§ 4. MEHAANILISED OMADUSED

Riis. 8. Deformatsioonide tüübid:
a - surve, b - pinge, c - vääne, d - nihke, e - painutamine

Riis. 9. Venitusdiagramm:
a - tingimuslik diagramm P-∆l koordinaatides, b - tingimusliku pinge diagramm ja tõelise pinge diagramm

Riis. 10. Metalli kõvaduse määramine Brinelli (a), Rockwelli (b) ja Vickersi (c) meetoditega

Metallide omadusi hinnatakse sageli ainult nende kõvaduse, tõmbetugevuse ja venivuse järgi. Ainult nende parameetrite põhjal tehakse järeldused metalli võimekuse kohta või võrreldakse erinevaid sulameid. Tegelikult on see teave absoluutselt ebapiisav, et otsustada, kas materjal sobib konkreetseks ülesandeks. Lisaks nimetatud parameetritele määravad metallide ja sulamite rakendatavuse a) konstruktsioonitugevus, b) mitteelastsuse nähtuste avaldumisaste, c) kulumiskindlus, d) korrosioonikindlus ja paljud teised.

Sellel lehel saame teada, mis täpselt määrab mehaaniliste omaduste levinumad parameetrid ja kaalume konstruktsiooni tugevuse peamisi näitajaid. Küsimusi arutatakse teistel lehekülgedel kulumiskindlus Ja korrosioonikindlus.

Sisu:

1. Elastsed ja plastilised deformatsioonid

2. Elastsete ja plastiliste olekute indikaatorid

2.1. proportsionaalsuse, elastsuse ja voolavuse piirid

2.2. elastse oleku omadused

2.3. tõmbetugevus

2.4. plastilisus ja viskoossus

2.5. kõvadus

3. Konstruktsiooni tugevusnäitajad

3.1. pragunemiskindlus

3.2. väsimustugevus

3.3. löögi tugevus

3.4. roomamis- ja pikaajalised tugevuspiirid

1. ELASTIKSED JA PLASTILISED DEFORMATSIOONID

Metallide ja sulamite mehaanilised omadused määratakse selle järgi, kuidas nad tajuvad väliskoormusi, s.t. vastupanu deformatsioonile ja hävimisele. Nende deformeerumisel täheldatakse kahte erinevat tüüpi deformatsiooni - elastset ja plastilist -, mis erinevad nii väliste ilmingute kui ka sisemiste mehhanismide poolest. On selge, et metallide elastsust ja plastilisust määravaid omadusi tuleb kirjeldada erinevate tunnustega.

Elastsed deformatsioonid tekivad aatomitevaheliste kauguste muutumise tõttu, need ei muuda metalli struktuuri, selle omadusi ja on pöörduvad. Pööratavus tähendab, et pärast koormuse eemaldamist võtab keha oma varasema kuju ja suuruse, s.o. Jääkdeformatsioon puudub.

Plastilised deformatsioonid tekivad dislokatsioonide tekke ja liikumise tõttu, mis muudavad metalli struktuuri ja omadusi. Peale koormuse eemaldamist jäävad deformatsioonid, s.o. plastilised deformatsioonid on pöördumatud.

2. ELASTISE JA PLASTISE OLUKORDA NÄITAJAD

2.1. PROPORTSIONAALSUSE, Elastsuse ja VEDELDUSE PIIRID.

Kas pingete vahemik, mille korral toimub ainult elastne deformatsioon, on piiratud proportsionaalsuse piiriga? pc. Selles piirkonnas toimuvad igas teras ainult elastsed deformatsioonid ja proovi kui terviku puhul on täidetud Hooke'i seadus - deformatsioon on võrdeline pingega (sellest ka piiri nimi).

Pinge suurenedes tekivad üksikutes terades mikroplastilised deformatsioonid. Sellistel koormustel on jääkpinged tähtsusetud (0,001% - 0,01%).

Pinge, mille juures tekkivad jääkdeformatsioonid etteantud piirides, nimetatakse tingimuslikuks elastsuse piiriks. Indeks näitab oma tähistuses jääkdeformatsiooni suurust (protsentides), mille puhul määrati näiteks elastsuspiir? 0,01.

Pinge, mille juures plastiline deformatsioon toimub juba kõigis terades, nimetatakse tingimuslikuks voolavuspiiriks. Kõige sagedamini määratakse see jääkdeformatsiooni väärtusel 0,2% ja tähistatakse? 0.2.

