Schichtdicke ab – d.h. hängt von der Messmethode und den Messbedingungen ab. Das Ergebnis einer Härtemessung kann sich entweder nur auf die Randschicht oder auf das Grundmetall unter Berücksichtigung seiner Randschicht beziehen.

Bei der Härtemessung wird der resultierende Widerstand gegen das Eindringen des Eindringkörpers in das Metall ohne Berücksichtigung einzelner Strukturkomponenten ermittelt. Eine Mittelung erfolgt, wenn die Größe des Drucks die Größe aller Inhomogenitäten überschreitet. Die Härte einzelner Phasenkomponenten (Mikrohärte) wird nach der Vickers-Methode (GOST 9450-76) mit geringen Eindruckkräften bestimmt.

Es besteht kein direkter Zusammenhang zwischen verschiedenen Härteskalen und es gibt keine fundierten Methoden zur Umrechnung von Härtezahlen von einer Skala in eine andere. Die bestehenden Tabellen, die die verschiedenen Skalen formal verknüpfen, basieren auf Vergleichsmessungen und gelten nur für bestimmte Metallkategorien. In solchen Tabellen werden üblicherweise Härtezahlen mit HV-Härtezahlen verglichen. Dies liegt daran, dass Sie mit der Vickers-Methode die Härte beliebiger Materialien bestimmen können (bei anderen Methoden ist der Bereich der gemessenen Härte begrenzt) und die geometrische Ähnlichkeit der Drucke gewährleistet.

Eine grafische Beziehung zwischen den Rockwell- und Vickers-Skalen finden Sie unterhttp://www.gordonengland.co.uk/hardness/hardness_conversion.gif.

für Stähle -http://www.grantadesign.com/images/hardness.fe2.gif

Das Gleiche gilt für Nichteisenlegierungen –http://www.grantadesign.com/images/hardness.al1.gif

Eine tabellarische Beziehung zwischen allen Maßstäben für Stähle ist verfügbar inhttp://www.freetechnicalcharts.com/images/Steel_hardness_conversion_chart.jpg

Es besteht auch kein direkter Zusammenhang zwischen Härte und Streckgrenze bzw. Festigkeit, obwohl in der Praxis häufig von der Beziehung Gebrauch gemacht wird? в = k НВ. Die Werte des k-Koeffizienten werden auf der Grundlage von Vergleichstests für bestimmte Metallklassen ermittelt und variieren je nach Metallart und Zustand (geglüht, kaltumgeformt usw.) zwischen 0,15 und 0,5.

Änderungen der elastischen und plastischen Eigenschaften bei Temperaturänderungen, nach Wärmebehandlung, Kalthärtung usw. äußern sich in Veränderungen der Härte. Die Härte lässt sich schneller und einfacher messen und ermöglicht eine zerstörungsfreie Prüfung. Daher ist es bequem, die Änderung der Eigenschaften des Metalls nach verschiedenen Bearbeitungsarten genau durch die Änderung der Härte zu steuern. Zum Beispiel Verhärtung, Steigerung? 0,2 und? 0,2/? c, erhöht die Härte und Glühen verringert sie.

In den meisten Fällen wird die Härte bei Raumtemperatur mit einem Eindringkörper für weniger als eine Minute bestimmt. Die dabei ermittelte Härte wird als Kurzzeithärte bezeichnet. Bei hohen Temperaturen, wenn das Phänomen des Kriechens auftritt (siehe unten), wird die Langzeithärte bestimmt – die Reaktion des Metalls auf längere Einwirkung des Eindringkörpers (normalerweise innerhalb einer Stunde). Die Langzeithärte ist immer geringer als die Kurzzeithärte und dieser Unterschied nimmt mit steigender Temperatur zu. Beispielsweise beträgt bei Kupfer die Kurzzeit- und Langzeithärte bei 400 °C 35 HV bzw. 25 HV und bei 700 °C 9 HV bzw. 5 HV.

Die betrachteten Methoden sind statisch: Der Eindringkörper wird langsam eingeführt und die maximale Belastung wird lange genug ausgeübt, um die Prozesse der plastischen Verformung abzuschließen (10 - 180 s). Bei dynamischen (Schlag-)Verfahren ist der Aufprall des Eindringkörpers auf das Metall kurzfristig und daher verlaufen Verformungsprozesse unterschiedlich. In tragbaren Härteprüfgeräten kommen verschiedene Variationen dynamischer Methoden zum Einsatz.

Bei der Kollision mit dem untersuchten Material wird die Energie des Eindringkörpers (Aufprall) für elastische und plastische Verformung aufgewendet. Je weniger Energie für die plastische Verformung einer Probe aufgewendet wird, desto höher sollte ihre „dynamische“ Härte sein, die den Widerstand des Materials gegen elastisch-plastische Verformung beim Aufprall bestimmt. Primärdaten werden in „statische“ Härtewerte (HR, HV, HB) umgewandelt, die auf dem Gerät angezeigt werden. Eine solche Neuberechnung ist nur auf Basis von Vergleichsmessungen für bestimmte Materialgruppen möglich.

Es gibt auch Härtebewertungen, die auf der Beständigkeit gegen abrasiven Verschleiß oder Schnitt basieren und die entsprechenden technologischen Eigenschaften von Materialien besser widerspiegeln.

Daraus folgt, dass die Härte keine primäre Eigenschaft eines Materials ist, sondern eine verallgemeinerte Eigenschaft, die seine elastisch-plastischen Eigenschaften widerspiegelt. Dabei können die Wahl der Methode und der Messbedingungen in erster Linie entweder ihre elastischen oder umgekehrt plastischen Eigenschaften charakterisieren.

3. INDIKATOREN FÜR STRUKTURSTÄRKE

Kommt es bei einachsiger Spannung zum Versagen, wenn die Endfestigkeit erreicht ist? c nach Abschluss der plastischen Verformung. Versagen Metalle jedoch unter realen Bedingungen bei Spannungen, die nicht einmal die Streckgrenze überschreiten? 0,2. Bedeutet das die Größenordnung? bestimmt nicht die tatsächliche Festigkeit von Metallen und es sind andere Eigenschaften erforderlich, um sie zu beschreiben.

Die Praxis zeigt, dass die Haltbarkeit eines Produkts durch 1) strukturelle Festigkeit, 2) Verschleißfestigkeit und 3) bestimmt wird.Korrosionsbeständigkeit geeignetes Material unter geeigneten Betriebsbedingungen. Es sind diese Eigenschaften, die in den meisten praktischen Anwendungen die Wahl des Materials bestimmen.

3.1. RISSFESTIGKEIT (BRUCHZÄHIGKEIT)

Metalle enthalten immer Spannungskonzentratoren. Dabei handelt es sich um Strukturinhomogenitäten (Verunreinigungen, Verstärkungsphasen), Defekte (Innen- und Oberflächenrisse), Konstruktionsmerkmale des Produkts (Schnitte, plötzliche Querschnittsänderungen). Bruchmechanismen sind mit mikroplastischen Verformungen verbunden, die sich in der Nähe von Spannungskonzentratoren entwickeln und im Laufe der Zeit zur Rissbildung führen.

Anhand der Geschwindigkeit der Rissausbreitung wird zwischen duktilem und sprödem Bruch unterschieden. Beim Sprödbruch erreicht sie eine Geschwindigkeit von 1000 m/s, beim duktilen Bruch ist sie hundertmal geringer. Der duktile Bruch erfordert deutlich mehr Energie, da der Verformungsbereich einen Bereich des Metalls weit über den Riss hinaus abdeckt. Beim Sprödbruch ist die Verformung in einem schmalen Bereich an der Spitze des Risses lokalisiert, so dass viel weniger Energie zum Fortschreiten des Risses erforderlich ist.

Solange sich der Riss langsam entwickelt, bleibt das Produkt funktionsfähig. Nachdem der Riss jedoch einen bestimmten kritischen Wert erreicht hat, breitet er sich sehr schnell weiter aus und es kommt zu einer katastrophalen Zerstörung der Struktur. Je langsamer sich der Riss entwickelt, desto höher ist die Strukturfestigkeit. Zur Charakterisierung der strukturellen Festigkeit werden mehrere Werte verwendet (GOST 25.506-85).

Der wichtigste Parameter der Strukturfestigkeit eines Materials ist der kritische Spannungsintensitätsfaktor an der Rissspitze K 1C (oder Bruchzähigkeit). Dabei werden die Länge des Risses und der Verlauf seiner Entstehung berücksichtigt. Die Kenntnis davon ermöglicht es, die maximal zulässige Belastung in einem Bauwerk mit einem Riss von solchen Ausmaßen zu berechnen, dass seine schnelle Entwicklung bis zur vollständigen Zerstörung noch nicht begonnen hat. In Baustählen, Aluminium- und Titanlegierungen variiert K 1C stark – von 15 bis 200 MPa*m. Je größer sein Wert, desto höher ist die strukturelle Festigkeit des Materials.

PEs besteht kein enger Zusammenhang zwischen der Bruchzähigkeit K1C und den einachsigen Zugparametern (? 0,2, ? in, ?, ?). Dabei kommt es maßgeblich auf die Strukturmerkmale und das Vorhandensein von Verunreinigungen an.

Dies lässt sich am Beispiel von Aluminiumlegierungen der B95-Familie veranschaulichen. Wie bei anderen wärmefestmachenden Legierungen hängt ihre Struktur vom Abschreck- und Alterungsregime ab. Es gibt viele Beispiele, bei denen Metall bevorzugt wird Ich habe weniger Kraft, aber mit größerer Bedeutung K 1C.

3.2. Ermüdungsfestigkeit

Risse in Metallen entstehen und entwickeln sich nicht nur unter statischen Belastungen, sondern auch unter dem Einfluss zyklischer Beanspruchungen. Ein Ermüdungsriss entsteht in den Oberflächenschichten (das ist sein charakteristisches Merkmal) und entwickelt sich mit jedem Zyklus langsam tiefer. Ein Bruch liegt dann vor, wenn aufgrund einer Querschnittsverringerung die wirksamen Spannungen die zerstörenden übersteigen.

Die Anhäufung von Schäden bedeutet, dass die Belastung umso geringer sein muss, je mehr Belastungszyklen es gibt, damit das Metall „arbeiten“ kann, ohne zu kollabieren. Der Prozess der allmählichen Anhäufung von Schäden im Metall wird als bezeichnetMüdigkeit .

Die Fähigkeit, Ermüdungserscheinungen zu widerstehen, nennt manAusdauer . Sein wichtigstes Merkmal ist seine Ausdauergrenze. Es zeigt die höchste Zyklenbeanspruchung an, bei der nach einer bestimmten Anzahl von Zyklen kein Ermüdungsversagen auftritt. Häufiger kommen symmetrische Wechselzyklen zum Einsatz (Druck- und Zugspannungen gleicher Amplitude wirken abwechselnd); in solchen Fällen ist die Dauerfestigkeit angegeben? - 1 .

Ermüdungsfestigkeitsprüfungen sind in GOST 25.502.79 und GOST 25.505-85 geregelt

Das zweitwichtigste Ausdauermerkmal ist die Ermüdungslebensdauer. Sie bestimmt die Anzahl der Zyklen, die ein Metall einer bestimmten Belastung standhalten kann. Außerdem wird die Ausfallwahrscheinlichkeit bei einer gegebenen Belastungsstufe und einer gegebenen Zyklenzahl (bzw. die zulässige Beanspruchung bei einer gegebenen Ausfallwahrscheinlichkeit) ermittelt. Ein wichtiges Merkmal der Ermüdungsbeständigkeit ist die Ermüdungsrisswachstumsrate (CFG) dl/dN und die zyklische Zähigkeit (zyklischer Risswiderstand) K c 1s. Bei der Bestimmung wird die Risslänge mit zunehmender Zyklenzahl festgelegt und die Belastung mit Frequenzen von 15-20 Hz durchgeführt.

Die Fähigkeit eines Metalls, unter zyklischer Belastung zu arbeiten, hängt maßgeblich von den Belastungsbedingungen ab.

A). Bei relativ geringen Spannungen (die elastischen Verformungen entsprechen) ist die Ermüdungslebensdauer lang – das Metall behält seine Integrität über eine große Anzahl von Zyklen. Die Mehrzykluseigenschaften werden anhand einer Testbasis von 10 6 – 10 8 Zyklen bei Frequenzen von 10–300 Hz bestimmt.

B). Bei erheblichen Belastungen (im Bereich elastisch-plastischer Verformungen) ist die Ermüdungslebensdauer deutlich geringer. Die Parameter der Kurzzeitermüdung werden anhand einer Versuchsbasis von bis zu 5 * 10 4 bei Frequenzen von 3 - 5 Hz ermittelt.

IN). Zyklische Temperaturänderungen unter Dauerbelastung (oder vor dem Hintergrund zyklischer Belastungen) gehen mit elastisch-plastischen Verformungen einher. Es führt zuthermische Ermüdung . Die Fähigkeit eines Materials, der Zerstörung unter Bedingungen thermischer Ermüdung zu widerstehen, wird als thermische Beständigkeit bezeichnet. Der Indikator für den Wärmewiderstand ist die Anzahl der Wärmezyklen bei einer bestimmten Last bis zum Ausfall (GOST 25.502.79).

Die Ermittlung von Ermüdungseigenschaften ist ein sehr teurer und zeitaufwändiger Prozess. Um die Ermüdungsgrenze anzunähern, wird sie daher häufig anhand anderer bekannter Kenngrößen ermittelt, z. B. ? -1 = k? V. Der Koeffizient k hat nicht nur für verschiedene Legierungen, sondern auch für verschiedene Zustände desselben Metalls unterschiedliche Werte. Beispielsweise gilt für geglühte Aluminiumlegierungen, die nicht thermisch gehärtet sind, k = 0,4–0,6 und für wärmeverfestigte Aluminiumlegierungen k = 0,3.

Die Haltbarkeitseigenschaften hängen von einer Kombination aus Festigkeit, plastischen Eigenschaften und Strukturmerkmalen ab. Die Haltbarkeit aller Metalle und Legierungen wird durch Verunreinigungen und Grobphaseneinschlüsse, insbesondere nichtmetallische, negativ beeinflusst.

Da Ermüdungsrisse an der Oberfläche entstehen, ist der Zustand der Oberfläche von besonderer Bedeutung für die Erhöhung der Dauerhaftigkeit bei zyklischer Belastung. Polieren, Oberflächenhärten und Korrosionsfreiheit erhöhen die Dauerfestigkeit.

3.3. Schlagviskosität

Bei statischen Versuchen beträgt die Lasteinleitungsgeschwindigkeit 10 -5 – 10 -2 m/s. Ihre Ergebnisse spiegeln nicht die Widerstandsfähigkeit des Materials gegenüber Belastungen mit viel höheren Geschwindigkeiten wider. Daher wird die Bruchfestigkeit eines Metalls bei Stoßbelastungen in dynamischen Versuchen bei Dehngeschwindigkeiten von 3–5 m/s ermittelt.

Das bei Schlagversuchen ermittelte Hauptmerkmal ist die Schlagfestigkeit (Maßeinheit: J/cm). 2 ). Sie bestimmt die Energie, die zur Zerstörung der Probe benötigt wird. Sie wird gemessen, indem eine Probe mit einem zuvor gemachten Schnitt beaufschlagt wird (GOST 9454-78).

Die Aufprallenergie wird in einem bestimmten Volumen rund um die Kerbe absorbiert. Dieses Volumen hängt sowohl von der Festigkeit als auch von der Duktilität des Metalls ab; es ist für verschiedene Metalle unterschiedlich und lässt sich nur schwer abschätzen. Daher wird die Bruchenergie nicht auf das Volumen des verformten Bereichs bezogen (was korrekt wäre), sondern auf die Querschnittsfläche in der Kerbe (was praktisch ist). Aus diesem Grund ist der Wert der Schlagzähigkeit bedingt, was beim Vergleich von Indikatoren für verschiedene Metalle oder unterschiedliche Temperaturen berücksichtigt werden muss

Abhängig von der Schnittart (Nabe) werden drei Arten der Schlagfestigkeit bestimmt. Seine Bezeichnung enthält einen Buchstaben, der den Typ des Konzentrators angibt: KST, KSU, KSV (der letzte Buchstabe entspricht dem Profil des Schnitts). Der KSV-Wert dient der Materialkontrolle für kritische Anwendungen, der KST-Wert für besonders kritische Anwendungen. Der T-Konzentrator ist ein Schnitt mit einem voreingebrachten Riss, daher wird in diesem Fall die Aufprallenergie nur für die Entstehung des Risses (und nicht für dessen Bildung und Entwicklung) aufgewendet, daher KST< КСU, КСV. В справочниках часто встречается обозначение ударной вязкости? н, соответствующе КСU.

Bei der Bestimmung der dynamischen Viskosität bei hohen oder niedrigen Temperaturen wird zusätzlich die Prüftemperaturbezeichnung eingeführt, beispielsweise KCU -60. Basierend auf solchen Messungen und basierend auf der Art des Bruchs der Probe wird ein weiteres Merkmal des Metalls bestimmt – die Temperatur des spröd-duktilen Übergangs T chr. Dies ist die Temperatur, bei der der Versagensmodus von duktil zu spröde wechselt.

3.4. Kriech- und Langzeitfestigkeitsgrenzen

Bei Spannungen unterhalb der Streckgrenze von Metallen wird das Phänomen des Kriechens beobachtet. Kriechen ist eine kontinuierliche Verformung unter konstanter Spannung. Bei geringer Belastung und niedrigen Temperaturen ist es reversibel.

Kriechen wird bei erhöhten Temperaturen (von etwa 0,4–0,6 Tm) und Belastungen über einem bestimmten Wert (jedoch unter der Streckgrenze) zum Problem. Die Kriechverformung geht mit Veränderungen der Struktur und damit der mechanischen Eigenschaften einher. Im Gegensatz zur plastischen Verformung, die das Metall stärkt, führt die Kriechverformung zu seiner Erweichung. Zusätzlich zu der ständig zunehmenden Verformung und der zunehmenden Kriechgeschwindigkeit treten Risse im Metall auf und mit der Zeit kommt es zu dessen Zerstörung.

Der Begriff der Wärmebeständigkeit ist mit dem Phänomen des Kriechens verbunden. Dies ist die Fähigkeit, unter Last mit akzeptablen Verformungen und ohne Zerstörung bei erhöhten Temperaturen zu arbeiten.

Ein quantitatives Merkmal der Wärmebeständigkeit ist die Kriechgrenze (GOST 3248-60) und die Langzeitfestigkeitsgrenze (GOST 10145-81).

Die Kriechgrenze wird auf zwei Arten genutzt. Im ersten Fall handelt es sich um eine Zugspannung, bei der die Verformung in einer bestimmten Zeit einen bestimmten Wert erreicht. Bei der Bezeichnung des Grenzwertes gibt der obere Index die eingestellte Temperatur an, der untere Index (durch einen Bruch) die zulässige Dehnung in % und die Zeit, in der diese beispielsweise erreicht wird? 900 1/1000.

In einer anderen Ausführungsform gibt der Index die zulässige Geschwindigkeit des stationären Kriechens an.

Die Dauerfestigkeitsgrenze ist die bedingte Höchstspannung, unter deren Einfluss ein Werkstoff bei einer bestimmten Temperatur nach einer bestimmten Zeitspanne zerstört wird. Die Bezeichnung enthält zwei Indizes: Der obere gibt die angegebene Temperatur an, der untere die angegebene Haltbarkeit (in Stunden), zum Beispiel? 900 1000 . Diese Eigenschaft bestimmt die Fähigkeit eines Materials, der Zerstörung bei längerer Einwirkung von Temperatur und Belastung zu widerstehen.

Zeitstandfestigkeit und Langzeitfestigkeit nehmen mit zunehmender Temperatur und Haltezeit ab. Sie sollten als Betriebsspannungsgrenzen bei hohen Temperaturen betrachtet werden.

Hitzebeständigkeit wird oft mit Hitzebeständigkeit verwechselt – der Fähigkeit, hohen Temperaturen ohne Ablagerungen standzuhalten. Unter Hitzebeständigkeit versteht man die Beständigkeit gegen Korrosion durch hohe Temperaturen. Seine Eigenschaften und Bestimmungsmethoden sind in GOST 21910-76 und GOST 6130-71 angegeben.