Formaalselt seostatakse elastsuse ja saagikuse piiride erinevust elastse ja plastilise oleku “piiri” määramise täpsusega, mida sõna “tingimuslik” peegeldab. See on ilmne? pctäpselt Proportsionaalsuse ehk elastsuse piir määrab mitteelastsete omaduste avaldumisastme ja väsimuspiiri suuruse.

Terava piiri puudumine elastse ja plastilise oleku vahel tähendab, et pingevahemikus? arvuti ja? 0,2, esinevad nii elastsed kui ka plastilised deformatsioonid.

Elastne olek eksisteerib seni, kuni nihestused metalli kõigis terades on liikumatud.

Üleminekut plastilisse olekusse täheldatakse koormusvahemikus, kus dislokatsioonide liikumine (ja sellest tulenevalt ka plastiline deformatsioon) toimub ainult üksikutes kristalsetes terades ning ülejäänutes jätkub elastse deformatsiooni mehhanism.

Plastiline olek realiseerub, kui dislokatsioonide liikumine toimub proovi kõigis terades.

Pärast dislokatsioonistruktuuri ümberstruktureerimist (plastilise deformatsiooni lõpuleviimist) naaseb metall elastsesse olekusse, kuid muutunud elastsete omadustega.

Antud piiride tähistused vastavad üheteljelisele pingele, mille skeem on näidatud joonisel. Sarnase tähendusega piirid määratakse kokkusurumise, painde ja väände jaoks.

Vaadeldav diagramm on tüüpiline metallidele, mille puhul üleminek elastsest olekust plastilisse on väga sujuv. Siiski on metalle, millel on selge üleminek plastilisele olekule. Selliste metallide pinge-deformatsiooni diagrammid on horisontaalse läbilõikega ja neid iseloomustab mitte tingimuslik, vaid füüsiline voolavuspiir. Sellise diagrammi näite leiate veebisaidilthttp://www.physics-words.com/130/207/2770120.html.. Füüsikalise voolavuspiiri saavutamisel viib väike pinge suurenemine proovi järsu pikenemiseni, sellest ka piiri nimi.

2.2. Elastsusoleku OMADUSED

Elastsusseisundi olulisemad parameetrid – elastsuse piir? y ja elastsusmoodulid.

Elastsuspiir määrab suurimad lubatud töökoormused, milles metallil on ainult elastsed või väikesed lubatud elasts-plastilised deformatsioonid. Väga jämedalt (ja ülehindamise suunas) saab elastsuspiiri hinnata voolavuspiiri järgi.

Elastsusmoodulid iseloomustavad materjali vastupidavust koormusele elastses olekus. Youngi moodul E määrab vastupidavuse tavalistele pingetele (pinge, surve ja painutus) ning nihkemoodul G määrab vastupidavuse nihkepingetele (torsioon). Mida suuremad on elastsusmoodulid, seda järsem on elastsuslõige deformatsioonidiagrammil (vt joonis), seda väiksem on elastsete deformatsioonide suurus võrdsete pingete korral ja sellest tulenevalt seda suurem on konstruktsiooni jäikus. Elastsed deformatsioonid ei saa olla sellest väärtusest suuremad? ja/E.

Seega määravad elastsusmoodulid suurimad lubatud töödeformatsioonid(võttes arvesse elastsuse piiri ja toote jäikus. Elastsusmooduleid mõõdetakse pingega samades ühikutes (MPa või kgf/mm 2).

Konstruktsioonimaterjalid peavad ühendama voolavuspiiri kõrged väärtused (talub suuri koormusi) ja elastsusmooduleid (suurema jäikuse). Elastsusmoodulil E on kokkusurumisel ja pingel sama väärtus. Siiski võivad surve- ja tõmbeelastsuse piirid erineda. Seetõttu võivad sama jäikuse korral elastsuse vahemikud kokkusurumise ja pinge ajal olla erinevad.

Elastses olekus metall ei koge makro plastilised deformatsioonid aga selle üksikutes mikroskoopilistes mahtudes lokaalsed mikro plastilised deformatsioonid. Need on nn mitteelastsete nähtuste põhjuseks, mis oluliselt mõjutavad metallide käitumist elastses olekus. Staatiliste koormuste korral ilmneb hüsterees, elastne järelmõju ja lõõgastus ning dünaamilistel koormustel sisehõõrdumine.