ABSCHLUSS

Aus dem obigen Material sollte klar sein, dass jedes Material durch eine so große Anzahl von Parametern gekennzeichnet ist, dass es unmöglich ist, auf der Grundlage mehrerer Werte Rückschlüsse auf den gesamten Eigenschaftensatz des Metalls und die Möglichkeit seiner Verwendung in bestimmten Fällen zu ziehen Bedingungen.

Um die erforderliche Vollständigkeit der Informationen über Eigenschaften zu erhalten, ist es notwendig, Referenzliteratur anstelle von GOST-Standards zu verwenden, die mehrere leicht messbare Größen enthalten.

Hookes Gesetz

Bekanntermaßen haben verschiedene Metalle und Legierungen unterschiedliche mechanische und technologische Eigenschaften, die die Qualität von Maschinenteilen sowie die Bearbeitbarkeit des Metalls bestimmen. Diese Eigenschaften des Metalls werden durch entsprechende Prüfungen auf Zug, Druck, Biegung, Härte usw. ermittelt.

Zugversuch. Um die Zugfestigkeit des Metalls zu bestimmen, wird eine Probe 1 hergestellt und in die Klemmen (oder Greifer) 2 der Zugprüfmaschine eingebaut. Für diese Zwecke werden am häufigsten Maschinen mit hydraulischem Kraftübertragungssystem oder Schneckensystem eingesetzt.

Die Zugkraft F (Abb. 51) erzeugt Spannungen im Prüfling und bewirkt dessen Dehnung. Wenn die Spannung die Festigkeit der Probe übersteigt, reißt sie.

Reis. 51

Die Testergebnisse werden üblicherweise in Diagrammform dargestellt. Auf der Abszissenachse ist die Last F aufgetragen, auf der Ordinatenachse die absolute Dehnung?l.

Das Diagramm zeigt, dass sich die Probe zunächst proportional zur Belastung verlängert. Der gerade Abschnitt OA entspricht reversiblen, elastischen Verformungen. Beim Entladen nimmt die Probe wieder ihre ursprüngliche Größe an (dieser Vorgang wird durch den gleichen geraden Kurvenabschnitt beschrieben). Der gekrümmte Abschnitt des AC entspricht irreversiblen, plastischen Verformungen. Beim Entladen (gestrichelte Linie SV) kehrt die Probe nicht zu ihren ursprünglichen Abmessungen zurück und behält eine gewisse Restverformung bei.

Ab Punkt C verlängert sich die Probe ohne Erhöhung der Belastung. Der horizontale Abschnitt des CM-Diagramms wird als Ertragsfläche bezeichnet. Die Spannung, bei der die Dehnung zunimmt, ohne dass die Belastung zunimmt, wird als Streckgrenze bezeichnet.

Wie Untersuchungen zeigen, geht die Fließfähigkeit mit erheblichen gegenseitigen Verschiebungen der Kristalle einher, wodurch auf der Probenoberfläche Linien entstehen, die in einem Winkel von 45° zur Probenachse geneigt sind. Nachdem das Material einen Zustand der Fließfähigkeit durchlaufen hat, erhält es wieder die Fähigkeit, einer Dehnung zu widerstehen (wird gestärkt), und das Diagramm über Punkt M hinaus steigt nach oben, wenn auch viel hohler als zuvor. Am Punkt D erreicht die Spannung der Probe ihren größten Wert und es entsteht eine starke lokale Verengung, der sogenannte Hals. Die Querschnittsfläche des Halses nimmt schnell ab und infolgedessen reißt die Probe, was der Position des Punktes K im Diagramm entspricht. Die Zugfestigkeit der Probe wird durch die Formel etwa fc = F D / bestimmt. S, wobei: S fc – Zugfestigkeit;

F D ist die Belastung, bei der nach einer bestimmten Zeit ein Versagen der Zugprobe auftritt, N (kgf); S ist die Querschnittsfläche der Probe in ihrer ursprünglichen Position, m 2 (mm 2).

Bei der Spannungsprüfung verschiedener Metalle und Legierungen wird normalerweise die relative Dehnung e bestimmt – das Verhältnis der Längenzunahme der Probe vor dem Bruch zur Anfangslänge der Probe. Wird es durch eine Formel bestimmt? = ?l/l 0 -100,

Wo: ? - relative Ausdehnung;

L = l 1 - I 0 - absolute Dehnung; l 0 - Anfangslänge der Probe; l 1 - Probenlänge nach dem Test. Es wurde experimentell festgestellt, dass die Spannung in einem Material bei elastischer Verformung proportional zur relativen Dehnung der Probe zunimmt. Diese Abhängigkeit wird Hucks Gesetz genannt.

Für einseitige (Längs-)Streckung hat das Hookesche Gesetz die Form o = E-?,

wobei: o = F/s – Normalspannung; F - Zugkraft; s - Querschnittsfläche;

Relative Ausdehnung;

E ist ein konstanter Wert, abhängig vom Material des Stabes.

Notiz. Im SI-System ist die Maßeinheit für Spannung Pascal – die Spannung, die durch eine Kraft von 1 Newton (N) verursacht wird, die gleichmäßig über eine dazu senkrechte Fläche mit einer Fläche von 1 m 2 verteilt ist.

1 Pa = 0,102 10 -4 kgf/cm 2 ;

1 Pa = 0,102 · 10 -6 kgf/mm 2;

1 kgf/cm2 = 9,81 · 10 4 Pa;

1 kgf/mm 2 = 9,81 · 10 6 Pa.

Da die Spannungseinheit Pascal sehr klein ist, muss eine größere Einheit verwendet werden – Megapascal 1 MP a = 10 6 Pa.

Gosstandart erlaubt die Verwendung der Einheit Newton pro Quadratmillimeter (N/mm 2). Die Zahlenwerte der Spannungen, ausgedrückt in N/mm 2 und in MPa, sind gleich. Die Einheit N/mm 2 ist auch deshalb praktisch, weil die Maße in den Zeichnungen in Millimetern angegeben sind.

Der Proportionalitätskoeffizient E wird Zugelastizitätsmodul oder Elastizitätsmodul genannt. Welche physikalische Bedeutung hat der Elastizitätsmodul? Wenden wir uns dem Probenspannungsdiagramm zu (siehe Abb. 51, II). Der Elastizitätsmodul ist proportional zum Tangens des Neigungswinkels a an die Abszissenachse. Das heißt, je steiler die Gerade OA ist, desto steifer ist das Material und desto größer ist sein Widerstand gegen elastische Verformung.

Um ein Metall zu charakterisieren, ist es wichtig, nicht nur die relative Dehnung, sondern auch die relative Kontraktion der Querschnittsfläche zu kennen, was auch die Charakterisierung der Plastizität des Materials ermöglicht.

Wenn die Probe gedehnt wird, verringert sich natürlich die Querschnittsfläche. Am Bruchpunkt wird es am kleinsten sein. Wird die relative Verengung durch die Formel bestimmt? = (S 0 - S 1) / S 0 100 %,

Wo: ? - relative Verengung;

S 0 – Querschnittsfläche der Probe vor dem Testen; S 1 ist die Querschnittsfläche der Probe an der Bruchstelle (im Hals).

Je größer die relative Dehnung und Kontraktion des Probenquerschnitts ist, desto plastischer ist das Material.

Zusätzlich zu den drei betrachteten Merkmalen der mechanischen Eigenschaften von Metallen: Zugfestigkeit (o pch), relative Dehnung (e) und relative Kontraktion (?), ist es möglich, anhand eines auf einer Maschine aufgezeichneten Diagramms die Elastizitätsgrenze zu bestimmen (o y) und die Streckgrenze (o m),

Kompressionstest. Um Metalle auf Druck zu prüfen (Abb. 53), werden am häufigsten Pressen verwendet, bei denen die Druckkraft durch Erhöhung des hydraulischen Drucks erzeugt wird. Wenn eine Probe aus einem Kunststoffmaterial, beispielsweise kohlenstoffarmem Stahl, komprimiert wird (Abb. 53, I), nehmen ihre Querabmessungen zu, während ihre Länge deutlich abnimmt. In diesem Fall wird die Integrität der Probe nicht verletzt (Abb. 54). Aus dem Kompressionsdiagramm (Abb. 53, II) ist ersichtlich, dass im Anfangsstadium der Belastung die Verformung proportional zur Belastung zunimmt, dann die Verformung bei leichtem Anstieg der Belastung stark zunimmt und sich dann der Verformungsanstieg allmählich verlangsamt aufgrund einer Vergrößerung des Probenquerschnitts nach unten.

Reis. 52

Reis. 53

Proben aus spröden Materialien werden unter Druck zerstört (Abb. 54, III). Wenn beispielsweise eine Gusseisenstange eine Bruchlast erreicht, zerfällt sie in Teile, die sich entlang schräger Plattformen relativ zueinander bewegen (Abb. 53, III).

Reis. 54

Für die Kompression gilt in vollem Umfang das Hookesche Gesetz, wonach Materialien einer Kompression proportional zur ausgeübten Kraft bis zur Elastizitätsgrenze widerstehen. Der Druckelastizitätsmodul ist bei den meisten Materialien gleich dem Zugelastizitätsmodul. Die einzigen Ausnahmen bilden einige spröde Materialien – Beton, Ziegel usw. Die Analogie in der Natur der Druckspannung mit der Zugspannung ermöglicht es, diese Prozesse mit denselben mathematischen Gleichungen zu beschreiben.

Biegetest. Bei der Biegeprüfung wird die Probe (Balken) mit ihren Enden auf zwei Stützen gelegt und in der Mitte belastet (Abb. 55). Die Biegefestigkeit eines Materials wird anhand des Ausmaßes der Durchbiegung der Probe beurteilt.

Reis. 55

Stellen wir uns nun imaginäre Längsfasern im Holz vor. Bei der Biegeverformung werden die Fasern einer Zone gestaucht, während die andere gedehnt wird (Abb. 55, II).

Zwischen der Druck- und Zugzone befindet sich eine neutrale Schicht, deren Fasern keiner Verformung unterliegen, das heißt, ihre Länge ändert sich nicht. Aus Abb. Aus Abb. 55 ist ersichtlich, dass die Verformung umso größer ist, je weiter die Fasern von der neutralen Schicht entfernt sind. Daraus lässt sich schließen, dass beim Biegen in den Querschnitten eines Balkens unter dem Einfluss von Schnittgrößen normale Druck- und Zugspannungen entstehen, deren Größe von der Lage der betreffenden Punkte im Abschnitt abhängt. Die höchsten Spannungen werden üblicherweise wie folgt bezeichnet: in der Kompressionszone - ? max, in der Dehnungszone - ? Mäh. An Punkten auf der Neutralachse sind die Spannungen Null. Normalspannungen, die an unterschiedlich hohen Punkten des Querschnitts auftreten, nehmen proportional zum Abstand von der neutralen Schicht zu und können mit der Formel berechnet werden? = (E z) / p,

Wo: ? - normaler Stress;

z ist der Abstand von der interessierenden Faser zur neutralen Schicht; E – Elastizitätsmodul; p ist der Krümmungsradius der neutralen Schicht.

Schertest. Bei der Scherprüfung (Abb. 56) wird eine Metallprobe 3, die eine zylindrische Form hat, in das Loch einer Vorrichtung bestehend aus einer Gabel 1 und einer Scheibe 2 eingeführt. Die Maschine zieht die Scheibe wie folgt aus der Gabel Dadurch bewegt sich der mittlere Teil der Probe relativ zu seinen äußeren Teilen. Die Arbeitsfläche S (Schnittfläche) entspricht dem Doppelten der Querschnittsfläche der Probe, da der Schnitt gleichzeitig entlang zweier Ebenen erfolgt.

Reis. 56

Beim Scheren werden alle Punkte der verformbaren Abschnitte, die durch die Ebenen der wirkenden Kräfte begrenzt werden, um gleiche Distanzen verschoben, d. h. das Material erfährt an diesen Punkten die gleiche Verformung. Dies bedeutet, dass an allen Stellen des Abschnitts gleiche effektive Spannungen auftreten.

Die Größe der Spannung wird ermittelt, indem die Resultierende F der inneren (Quer-)Kräfte durch die Querschnittsfläche des Stabes S dividiert wird. Da der Spannungsvektor in der Schnittebene liegt, entsteht darin eine Tangentialspannung, bestimmt durch die Formel r cf = F/2S, wobei: r cf - Spannungswertschnitt;

F – resultierende Kraft;

S ist die Querschnittsfläche der Probe. Scherung ist eine Zerstörung, die aus der Scherung eines Teils des Materials relativ zu einem anderen resultiert und unter dem Einfluss von Tangentialspannungen auftritt. Für die Scherverformung gilt das Hookesche Gesetz: In der elastischen Zone sind Spannungen direkt proportional zu relativen Verformungen. Der Proportionalitätskoeffizient ist die Größe des Scherelastizitätsmoduls G. Die relative Verschiebung (Scherwinkel) wird mit y bezeichnet. Somit hat das Hookesche Gesetz für die Scherverformung die Form t = Gg, wobei: r = F/S – Scherspannung; F – Tangentialkraft; S ist die Fläche der sich verschiebenden Schichten; y - Scherwinkel;

G ist der Schubmodul, abhängig vom Material des Körpers.

Torsionstest. Bei der Torsionsprüfung von Proben wird ein Ende des Rohres 2 bewegungslos fixiert 1, das andere wird mit Hebel 3 gedreht (Abb. 57). Torsion ist gekennzeichnet durch die gegenseitige Drehung der Querschnitte einer Stange, Welle, eines Rohres unter dem Einfluss von Momenten (Kraftpaaren), die in diesen Abschnitten wirken. Wenn vor dem Aufbringen von Torsionskräften geradlinige Erzeugende auf die Oberfläche des Stabes aufgebracht werden (Abb. 57, I), nehmen diese Erzeugenden nach dem Verdrehen die Form von Schraubenlinien an, und jeder Querschnitt gegenüber dem benachbarten dreht sich um einen bestimmten Winkel (siehe Abb. 57, II) . Dies bedeutet, dass in jedem Abschnitt eine Schubverformung auftritt und Schubspannungen entstehen. Wird der Grad der Materialverdrängung während der Torsion durch die Verdrehungswinkel bestimmt? und y verschieben. Der Absolutwert der Torsion wird durch den Verdrehungswinkel des betrachteten Abschnitts relativ zum festen Abschnitt bestimmt. Der größte Verdrehungswinkel wird im größten Abstand vom festen Ende der Stange erreicht.

Reis. 57

Verdrehwinkelverhältnis? zur Länge des Abschnitts I, der einer Torsion ausgesetzt ist, nennt man den relativen Torsionswinkel Q = ? /Z

wobei: Q – relativer Verdrehungswinkel;

Verdrehungswinkel;

Härtetest. Bei der Bestimmung der Härte von Materialien in der Fabrik- und Laborpraxis werden zwei Methoden verwendet: die Brinell-Methode und die Rockwell-Methode.

Brinell-Methode. Diese Methode basiert auf der Tatsache, dass bei der Messung der Härte von Metallen eine Stahlkugel 1 mit einem Durchmesser von 2,5; 5 oder 10 mm werden bei einer gegebenen Last 3 von 625 N bis 30 kN (62,5 bis 3000 kgf) in die Oberfläche des Prüflings 2 gedrückt. Nach Entlastung wird der Durchmesser d des auf der Oberfläche der Probe verbleibenden Abdrucks gemessen (Abb. 58), der umso kleiner ist, je härter das Metall ist.

Reis. 58

Notiz. Die Stahlkugel muss aus wärmebehandeltem Stahl mit einer Härte von mindestens HB850 bestehen. Die Oberflächenrauheit R z beträgt nicht weniger als den Parameter 0,100 gemäß GOST 2789-73. Auf der Oberfläche der Kugel dürfen keine Mängel vorhanden sein, die mit einer Lupe bei 5-facher Vergrößerung sichtbar sind.

Die Brinell-Härtezahl wird nach der Formel berechnet

D - Kugeldurchmesser, mm;

d - Abdruckdurchmesser, mm.

Eine spezielle Tabelle (GOST 9012-59) ermöglicht die Bestimmung der Härte der gängigsten Metalle.

Es ist zu beachten, dass es einen Zusammenhang zwischen der Brinellhärte von Stahl HB und seiner Zugfestigkeit o fp für herkömmliche Kohlenstoffausführungen gibt, ausgedrückt durch die Formel o f f = 0,36 nb.

Daher ist es bei Kenntnis der Brinellhärte von Stahl möglich, die Zugfestigkeit zu berechnen.

Diese Formel ist von großer praktischer Bedeutung. Mit der Brinell-Methode wird üblicherweise die Härte von ungehärteten Stählen, Gusseisen und Nichteisenmetallen bestimmt. Die Härte gehärteter Stähle wird mit einem Rockwell-Gerät gemessen.

Rockwell-Methode. Bei der Messung der Härte von Metallen mit dieser Methode wird eine Standardspitze (ein Diamantkegel für harte Metalle oder eine Stahlkugel für weichere) unter Einwirkung von zwei nacheinander aufgebrachten Lasten in die Prüfprobe gedrückt: vorläufig (F 0) 100 N (10 kgf) und endgültig (F 1) 1000 N (100 kgf) – für eine Kugel und 1500 N (150 kgf) – für einen Diamantkegel.

Unter Einwirkung einer Vorspannung dringt der Kegel bis zu einer Tiefe h 0 in das Metall ein (Abb. 59, I); Bei Aufstockung der vorläufigen Hauptlast erhöht sich die Einprägungstiefe auf h (Abb. 59, II) und bleibt nach Wegnahme der Hauptlast gleich h 1 (Abb. 59, III).

Reis. 59

Die durch die Hauptbelastung F 1 erhaltene Eindrucktiefe h = h 1 - h 0 charakterisiert die Rockwellhärte. Tests nach der Rockwell-Methode werden mit speziellen Geräten durchgeführt, die mit einem Indikator ausgestattet sind, der unmittelbar nach Testende die Härtezahl anzeigt.

Der Indikator verfügt über zwei Skalen: Schwarz (C) für die Prüfung mit einem Diamantkegel und Rot (B) für die Prüfung mit einer Kugel.

Die Rockwell-Härte wird in willkürlichen Einheiten gemessen.

Beispiel für die Rockwell-Härtebezeichnung: HRC50 (Härte 50 auf der C-Skala).

Bestimmung der Härte mit kalibrierten Feilen. Die HRC-Härte kann mithilfe einer Reihe von Feilen bestimmt werden, die auf unterschiedliche Schnitthärten wärmebehandelt wurden. Typischerweise liegt das Kerbintervall zwischen 3 und 5 HRC-Einheiten. Die Kalibrierung der Feilen erfolgt mit Standardfliesen, deren Härte vorab am Gerät genau ermittelt wird.

Die Härte des Prüfteils wird durch zwei Feilen mit einem Mindesthärteintervall bestimmt, von denen eine nur am Teil entlang gleiten und die zweite es leicht zerkratzen kann. Wenn eine Feile mit HRC62 das Metall zerkratzt und mit HRC59 nur über die Oberfläche des Teils gleitet, beträgt die Härte HRC60-61.

In der Praxis wird diese Methode verwendet, um die Härte von Werkzeugen (Reibahlen, Fräsern usw.) zu bestimmen, deren Härte auf andere Weise schwer zu messen sein kann.

Es gibt andere Methoden zur Bestimmung der Härte (Vickers-Methode, elektromagnetische Methoden usw.), die in diesem Buch nicht behandelt werden.