Lõõgastus– spontaanne stressi vähendamine tootes. Selle avaldumise näide on pingeühenduste nõrgenemine aja jooksul. Mida madalam on lõdvestus, seda stabiilsemad on mõjupinged. Lisaks põhjustab lõõgastumine pärast koormuse eemaldamist jääkdeformatsiooni ilmnemist. Vastuvõtlikkust nendele nähtustele iseloomustab relaksatsioonikindlus. Seda mõõdetakse pinge suhtelise muutusena aja jooksul. Mida suurem see on, seda vähem on metall lõdvestunud.

Sisemine hõõrdumine määrab muutuva koormuse korral pöördumatud energiakadud. Energiakadusid iseloomustab summutuse vähenemine või sisehõõrdetegur. Suure summutustasemega metallid summutavad tõhusalt heli ja vibratsiooni ning on vähem vastuvõtlikud resonantsile (üks parimaid summutavaid metalle on hallmalm). Madala sisehõõrdeteguriga metallidel, vastupidi, on vibratsiooni levikule minimaalne mõju (näiteks kellapronks). Sõltuvalt otstarbest peab metallil olema kõrge sisehõõrdumine (amortisaatorid) või vastupidi madal (mõõteriistade vedrud).

Temperatuuri tõustes metallide elastsed omadused halvenevad. See väljendub elastse piirkonna ahenemises (elastsuse piiride vähenemise tõttu), mitteelastsuse nähtuste suurenemises ja elastsusmoodulite vähenemises.

Metallidel, mida kasutatakse elastsete elementide ja stabiilsete mõõtmetega toodete valmistamiseks, peavad olema minimaalsed mitteelastsed omadused. See nõue on paremini täidetud, kui elastsuspiir ületab oluliselt tööpinget. Lisaks on oluline elastsuse ja voolavuspiiride suhe. Mida suurem on suhtumine? ja / ? 0,2, seda vähem avalduvad mitteelastsed omadused. Kui öeldakse, et metallil on head elastsusomadused, tähendab see tavaliselt mitte ainult kõrget elastsuse piiri, vaid ka suurt väärtust? ja / ? 0.2.

2.3. tõmbetugevus

voolavuspiiri ületavate pingete korral? 0,2, läheb metall plastilisse olekusse. Väliselt väljendub see vastupidavuse vähenemises voolukoormusele ning kuju ja suuruse nähtavas muutumises. Pärast koormuse eemaldamist naaseb metall elastsesse olekusse, kuid jääb deformeerituks jääkdeformatsiooni tõttu, mis võib ületada piiravat elastset deformatsiooni. Dislokatsioonistruktuuri muutumine plastilise deformatsiooni käigus suurendab metalli voolavuspiiri – toimub selle deformatsioonikõvenemine.

Tavaliselt uuritakse plastilist deformatsiooni proovi üheteljelise pinge all. Sel juhul määratakse ajutine takistus? c, suhteline pikenemine pärast rebenemist? ja suhteline ahenemine pärast rebenemist?. Pilt pingest voolavuspiiri ületavate pingete korral taandub kahele joonisel toodud variandile.

Esimesel juhul (joonis sisendis) täheldatakse kogu proovi ühtlast venitamist - tekib ühtlane plastiline deformatsioon, mis lõpeb proovi purunemisega pinge all? V. Sel juhul? in mõtestab tingimuslikku tõmbetugevust, ah? Ja? määrata maksimaalne ühtlane plastiline deformatsioon.

Teisel juhul venitatakse proovi kõigepealt ühtlaselt ja pärast pinge saavutamist? moodustub lokaalne ahenemine (kael) ja edasine venitus kuni rebenemiseni koondub kaela piirkonda. Sel juhul? Ja? on ühtlaste ja kontsentreeritud deformatsioonide summa (vt joonist). Kuna tõmbetugevuse määramise "hetk" ei lange enam kokku proovi purunemise "hetkega", siis? c ei määra mitte lõplikku tugevust, vaid tingimuslikku pinget, mille juures ühtlane deformatsioon lõpeb. Samas suurusjärk? B-d nimetatakse sageli tingimuslikuks tõmbetugevuseks, sõltumata kaela olemasolust või puudumisest.