Kriterien für die Materialauswahl

Eigenschaften ist ein quantitatives oder qualitatives Merkmal eines Materials, das seine Gemeinsamkeit oder seinen Unterschied zu anderen Materialien bestimmt.
Es gibt drei Hauptgruppen von Eigenschaften: Betriebs-, Technologie- und Kosteneigenschaften, die der Wahl des Materials zugrunde liegen und die technische und wirtschaftliche Machbarkeit seiner Verwendung bestimmen. Leistungseigenschaften sind von größter Bedeutung.
Betriebsbereit Nennen Sie die Eigenschaften eines Materials, die die Leistung von Maschinenteilen, Geräten und Werkzeugen, deren Leistung, Geschwindigkeit, Kosten und andere technische und betriebliche Indikatoren bestimmen.
Die Leistungsfähigkeit der allermeisten Maschinenteile und Produkte wird durch das Niveau der mechanischen Eigenschaften gewährleistet, die das Verhalten des Materials unter dem Einfluss äußerer Belastungen charakterisieren. Da die Belastungsbedingungen von Maschinenteilen unterschiedlich sind, umfassen die mechanischen Eigenschaften eine große Gruppe von Indikatoren.
Abhängig von zeitlichen Veränderungen werden Belastungen in statische und dynamische Belastungen unterteilt. Statische Belastungen zeichnen sich durch eine geringe Änderungsrate ihrer Größe aus, während sich dynamische Belastungen im Laufe der Zeit mit hoher Geschwindigkeit ändern, beispielsweise bei Stoßbelastungen. Darüber hinaus werden Belastungen in Zug-, Druck-, Biege-, Torsions- und Scherbelastungen unterteilt. Lastwechsel können periodisch wiederkehrend sein, weshalb sie rekurrent oder zyklisch genannt werden. Unter Maschinenbetriebsbedingungen können sich die Auswirkungen der aufgeführten Belastungen in unterschiedlichen Kombinationen bemerkbar machen.
Unter dem Einfluss äußerer Belastungen sowie Struktur-Phasen-Umwandlungen entstehen im Material von Bauwerken innere Kräfte, die sich durch äußere Belastungen äußern können. Als Schnittkräfte werden pro Querschnittsflächeneinheit eines Körpers bezeichnet betont. Die Einführung des Spannungsbegriffs ermöglicht die Durchführung von Berechnungen der Festigkeit von Bauwerken und deren Elementen.
Im einfachsten Fall ist die axiale Spannung eines zylindrischen Stabes die Spannung σ ist definiert als das Verhältnis der Zugkraft P zur Anfangsquerschnittsfläche Fo, d.h.

σ = P/Fo

Die Einwirkung äußerer Kräfte führt zu einer Verformung des Körpers, d.h. um seine Größe und Form zu ändern. Die Verformung, die nach der Entlastung verschwindet, wird als elastisch bezeichnet, die im Körper verbleibende Verformung wird als plastisch (Rest) bezeichnet.
Die Leistung einer einzelnen Gruppe von Maschinenteilen hängt nicht nur von den mechanischen Eigenschaften ab, sondern auch von der Beständigkeit gegenüber den Auswirkungen einer chemisch aktiven Arbeitsumgebung, dann von den physikalischen und chemischen Eigenschaften des Materials – Hitzebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit – entscheidend werden.
Hitzebeständigkeit charakterisiert die Fähigkeit eines Materials, chemischer Korrosion in einer Atmosphäre trockener Gase bei hohen Temperaturen zu widerstehen. Bei Metallen geht mit der Erwärmung die Bildung einer Oxidschicht (Zunder) auf der Oberfläche einher.
Korrosionsbeständigkeit– Dies ist die Fähigkeit eines Metalls, elektrochemischer Korrosion zu widerstehen, die sich in Gegenwart eines flüssigen Mediums auf der Oberfläche des Metalls und seiner elektrochemischen Heterogenität entwickelt.
Für einige Maschinenteile sind physikalische Eigenschaften wichtig, die das Verhalten von Materialien in magnetischen, elektrischen und thermischen Feldern sowie unter dem Einfluss hoher Energieflüsse oder Strahlung charakterisieren. Sie werden üblicherweise in magnetische, elektrische, thermophysikalische und Strahlung unterteilt.
Die Fähigkeit eines Materials, verschiedenen Methoden der Heiß- und Kaltverarbeitung ausgesetzt zu werden, wird bestimmt durch technologische Eigenschaften. Dazu gehören Gusseigenschaften, Verformbarkeit, Schweißbarkeit und Bearbeitbarkeit mit Schneidwerkzeugen. Technologische Eigenschaften ermöglichen formverändernde Bearbeitungen und die Gewinnung von Rohlingen und Maschinenteilen.
Die letzte Gruppe grundlegender Eigenschaften umfasst die Materialkosten, die die Wirtschaftlichkeit seiner Verwendung bewerten. Sein quantitativer Indikator ist der Großhandelspreis – die Kosten pro Masseneinheit von Materialien in Form von Barren, Profilen, Pulver, Stücken und geschweißten Rohlingen, zu denen der Hersteller seine Produkte an Maschinen- und Instrumentenbauunternehmen verkauft.

Unter statischer Belastung ermittelte mechanische Eigenschaften

Mechanische Eigenschaften charakterisieren den Widerstand eines Materials gegen Verformung, Zerstörung oder die Besonderheit seines Verhaltens während des Zerstörungsprozesses. Zu dieser Gruppe von Eigenschaften gehören Indikatoren für Festigkeit, Steifigkeit (Elastizität), Duktilität, Härte und Viskosität. Die Hauptgruppe solcher Indikatoren besteht aus Standardmerkmalen mechanischer Eigenschaften, die unter Laborbedingungen an Proben mit Standardgrößen bestimmt werden. Die bei solchen Tests erhaltenen Indikatoren für mechanische Eigenschaften bewerten das Verhalten von Materialien unter äußerer Belastung, ohne die Konstruktion des Teils und die Betriebsbedingungen zu berücksichtigen.
Je nach Art der Belastungsaufbringung werden statische Prüfungen unterschieden: Zug-, Druck-, Biege-, Torsions-, Scher- oder Scherversuche. Am gebräuchlichsten sind Zugversuche (GOST 1497-84), mit denen mehrere wichtige Indikatoren für mechanische Eigenschaften bestimmt werden können.

Zugversuch. Beim Strecken von Standardproben mit einer Querschnittsfläche Fo und einer Arbeitslänge (berechnet) lo wird ein Zugdiagramm in den Koordinaten: Last - Dehnung der Probe erstellt (Abb. 1). Das Diagramm unterscheidet drei Abschnitte: elastische Verformung vor Belastung Rupr.; gleichmäßige plastische Verformung von Rupr. bis Pmax und konzentrierte plastische Verformung von Pmax bis Pk. Der gerade Abschnitt bleibt bis zur Belastung erhalten, die der Proportionalitätsgrenze Rpc entspricht. Der Tangens des Neigungswinkels eines geraden Abschnitts charakterisiert den Elastizitätsmodul erster Art E.

Reis. 1. Zugdiagramm für duktiles Metall (a) und Diagramme
Bedingte Spannungen duktiler (b) und spröder (c) Metalle.
Zum Vergleich ist das wahre Spannungsdiagramm (gestrichelte Linie) angegeben.

Plastische Verformung oberhalb der P-Kontrolle. tritt bei zunehmender Belastung auf, da das Metall bei der Verformung gestärkt wird. Die Verfestigung eines Materials während der Verformung wird als Kaltverfestigung bezeichnet.

Die Aushärtung des Metalls nimmt bis zum Bruch der Probe zu, wobei die Zugbelastung ab P abnimmt max zu P k (Abb. 1, a). Dies wird durch das Auftreten eines lokal dünner werdenden Halses in der Probe erklärt, in dem sich die plastische Verformung hauptsächlich konzentriert. Trotz der Lastabnahme nimmt die Zugspannung im Hals zu, bis die Probe versagt.
Bei Dehnung dehnt sich die Probe aus und ihr Querschnitt nimmt kontinuierlich ab. Die tatsächliche Spannung wird bestimmt, indem die zu einem bestimmten Zeitpunkt wirkende Last durch die Fläche dividiert wird, die die Probe zu diesem Zeitpunkt hat (Abb. 1, b). Diese Spannungen werden in der alltäglichen Praxis nicht ermittelt, sondern es werden Spannungszustände unter der Annahme des Querschnitts F verwendetÖ Die Probe bleibt unverändert.

Spannungen σ Steuerung, σ t, σ v - Standardfestigkeitseigenschaften. Jeder wird durch Teilen der entsprechenden Last P-Steuerung erhalten. R t und R max zur anfänglichen Querschnittsfläche FÖ .

Elastizitätsgrenzeσ-Steuerung bezeichnet die Spannung, bei der die plastische Verformung Werte von 0,005 erreicht; 0,02 und 0,05 %. Die entsprechenden Elastizitätsgrenzen werden mit bezeichnetσ 0,005, σ 0,02, σ 0,05.

Die bedingte Streckgrenze ist die Spannung, die einer plastischen Verformung von 0,2 % entspricht; es ist bezeichnetσ 0,2 . Physikalische Streckgrenzeσ t wird aus dem Spannungsdiagramm ermittelt, wenn darauf ein Fließplateau vorliegt. Bei Zugversuchen weisen die meisten Legierungen jedoch kein Fließplateau in den Diagrammen auf. Die gewählte plastische Verformung von 0,2 % charakterisiert recht genau den Übergang von elastischen zu plastischen Verformungen.

Der temporäre Widerstand charakterisiert die maximale Belastbarkeit eines Materials, seine Festigkeit vor der Zerstörung:

σ in = P max / F o

Plastizität wird durch die relative Dehnung δ und die relative Kontraktion ψ charakterisiert:

wobei lk die endgültige Länge der Probe ist; lо und Fo sind die anfängliche Länge und Querschnittsfläche der Probe; Fк – Querschnittsfläche an der Bruchstelle.
Bei Materialien mit geringer Plastizität bereiten Zugversuche (Abb. 1c) erhebliche Schwierigkeiten. Solche Materialien werden üblicherweise Biegetests unterzogen.

Biegetest. Bei einem Biegeversuch entstehen in der Probe sowohl Zug- als auch Druckspannungen. Gusseisen, Werkzeugstahl, Stahl nach Oberflächenhärtung und Keramik werden auf Biegung geprüft. Die ermittelten Eigenschaften sind Zugfestigkeit und Durchbiegung.

Die Biegefestigkeit wird nach folgender Formel berechnet:

σ u = M / W,

wobei M das größte Biegemoment ist; W – Widerstandsmoment des Abschnitts, für ein Bild mit kreisförmigem Querschnitt

W = πd 3 / 32

(wobei d der Durchmesser der Probe ist) und für Proben mit rechteckigem Querschnitt W = bh 2 /6, wobei b, h die Breite und Höhe der Probe sind).
Härteprüfungen . Unter Härte versteht man die Fähigkeit eines Materials, dem Eindringen eines festen Körpers – eines Eindringkörpers – in seine Oberfläche zu widerstehen. Als Eindringkörper dient eine gehärtete Stahlkugel oder eine Diamantspitze in Kegel- oder Pyramidenform. Beim Eindrücken erfahren die Oberflächenschichten des Materials eine erhebliche plastische Verformung. Nach Entlastung verbleibt ein Abdruck auf der Oberfläche. Die Besonderheit der auftretenden plastischen Verformung besteht darin, dass in der Nähe der Spitze ein komplexer Spannungszustand auftritt, der einer rundum ungleichmäßigen Kompression nahe kommt. Aus diesem Grund erfahren nicht nur plastische, sondern auch spröde Materialien eine plastische Verformung.
Somit charakterisiert die Härte den Widerstand eines Materials gegenüber plastischer Verformung. Derselbe Widerstand wird durch den temporären Widerstand bewertet, bei dem festgestellt wird, welche konzentrierte Verformung im Nackenbereich auftritt. Daher sind bei einer Reihe von Materialien die Zahlenwerte von Härte und Zugfestigkeit proportional. In der Praxis sind vier Methoden zur Härtemessung weit verbreitet: Brinell-Härte, Vickers-Härte, Rockwell-Härte und Mikrohärte.
Bei der Bestimmung der Brinellhärte (GOST 9012-59) wird eine gehärtete Kugel mit einem Durchmesser von 10 in die Oberfläche der Probe gedrückt; 5 oder 2,5 mm bei Belastungen von 5000 N bis 30000 N. Nach Entlastung entsteht auf der Oberfläche ein Abdruck in Form eines kugelförmigen Lochs mit dem Durchmesser d.
Bei der Messung der Brinell-Härte werden vorab erstellte Tabellen verwendet, die die Härtezahl HB angeben. Je kleiner der Eindruckdurchmesser, desto höher die Härte.
Bei Stählen mit Härte kommt das Brinell-Messverfahren zum Einsatz < 450 HB, Nichteisenmetalle mit Härte < 200 NV. Für sie wurde ein Zusammenhang zwischen Zugfestigkeit (in MPa) und Härtezahl HB festgestellt:
σ in » 3,4 НВ – für warmgewalzte Kohlenstoffstähle;
σ in » 4,5 НВ – für Kupferlegierungen;
σ in » 3,5 HB – für Aluminiumlegierungen.
Bei der Standard-Vickers-Messmethode (GOST 2999-75) wird eine tetraedrische Diamantpyramide mit einem Spitzenwinkel von 139° in die Oberfläche der Probe gedrückt. Der Abdruck entsteht in Form eines Quadrats, dessen Diagonale nach Entlastung gemessen wird. Die Härtezahl HV wird anhand spezieller Tabellen anhand des Wertes der Eindruckdiagonale bei der gewählten Belastung ermittelt.

Die Vickers-Methode wird hauptsächlich für Materialien mit hoher Härte sowie zur Prüfung der Härte von Teilen mit kleinen Querschnitten oder dünnen Oberflächenschichten verwendet. In der Regel werden kleine Lasten verwendet: 10,30,50,100,200,500 N. Je dünner der Querschnitt des zu untersuchenden Teils oder der untersuchten Schicht ist, desto geringer wird die Last gewählt.
Die Vickers- und Brinell-Härtezahlen für Werkstoffe mit einer Härte bis 450 HB sind praktisch gleich.
Die Rockwell-Härtemessung (GOST 9013-59) ist die universellste und am wenigsten arbeitsintensive Methode. Die Härtezahl hängt von der Eindringtiefe der Spitze ab, die als Diamantkegel mit einem Spitzenwinkel von 120 0 oder als Stahlkugel mit einem Durchmesser von 1,588 mm verwendet wird. Für verschiedene Kombinationen von Lasten und Spitzen verfügt das Rockwell-Gerät über drei Messskalen: A.B.C. Die Rockwell-Härte wird durch Zahlen angegeben, die den Härtegrad angeben, und durch die Buchstaben HR, die die Härteskala angeben, zum Beispiel: 70HRA, 58HRC, 50HRB. Rockwell-Härtezahlen haben keine genaue Beziehung zu Brinell- und Vickers-Härtezahlen.
Skala A (Spitze – Diamantkegel, Gesamtlast 600 N). Diese Skala wird für besonders harte Materialien, für dünne Blechmaterialien oder dünne (0,6-1,0 mm) Schichten verwendet. Die Grenzen zur Messung der Härte auf dieser Skala liegen bei 70-85.
Skala B (Spitze – Stahlkugel, Gesamtlast 1000 N). Diese Skala bestimmt die Härte relativ weicher Materialien (<400НВ). Пределы измерения твердости 25-100.

Skala C (Spitze – Diamantkegel, Gesamtlast 1500 N). Diese Skala wird für harte Materialien (> 450HB), wie zum Beispiel gehärtete Stähle, verwendet. Die Grenzen der Härtemessung auf dieser Skala liegen bei 20-67. Die Bestimmung der Mikrohärte (GOST 9450-76) erfolgt durch Eindrücken einer Diamantpyramide unter geringer Belastung (0,05–5 N) in die Oberfläche einer Probe und anschließendes Messen der Diagonale des Eindrucks. Mit dieser Methode wird die Härte einzelner Körner, Strukturbestandteile, dünner Schichten oder dünner Teile ermittelt.

Unter dynamischer Belastung ermittelte mechanische Eigenschaften

Beim Betrieb von Maschinenteilen sind dynamische Belastungen möglich, bei denen viele Metalle zum Sprödbruch neigen. Die Zerstörungsgefahr wird durch Schnitte erhöht – Stresskonzentrationen. Um die Sprödbruchanfälligkeit des Metalls unter dem Einfluss dieser Faktoren zu beurteilen, werden dynamische Schlagbiegeversuche an Pendelschlagschraubern durchgeführt (Abb. 2). Eine Standardprobe wird auf zwei Sporen gelegt und in der Mitte ein Schlag ausgeführt, der zur Zerstörung der Probe führt. Die Arbeit wird anhand der Pendelrammskala ermittelt ZU, für die Zerstörung aufgewendet, und berechnen Sie die als Ergebnis dieser Tests erhaltenen Hauptmerkmale - Schlagzeug Viskosität:

KS = K / S 0 1 , [MJ/m 2 ],

Wo S 0 1, Querschnittsfläche der Probe an der Kerbstelle.

Reis. 2. Schema einer Pendelpfahlramme (a) und Schlagversuch (b):
1 – Probe; 2 – Pendel; 3 – Skala; 4 – Skalenpfeil; 5-Bremse.

Gemäß GOST 9454-78 werden drei Arten von Proben getestet: U-förmig (Kerbenradius r=1 mm); V-förmig (r=0,25 mm) und T-förmig (Ermüdungsriss entsteht am Grund der Kerbe. Dementsprechend wird die Schlagzähigkeit mit KCU, KCV, KCT bezeichnet. Die Schlagzähigkeit aller mechanischen Eigenschaften ist am empfindlichsten gegenüber der Temperatur Zur Bestimmung der Schwelle wird daher die Prüfung der Schlagzähigkeit bei niedrigen Temperaturen herangezogen kalte Sprödigkeit– Temperatur oder Temperaturbereich, in dem die Schlagzähigkeit abnimmt. Kalte Sprödigkeit- die Fähigkeit eines Metallmaterials, bei sinkender Temperatur an Viskosität zu verlieren und spröde zu werden. Kaltsprödigkeit äußert sich in Eisen, Stahl, Metallen und Legierungen mit einem kubisch raumzentrierten (BCC) oder hexagonal dicht gepackten (HC) Gitter. Es fehlt in Metallen mit einem kubisch-flächenzentrierten (fcc) Gitter.

Mechanische Eigenschaften bestimmt unter wechselnden zyklischen Belastungen

Viele Maschinenteile (Wellen, Pleuel, Zahnräder) unterliegen im Betrieb einer wiederholten zyklischen Belastung. Als Prozesse der allmählichen Anhäufung von Schäden in einem Material unter dem Einfluss zyklischer Belastungen, die zu einer Veränderung seiner Eigenschaften, zur Bildung von Rissen, deren Entstehung und Zerstörung führen, werden Prozesse bezeichnet Ermüdung, und die Fähigkeit, Ermüdungserscheinungen zu widerstehen - Ausdauer(GOST 23207-78). Die Fähigkeit von Materialien, unter zyklischen Belastungsbedingungen zu funktionieren, wird anhand der Ergebnisse von Ermüdungstests von Proben beurteilt (GOST 25.502-79). Sie werden auf speziellen Maschinen durchgeführt, die eine wiederholte Belastung der Proben erzeugen (Zug – Druck, Biegung, Torsion). Die Proben werden nacheinander bei unterschiedlichen Belastungsniveaus getestet und so die Anzahl der Zyklen bis zum Versagen ermittelt. Die Versuchsergebnisse werden in Form einer Ermüdungskurve dargestellt, die in den Koordinaten: maximale Zyklenbeanspruchung σ max / bzw. σ in aufgetragen wird ) - Anzahl der Zyklen. Mit Ermüdungskurven können Sie folgende Ausdauerkriterien ermitteln:

- Zyklische Stärke, die die Tragfähigkeit des Materials charakterisiert, d.h. die größte Spannung, der es für eine bestimmte Betriebszeit standhalten kann.- Zyklische Haltbarkeit– die Anzahl der Zyklen (oder Betriebsstunden), die ein Material überstehen kann, bevor es bei einer bestimmten Belastung zur Bildung eines Ermüdungsrisses einer bestimmten Länge oder zum Ermüdungsversagen kommt.

Neben der Ermittlung der berücksichtigten Kriterien für die Hochzyklenfestigkeit werden in einigen Sonderfällen auch Tests durchgeführt Ermüdung bei niedrigen Zyklen. Sie werden bei hohen Spannungen (über σ 0,2) durchgeführt ) und niedrige Ladefrequenz (normalerweise nicht mehr als 6 Hz). Diese Tests simulieren die Betriebsbedingungen von Strukturen (z. B. Flugzeugen), die seltenen, aber erheblichen zyklischen Belastungen ausgesetzt sind.