Igal juhul määrab erinevus (? in – ? 0,2) tingimuslike pingete intervalli, mille korral toimub ühtlane plastiline deformatsioon, ja suhte? 0,2 / ? B iseloomustab kõvenemisastet. Lõõmutatud metallis? 0,2/? B =0,5-0,6. ja pärast pingekõvenemist (kõvenemist) tõuseb see 0,9-0,95-ni.

Sõna "tingimuslik" seoses? V tähendab, et see on väiksem kui näidises toimiv tegelik pinge S V. Asi on selles pinges? on määratletud kui tõmbejõu suhe proovi esialgse ristlõike pindalaga (mis on mugav) ja tegelik pinge S tuleb määrata mõõtmise ajal ristlõike pindala suhtes. (mis on keerulisem). Plastilise deformatsiooni käigus proov muutub õhemaks ning venimisel nimipinge ja tegeliku pinge erinevus suureneb (eriti pärast kaelustamist). Kui koostada tõeliste pingete jaoks tõmbediagramm, siis tõmbekõver läheb üle joonisel kujutatud kõvera ja sellel ei ole langevat lõiku.

Kas metallidel võib olla sama tähendus? c, kuid kui neil on erinevad tõmbediagrammid, ilmneb näidise rike erinevatel tegelikel pingetel S B (nende tegelik tugevus on erinev).

Ajutine vastupanu? B määratakse kümneid sekundeid mõjuva koormuse all, seetõttu nimetatakse seda sageli lühiajaliseks tugevuspiiriks.

Plastilist deformatsiooni uuritakse ka surve-, painde- ja väände korral, deformatsioonidiagrammid on sarnased joonisel kujutatutega. Kuid paljudel põhjustel on enamikul juhtudel eelistatav üheteljeline pinge. Kas üheteljeliste tõmbeparameetrite määramine on kõige vähem töömahukas? aastal ja?, määratakse need alati tehase masskatsete käigus ja nende väärtused on tingimata toodud kõigis teatmeteostes.

Metallide tõmbekatse metoodika kirjeldus (ja kõigi mõistete määratlus) on toodud standardis GOST 1497-73. Kompressioonitesti on kirjeldatud artiklis GOST 25.503-97, ja torsiooni jaoks - GOST 3565-80.

2.4. PLASTIISUS JA VISKOOSSUS

Plastilisus on metalli võime muuta kuju ilma selle terviklikkust kahjustamata (ilma pragude, rebenemiste ja eriti hävimiseta). See avaldub siis, kui elastne deformatsioon asendub plastilise deformatsiooniga, s.t. voolavuspiirist suuremate pingete korral? V.

Kas plastilise deformatsiooni võimalust iseloomustab suhe? 0,2/? V. Kell? 0,2/? B = 0,5-0,6, metall võimaldab suuri plastilisi deformatsioone (? ja? ulatub kümnetesse protsentidesse). Vastupidi, kell? 0,2/? =0,95–0,98 korral käitub metall rabedana: plastilise deformatsiooni piirkond praktiliselt puudub (? ja? on 1-3%).

Kõige sagedamini hinnatakse plastilisi omadusi suhtelise murdepikenemise väärtuse järgi?. Kuid see väärtus määratakse staatilise üheteljelise pinge korral ja seetõttu ei iseloomusta see plastilisust muud tüüpi deformatsioonide (painutus, kokkusurumine, vääne), kõrge deformatsioonikiiruse (sepistamine, valtsimine) ja kõrgete temperatuuride korral.

Näitena võib tuua messingid L63 ja LS59-1, millel on praktiliselt samad ? väärtused, kuid oluliselt erinevad plastilised omadused. L63 sälguline varras paindub lõikekohas ja LS59-1 puhul murdub see vähese jõuga ära. L63 traat on kergesti lamestatud ilma pragudeta, samas kui LS59-1 traat praguneb pärast mitut lööki. Messing LS59-1 on kergesti kuumvaltsitud ja L63 valtsitakse ainult kitsas temperatuurivahemikus, millest kõrgemal toorik praguneb.

Seega sõltub plastilisus temperatuurist, deformatsiooni kiirusest ja meetodist. Plasti omadusi mõjutavad tugevalt paljud lisandid, sageli isegi väga madalates kontsentratsioonides.

Praktikas kasutatakse plastilisuse määramiseks tehnoloogilisi katseid, mille käigus kasutatakse deformatsioonimeetodeid, mis on paremini kooskõlas vastavate tehnoloogiliste protsessidega.

Levinud elastsuse hindamine on paindenurk, painde või keerdude arv, mida pooltoode peab vastu ilma pragude ja rebenditeta.

Teibist augu väljapressimise katse (analoogselt stantsimisele ja sügavtõmbamisele) viiakse läbi, kuni ilmnevad rebendid ja praod.

Metalli vormimisprotsessides on olulised head plastilised omadused. Tavalise töötamise ajal on metall elastses olekus ja selle plastilised omadused ei ilmne. Seetõttu pole esmapilgul mõtet keskenduda plastilisuse näitajatele toodete tavapärase töötamise ajal.

Kuid kui on võimalik, et koormused ületavad voolavuspiiri, siis on soovitav, et materjal oleks plastik. Habras metall variseb kokku kohe pärast teatud piiri ületamist, samal ajal kui plastiline materjal on võimeline neelama piisavalt liigset energiat ilma kokku kukkumata.

Sageli tuvastatakse viskoossuse ja plastilisuse mõisted, kuid need terminid iseloomustavad erinevaid omadusi:

Plastilisus - määrab võime deformeeruda ilma hävitamiseta, seda hinnatakse lineaarsetes, suhtelistes või kokkuleppelistes ühikutes.

Viskoossus - määrab plastilise deformatsiooni käigus neeldunud energia hulga, seda mõõdetakse energiaühikute abil

Materjali purustamiseks vajalik energiahulk on võrdne pinge-deformatsiooni kõvera all oleva pindalaga tegeliku pinge-tegeliku deformatsiooni diagrammil. See tähendab, et see sõltub nii maksimaalsest võimalikust deformatsioonist kui ka metalli tugevusest. Energiaintensiivsuse määramise meetodit plastilise deformatsiooni ajal on kirjeldatud punktisGOST 23.218-84.

2.5. KAREDUS

Elasts-plastiliste omaduste üldine omadus on kõvadus.

Kõvadus on materjali pinnakihi omadus takistada teise, kõvema keha läbitungimist selle kontsentreeritud mõjuga materjali pinnale. "Teine, kõvem keha" on taane (teraskuul, teemantpüramiid või koonus), mis on pressitud testitavasse metalli.

Trepist põhjustatud pinged määravad selle kuju ja taandumisjõud. Sõltuvalt nende pingete suurusest tekivad metalli pinnakihis elastsed, elasts-plastsed või plastilised deformatsioonid. Esimesel juhul ei jäta koormuse eemaldamine pinnale jälge. Kui pinge ületab metalli elastsuse piiri, siis peale koormuse eemaldamist jääb pinnale jäljend.

Mida väiksem on süvend, seda suurem on taandetakistus ja seda suuremat kõvadust peetakse. Kontsentreeritud jõu suuruse järgi, mis ei jäta veel jälge, on võimalik määrata kõvadust voolavuspiiril (GOST 22762-77).

Kõvaduse arvuline määramine toimub Vickersi, Brinelli ja Rockwelli meetoditega.

Rockwelli meetodi (GOST 9013-59) puhul mõõdetakse kõvadust HR-ühikutes, mis kajastavad taande elastse taastumise astet pärast koormuse eemaldamist. Need. Rockwelli kõvadusarv määrab vastupidavuse elastsetele või väikestele plastilistele deformatsioonidele. Sõltuvalt metalli tüübist ja selle kõvadusest kasutatakse erinevaid skaalasid. Kõige sagedamini kasutatav skaala on C. ja kõvaduse number H.R.C.

Nõuded terasdetailide pinnakvaliteedile pärast kuumtöötlust on sageli sõnastatud HRC ühikutes. HRC kõvadus peegeldab kõige täpsemalt ülitugevate teraste jõudlust ja arvestades Rockwelli mõõtmiste lihtsust, kasutatakse seda praktikas väga laialdaselt. Rockwelli meetodi üksikasjalikku kirjeldust koos erinevate materjalide klasside erinevate mõõtkavade ja kõvaduse kirjeldusega vt. http://www.fast-const.ru/articles.php?article_id=2

Vickersi ja Brinelli kõvadus on defineeritud kui süvendusjõu suhe taande ja metalli kokkupuutepinnasse taande maksimaalse läbitungimise korral. Need. kõvadusarvud HV ja HB tähistavad keskmist pinget taastamata trükipinnal, mõõdetakse pingeühikutes (MPa või kgf/mm) ja määravad vastupidavuse plastsele deformatsioonile. Peamine erinevus nende meetodite vahel on seotud taande kujuga.