Mechanische Eigenschaften von Materialien

eine Reihe von Indikatoren, die den Widerstand eines Materials gegenüber der auf es einwirkenden Belastung, seine Verformungsfähigkeit in diesem Fall sowie die Merkmale seines Verhaltens während des Zerstörungsprozesses charakterisieren. In Übereinstimmung mit diesem M. s. m. werden durch Spannungen gemessen (normalerweise in kgf/mm 2 oder Mn/m 2), Verformungen (in %), spezifische Verformungs- und Zerstörungsarbeit (normalerweise in kgf․m/cm² oder Mj/m 2), die Entwicklungsgeschwindigkeit des Zerstörungsprozesses unter statischer oder wiederholter Belastung (meistens in mm für 1 Sek oder für 1000 Lastwiederholungszyklen, mm/kZyklus). MS. m werden bei mechanischen Tests an Proben unterschiedlicher Form ermittelt.

Generell können Werkstoffe in Bauwerken Belastungen ganz unterschiedlicher Art ausgesetzt sein ( Reis. 1 ): Dehnungsarbeit , Druck, Biegung, Torsion, Scherung usw. oder der kombinierten Wirkung mehrerer Belastungsarten wie Zug und Biegung ausgesetzt sein. Die Betriebsbedingungen von Materialien variieren auch in Bezug auf Temperatur, Umgebung, Geschwindigkeit der Lastaufbringung und das Gesetz ihrer zeitlichen Änderung. Dementsprechend gibt es viele Indikatoren für M. s. m. und viele mechanische Prüfmethoden. Bei Metallen und technischen Kunststoffen sind die häufigsten Prüfungen Zug-, Härte- und Schlagbiegeprüfungen; spröde Strukturmaterialien (z. B. Keramik, Metallkeramik) werden häufig auf Druck und statische Biegung getestet; Darüber hinaus ist es wichtig, die mechanischen Eigenschaften von Verbundwerkstoffen im Zuge von Scherversuchen zu bewerten.

Verformungsdiagramm. Eine auf eine Probe ausgeübte Last verursacht deren Verformung (siehe Verformung). Der Zusammenhang zwischen Belastung und Verformung wird durch das sogenannte beschrieben. Dehnungsdiagramm ( Reis. 2 ). Zunächst erfolgt die Verformung der Probe (mit Zug - Längenzuwachs Δ). l) ist proportional zur zunehmenden Last R, dann an der Stelle N diese Proportionalität wird verletzt, um die Verformung zu erhöhen, ist jedoch eine weitere Belastungserhöhung erforderlich R; bei Δ l > Δ l c Die Verformung entwickelt sich ohne äußere Krafteinwirkung mit einer allmählich abnehmenden Belastung. Das Aussehen des Dehnungsdiagramms ändert sich nicht, wenn die Spannung entlang der Ordinatenachse aufgetragen wird

(F 0 Und l 0- jeweils die anfängliche Querschnittsfläche und die geschätzte Länge der Probe).

Der Widerstand von Materialien wird durch Spannungen gemessen, die die Belastung pro Querschnittsflächeneinheit der Probe charakterisieren

V kgf/mm 2. Stromspannung

bei dem das zur Belastung proportionale Verformungswachstum verletzt wird, wird Proportionalitätsgrenze genannt. Unter Last R P n Das Entladen der Probe führt zum Verschwinden der Verformung, die in ihr unter Einwirkung der ausgeübten Kraft entstanden ist; Eine solche Verformung wird als elastisch bezeichnet. Leichte Überlastung relativ zu P n Die Art der Verformung darf sich nicht ändern, sie behält jedoch ihre elastische Natur. Die größte Belastung, der eine Probe standhalten kann, ohne dass beim Entladen eine bleibende plastische Verformung auftritt, bestimmt die Elastizitätsgrenze des Materials:

Elastische Eigenschaften. Im elastischen Bereich hängen Spannung und Dehnung durch einen Proportionalitätskoeffizienten zusammen. Beim Strecken σ = Eδ, wobei E- sogenannt Normalelastizitätsmodul, numerisch gleich dem Tangens des Neigungswinkels des geraden Kurvenabschnitts σ = σ(δ) zur Verformungsachse ( Reis. 2 ). Bei der Prüfung einer zylindrischen oder flachen Probe auf Spannung entspricht ein einachsiger (σ 1 > 0; (σ 2 = σ 3 = 0) Spannungszustand einem dreiachsigen Verformungszustand (Längenzunahme in Wirkungsrichtung der aufgebrachten Kräfte und Abnahme). in linearen Dimensionen in zwei anderen zueinander senkrechten Richtungen): δ 1 >0;

Sie schwankt im Elastizitätsbereich für Grundwerkstoffe in recht engen Grenzen (0,27–0,3 für Stähle, 0,3–0,33 für Aluminiumlegierungen). Die Poissonzahl ist eines der wichtigsten Berechnungsmerkmale. Kenntnis von μ und E ist es möglich, den Schubmodul rechnerisch zu ermitteln

Widerstand gegen plastische Verformung. Unter Belastung R > R in Zusammen mit der immer stärker werdenden elastischen Verformung kommt es zu einer spürbaren irreversiblen plastischen Verformung, die beim Entladen nicht verschwindet. Die Spannung, bei der die relative Restverformung (Zugdehnung) einen bestimmten Wert erreicht (nach GOST - 0,2 %), wird als bedingte Streckgrenze bezeichnet und bezeichnet

In der Praxis ist die Genauigkeit moderner Prüfmethoden so, dass σ p und σ e jeweils mit festgelegten Toleranzen für die Abweichung vom Proportionalitätsgesetz [Erhöhung von ctg(90 - α) um 25-50 %] und für die ermittelt werden Ausmaß der Restverformung (0,003–0,05 %) und sprechen Sie über bedingte Grenzen der Proportionalität und Elastizität. Die Zugkurve von Strukturmetallen kann ein Maximum haben (Punkt bei Reis. 2 ) oder brechen bei Erreichen der Maximallast ab R in' . Attitüde

charakterisiert den temporären Widerstand (Zugfestigkeit) des Materials. Wenn es auf der Zugkurve im Bereich der links auf der Kurve liegenden Lasten ein Maximum gibt V, wird die Probe über die gesamte berechnete Länge gleichmäßig verformt l 0, der Durchmesser nimmt allmählich ab, die ursprüngliche zylindrische oder prismatische Form bleibt jedoch erhalten. Bei der plastischen Verformung werden Metalle gestärkt, daher erfordert die weitere Verformung trotz der Verringerung des Probenquerschnitts die Aufbringung einer immer höheren Belastung. σ in charakterisiert wie die herkömmlichen σ 0,2, σ n und σ e den Widerstand von Metallen gegen plastische Verformung. Im rechten Abschnitt des Verformungsdiagramms ändert sich die Form der Zugprobe: Es beginnt eine Phase konzentrierter Verformung, die sich in der Erscheinung eines „Halses“ äußert. Eine Verringerung des Querschnitts im Hals „überholt“ die Verstärkung von Metallen, was zu einem Rückgang der äußeren Belastung in diesem Bereich führt P in - P k.

Bei vielen Strukturwerkstoffen ist der Widerstand gegen plastische Verformung im elastisch-plastischen Bereich bei Zug und Druck nahezu gleich. Einige Metalle und Legierungen (z. B. Magnesiumlegierungen, hochfeste Stähle) zeichnen sich durch deutliche Unterschiede in dieser Eigenschaft unter Zug und Druck aus. Der Widerstand gegen plastische Verformung wird besonders häufig (bei der Überwachung der Produktqualität, der Standardwärmebehandlungsbedingungen und in anderen Fällen) anhand der Ergebnisse von Härtetests beurteilt, indem eine harte Spitze in Form einer Kugel (Brinell- oder Rockwell-Härte) oder eines Kegels gedrückt wird (Rockwell-Härte) oder Pyramide (Vickers-Härte). Härtetests erfordern keine Verletzung der Integrität des Teils und sind daher das am weitesten verbreitete Mittel zur Überwachung mechanischer Eigenschaften. Brinellhärte (HB) beim Eindrücken einer Kugel mit einem Durchmesser D unter Last R charakterisiert die durchschnittliche Druckspannung, die herkömmlicherweise pro Flächeneinheit eines kugelförmigen Abdrucks mit einem Durchmesser berechnet wird D:

Plastizitätseigenschaften. Die Zugplastizität von Strukturmaterialien wird anhand der Dehnung beurteilt

(Wo h 0 Und hk- Anfangs- und Endhöhe der Probe), während der Torsion - der maximale Verdrehungswinkel des Arbeitsteils der Probe Θ, froh oder relative Verschiebung γ = Θ R(Wo R- Probenradius). Die letzte Ordinate des Verformungsdiagramms (Punkt k An Reis. 2 ) charakterisiert den Widerstand gegen Zerstörung von Metall S k, was bestimmt ist

(Fk- tatsächlicher Bereich an der Bruchstelle).

Merkmale der Zerstörung. Die Zerstörung erfolgt nicht sofort (an dem Punkt). k), entwickelt sich aber im Laufe der Zeit, und der Beginn der Zerstörung kann an einem Zwischenpunkt auf dem Gelände liegen VC, und der gesamte Vorgang endet, wenn die Last allmählich auf Null sinkt. Die Lage des Punktes k im Verformungsdiagramm wird maßgeblich durch die Steifigkeit der Prüfmaschine und die Trägheit des Messsystems bestimmt. Das macht die Größe aus S k weitgehend bedingt.

Viele Baumetalle (Stähle, darunter hochfeste, hitzebeständige Chrom-Nickel-Legierungen, weiche Aluminiumlegierungen usw.) versagen nach starker plastischer Verformung unter Bildung eines Halses unter Zugspannung. Häufig (z. B. bei hochfesten Aluminiumlegierungen) liegt die Bruchfläche in einem Winkel von etwa 45° zur Richtung der Zugkraft. Unter bestimmten Bedingungen (z. B. bei der Prüfung kaltspröder Stähle in flüssigem Stickstoff oder Wasserstoff, bei Zugbeanspruchung und in einer korrosiven Umgebung für Metalle, die zur Spannungskorrosion neigen) kommt es zum Bruch entlang von Abschnitten senkrecht zur Zugkraft (direkter Bruch). ohne makroplastische Verformung.