Teemantpüramiidi rakendamine sisseVickersi meetod (GOST 2999-75, GOST R ISO 6507-1) tagab püramiidtrükkide geomeetrilise sarnasuse mis tahes koormuse korral - trükise sügavuse ja suuruse suhe maksimaalse taande korral ei sõltu rakendatavast jõust. See võimaldab üsna rangelt võrrelda erinevate metallide kõvadust, sealhulgas erinevatel koormustel saadud tulemusi.

Pall vajub sisseBrinelli meetod (GOST 9012-59) ei paku sfääriliste väljatrükkide geomeetrilist sarnasust. See toob kaasa vajaduse valida koormuse väärtus sõltuvalt kuuli sisendi läbimõõdust ja testitava materjali tüübist vastavalt soovitatavate katseparameetrite tabelitele. Selle tagajärjeks on erinevate materjalide HB kõvaduse numbrite võrdlemisel ebaselgus.

Määratud kõvaduse sõltuvus rakendatud koormuse suurusest (väike Vickersi meetodi puhul ja väga tugev Brinelli meetodi puhul) nõuab kõvaduse numbri registreerimisel katsetingimuste kohustuslikku näitamist (vt GOST), kuigi seda reeglit sageli ei järgita. .

Taande mõjuala metallile on võrreldav süvendi suurusega, s.o. kõvadus iseloomustab pooltoote või toote kohalikke omadusi. Kui pinnakiht (plakeeritud või karastatud) erineb omaduste poolest mitteväärismetallist, siis sõltuvad mõõdetud kõvaduse väärtused süvendi sügavuse ja kihi paksuse suhtest – s.o. sõltub mõõtmismeetodist ja -tingimustest. Kõvaduse mõõtmise tulemus võib olla seotud ainult pinnakihiga või mitteväärismetalliga, võttes arvesse selle pinnakihti.

Kõvaduse mõõtmisel määratakse sellest tulenev vastupidavus taande metalli tungimisele, võtmata arvesse üksikuid konstruktsioonikomponente. Keskmistamine toimub siis, kui trükise suurus ületab kõigi ebahomogeensuste suuruse. Üksikute faasikomponentide kõvadus (mikrokõvadus) määratakse Vickersi meetodil (GOST 9450-76) väikeste süvendusjõududega.

Erinevate kõvadusskaalade vahel puudub otsene seos ja puuduvad hästi põhjendatud meetodid kõvadusarvude ühest skaalast teise teisendamiseks. Olemasolevad tabelid, mis formaalselt ühendavad erinevaid skaalasid, põhinevad võrdlevatel mõõtmistel ja kehtivad ainult teatud metallikategooriate puhul. Sellistes tabelites võrreldakse kõvaduse numbreid tavaliselt HV kõvaduse numbritega. Selle põhjuseks on asjaolu, et Vickersi meetod võimaldab määrata mis tahes materjalide kõvadust (teiste meetodite puhul on mõõdetud kõvaduse vahemik piiratud) ja tagab väljatrükkide geomeetrilise sarnasuse.

Graafilist seost Rockwelli ja Vickersi skaalade vahel vthttp://www.gordonengland.co.uk/hardness/hardness_conversion.gif.

terase jaoks -http://www.grantadesign.com/images/hardness.fe2.gif

Sama värviliste metallide sulamite puhul -http://www.grantadesign.com/images/hardness.al1.gif

Tabelisuhe kõigi terase kaalude vahel on saadavalhttp://www.freetechnicalcharts.com/images/Steel_hardness_conversion_chart.jpg

Samuti puudub otsene seos kõvaduse ja saagikuse või tugevuse vahel, kuigi praktikas kasutatakse seost sageli? в = k НВ. Koefitsiendi k väärtused määratakse kindlaks konkreetsete metallide klasside võrdlevate testide põhjal ja need varieeruvad vahemikus 0,15 kuni 0,5 sõltuvalt metalli tüübist ja selle seisukorrast (lõõmutatud, külmtöödeldud jne).

Elastsete ja plastiliste omaduste muutused koos temperatuurimuutustega, pärast kuumtöötlemist, külmkarastamist jne. avalduvad kõvaduse muutustes. Kõvadust mõõdetakse kiiremini, lihtsamalt ja see võimaldab mittepurustavat testimist. Seetõttu on mugav kontrollida metalli omaduste muutumist pärast erinevat tüüpi töötlemist just kõvaduse muutuse järgi. Näiteks kõvenemine, suurenemine? 0,2 ja? 0,2/? c, suurendab kõvadust ja lõõmutamine vähendab seda.