Die Festigkeit der in Strukturelementen realisierten Materialien hängt nicht nur von den mechanischen Eigenschaften des Metalls selbst ab, sondern auch von der Form und Größe des Teils (den sogenannten Form- und Skaleneffekten), der in der belasteten Struktur akkumulierten elastischen Energie, die Art der einwirkenden Last (statisch, dynamisch, periodisch in ihrer Größe ändernd), Schemata für die Anwendung äußerer Kräfte (einachsige, zweiachsige Zugkraft, mit überlagerter Biegung usw.), Betriebstemperatur, Umgebung. Die Abhängigkeit der Festigkeit und Duktilität von Metallen von der Form wird durch das sogenannte charakterisiert. Kerbempfindlichkeit, üblicherweise anhand des Verhältnisses der Zugfestigkeiten gekerbter und glatter Proben beurteilt

(Bei zylindrischen Proben erfolgt der Schnitt üblicherweise in Form einer kreisförmigen Aussparung, bei Streifen in Form eines zentralen Lochs oder seitlicher Ausschnitte). Bei vielen Strukturmaterialien ist dieses Verhältnis unter statischer Belastung größer als eins, was mit einer erheblichen lokalen plastischen Verformung an der Spitze der Kerbe verbunden ist. Je schärfer der Schnitt, desto geringer ist die lokale plastische Verformung und desto größer ist der Anteil des direkten Bruchs im ausgefallenen Abschnitt. Ein gut entwickelter direkter Bruch kann bei Raumtemperatur in den meisten Strukturmaterialien unter Laborbedingungen erreicht werden, wenn Proben mit massivem Querschnitt (je dicker, desto plastischer das Material ist) einer Dehnung oder Biegung ausgesetzt werden, wodurch diese Proben mit a versehen werden spezieller schmaler Schlitz mit einem künstlich erzeugten Riss ( Reis. 3 ). Wenn eine breite, flache Probe gedehnt wird, ist die plastische Verformung schwierig und auf einen kleinen Bereich der Größe 2 beschränkt r y(An Reis. 3 , b schattiert), unmittelbar neben der Rissspitze. Direkter Bruch ist in der Regel charakteristisch für betriebliche Ausfälle von Strukturelementen.

Indikatoren wie der kritische Spannungsintensitätsfaktor für die ebene Dehnung, der vom amerikanischen Wissenschaftler J.R. Irwin als Konstante für Sprödbruchbedingungen vorgeschlagen wurde, haben sich weit verbreitet. K 1C und Bruchzähigkeit

In diesem Fall wird der Zerstörungsprozess in Bezug auf Zeit und Indikatoren berücksichtigt K 1C(G 1C) beziehen sich auf den kritischen Moment, in dem die nachhaltige Entwicklung eines Risses gestört wird; Ein Riss wird instabil und breitet sich spontan aus, wenn die zur Vergrößerung seiner Länge erforderliche Energie geringer ist als die Energie der elastischen Verformung, die von benachbarten elastisch beanspruchten Zonen des Metalls an der Rissspitze ankommt.

Beim Zuweisen der Probendicke T und Rissgrößen 2 l tr basierend auf der folgenden Anforderung

Stressintensitätsfaktor ZU berücksichtigt nicht nur den Belastungswert, sondern auch die Länge des Wanderrisses:

(λ berücksichtigt die Geometrie des Risses und der Probe), ausgedrückt in kgf/mm 3/2 oder Mn/m 3/2. Von K 1C oder G 1C Man kann die Sprödbruchanfälligkeit von Strukturmaterialien unter Betriebsbedingungen beurteilen.

Zur Beurteilung der Metallqualität sind Biegeschlagversuche an prismatischen Proben mit einseitiger Kerbe weit verbreitet. In diesem Fall wird die Schlagfestigkeit bewertet (siehe Schlagfestigkeit) (in kgf․m/cm² oder Mj/m 2) - die Verformungs- und Zerstörungsarbeit der Probe, die herkömmlicherweise dem Querschnitt an der Kerbstelle zugeordnet wird. Weit verbreitet sind Schlagbiegeversuche an Proben mit einem künstlich erzeugten Ermüdungsriss am Kerbgrund. Die Arbeit der Zerstörung solcher Proben und das hier ist im Allgemeinen in zufriedenstellender Übereinstimmung mit solchen Zerstörungsmerkmalen wie K 1C, und noch besser mit Einstellung

Zeitabhängigkeit der Stärke. Mit zunehmender Belastungsdauer sinken der Widerstand gegen plastische Verformung und der Bruchwiderstand. Bei Raumtemperatur macht sich dies bei Metallen insbesondere dann bemerkbar, wenn sie einer korrosiven (Spannungskorrosion) oder anderen aktiven (Rehbinder-Effekt) Umgebung ausgesetzt sind. Bei hohen Temperaturen wird das Phänomen des Kriechens beobachtet (siehe Kriechen), d. h. eine Zunahme der plastischen Verformung im Laufe der Zeit bei konstanter Spannung ( Reis. 4 , A). Die Kriechfestigkeit von Metallen wird anhand der bedingten Kriechgrenze beurteilt – meist der Spannung, bei der die plastische Verformung 100 übersteigt H erreicht 0,2 % und wird mit σ 0,2/100 bezeichnet. Je höher die Temperatur T, desto ausgeprägter ist das Kriechphänomen und desto stärker nimmt der Widerstand des Metalls gegen Zerstörung mit der Zeit ab ( Reis. 4 , B). Die letzte Eigenschaft zeichnet sich durch die sogenannte aus. Grenze der Langzeitfestigkeit, d. h. Spannung, die bei einer bestimmten Temperatur in einer bestimmten Zeit zur Zerstörung des Materials führt (z. B. σ t 100, σ t 1000 usw.). Bei Polymerwerkstoffen ist die Temperatur-Zeit-Abhängigkeit von Festigkeit und Verformung stärker ausgeprägt als bei Metallen. Bei der Erwärmung von Kunststoffen kommt es zu einer hochelastischen, reversiblen Verformung; Ab einer bestimmten höheren Temperatur kommt es zu einer irreversiblen Verformung, die mit dem Übergang des Materials in einen viskosen Fließzustand einhergeht. Kriechen ist auch mit einer weiteren wichtigen mechanischen Eigenschaft von Materialien verbunden – einer Tendenz zur Spannungsrelaxation, d. . Spannungsrelaxation entsteht durch eine Zunahme des Anteils des plastischen Anteils an der Gesamtverformung und eine Abnahme seines elastischen Anteils.

Wenn auf das Metall eine Belastung ausgeübt wird, die sich periodisch nach einem Gesetz ändert (z. B. sinusförmig), dann nimmt die Anzahl der Zyklen zu N Belastung nimmt seine Festigkeit ab ( Reis. 4 , c) - das Metall „ermüdet“. Bei Baustahl ist ein solcher Festigkeitsabfall bis zu zu beobachten N= (2-5) ․10 6 Zyklen. Dementsprechend spricht man von der Ermüdungsgrenze von Baustahl und meint damit meist die Spannungsamplitude

unterhalb dessen Stahl bei wiederholter wechselnder Belastung nicht versagt. Bei |σ min | = |σ max | die Ermüdungsgrenze wird mit dem Symbol σ -1 bezeichnet. Die Ermüdungskurven von Aluminium-, Titan- und Magnesiumlegierungen haben in der Regel keinen horizontalen Abschnitt, daher wird die Ermüdungsbeständigkeit dieser Legierungen durch das sogenannte charakterisiert. begrenzt (entsprechend einer gegebenen N) Grenzen der Ermüdung. Die Ermüdungsfestigkeit hängt auch von der Häufigkeit der Belastung ab. Die Beständigkeit von Materialien unter Bedingungen niedriger Frequenz und hoher Werte wiederholter Belastung (langsame Ermüdung oder Ermüdung mit geringer Zyklenzahl) steht in keinem eindeutigen Zusammenhang mit den Ermüdungsgrenzen. Im Gegensatz zu einer statischen Belastung tritt bei wiederholten variablen Belastungen immer eine Empfindlichkeit gegenüber einer Kerbe auf, d. h. die Ermüdungsgrenze bei Vorhandensein einer Kerbe ist niedriger als die Ermüdungsgrenze einer glatten Probe. Der Einfachheit halber wird die Kerbempfindlichkeit bei Ermüdung durch das Verhältnis ausgedrückt

charakterisiert die Asymmetrie des Zyklus). Beim Ermüdungsprozess kann man einen Zeitraum unterscheiden, der der Bildung einer Ermüdungsversagensquelle vorausgeht, und den darauf folgenden, manchmal recht langen Zeitraum, in dem sich ein Ermüdungsriss entwickelt. Je langsamer sich der Riss entwickelt, desto zuverlässiger arbeitet das Material im Bauwerk. Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ermüdungsrissen dl/dN ist durch eine Potenzfunktion mit dem Spannungsintensitätsfaktor verknüpft:

Zündete.: Davidenkov N.N., Dynamische Prüfung von Metallen, 2. Aufl., L. - M., 1936; Ratner S.I., Versagen unter wiederholten Belastungen, M., 1959; Serensen S.V., Kogaev V.P., Shneiderovich R.M., Tragfähigkeits- und Festigkeitsberechnungen von Maschinenteilen, 2. Aufl., M., 1963; Angewandte Fragen der Bruchzähigkeit, trans. aus Englisch, M., 1968; Fridman Ya. B., Mechanical Properties of Metals, 3. Aufl., M., 1974; Methoden zur Prüfung, Kontrolle und Erforschung technischer Materialien, hrsg. A. T. Tumanova, Bd. 2, M., 1974.

S. I. Kishkina.

Reis. 3. Eine Probe mit einem speziell an der Spitze der Kerbe erzeugten Ermüdungsriss zur Bestimmung von K1C. Exzentrische (a) und axiale (b) Zugversuche.

Große sowjetische Enzyklopädie. - M.: Sowjetische Enzyklopädie. 1969-1978 .

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