Enamikul juhtudel määratakse kõvadus toatemperatuuril alla minuti jooksul taandri abil. Sel juhul määratud kõvadust nimetatakse lühiajaliseks kõvaduseks. Kõrgetel temperatuuridel, kui roomamisnähtus areneb (vt allpool), määratakse pikaajaline kõvadus - metalli reaktsioon pikaajalisele kokkupuutele süvendiga (tavaliselt tunni jooksul). Pikaajaline kõvadus on alati väiksem kui lühiajaline kõvadus ja see erinevus suureneb temperatuuri tõustes. Näiteks vases on lühi- ja pikaajaline kõvadus 400 o C juures 35HV ja 25HV ning 700 o C juures - vastavalt 9HV ja 5HV.

Vaadeldavad meetodid on staatilised: taane sisestatakse aeglaselt ja maksimaalset koormust rakendatakse piisavalt kaua, et plastse deformatsiooni protsessid (10–180 s) lõpule jõuaksid. Dünaamiliste (löögi)meetodite puhul on taande mõju metallile lühiajaline ja seetõttu kulgevad deformatsiooniprotsessid erinevalt. Kaasaskantavates kõvadusmõõturites kasutatakse dünaamiliste meetodite erinevaid variatsioone.

Kokkupõrkel uuritava materjaliga kulub taandumise (löögi) energia elastsele ja plastilisele deformatsioonile. Mida vähem energiat kulub proovi plastilisele deformatsioonile, seda suurem peaks olema selle "dünaamiline" kõvadus, mis määrab materjali vastupidavuse elasts-plastilisele deformatsioonile löögi korral. Esmased andmed teisendatakse “staatilisteks” kõvaduse numbriteks (HR, HV, HB), mis kuvatakse seadmel. Selline ümberarvutamine on võimalik ainult konkreetsete materjalirühmade võrdlevate mõõtmiste põhjal.

Samuti on olemas kõvadushinnangud, mis põhinevad vastupidavusel abrasiivsele kulumisele või lõikamisele, mis kajastavad paremini materjalide vastavaid tehnoloogilisi omadusi.

Eeltoodust järeldub, et kõvadus ei ole materjali esmane omadus, see on üldistatud omadus, mis peegeldab selle elastsus-plastilisi omadusi. Samas saab meetodi ja mõõtmistingimuste valikuga eelkõige iseloomustada kas selle elastseid või vastupidi plastilisi omadusi.

3. STRUKTUURI TUGEVUSE NÄITAJAD

Kas üheteljelise pinge korral tekib rike, kui saavutatakse ülim tugevus? c pärast plastilise deformatsiooni lõppu. Kuid reaalsetes tingimustes metallid purunevad pingete korral, mis ei ületa isegi voolavuspiiri? 0.2. Kas see tähendab suurusjärku? ei määra metallide tegelikku tugevust ja selle kirjeldamiseks on vaja muid omadusi.

Praktika näitab, et toote vastupidavuse määravad 1) konstruktsiooni tugevus, 2) kulumiskindlus ja 3)korrosioonikindlus sobiv materjal sobivates töötingimustes. Just need omadused määravad materjali valiku enamikus praktilistes rakendustes.

3.1. MÕRNETUSVASTUS (MURDUSIJEDUS)

Metallid sisaldavad alati pingekontsentraatoreid. Need on struktuursed ebahomogeensused (lisandid, tugevdusfaasid), defektid (sise- ja pinnapraod), toote konstruktsioonilised omadused (lõiked, järsud ristlõike muutused). Murdemehhanismid on seotud mikroplastiliste deformatsioonidega, mis arenevad pingekontsentraatorite läheduses ja põhjustavad aja jooksul pragude teket.

Pragude levimise kiiruse alusel eristatakse plastilist ja rabedat murdumist. Hapra murdumise ajal saavutab see kiiruse 1000 m/s, plastilise purunemise ajal aga sadu kordi vähem. Plastne purunemine nõuab oluliselt rohkem energiat, kuna deformatsioonipiirkond katab metallist ala, mis asub praost kaugel. Hapra murdumise korral paikneb deformatsioon prao tipu kitsas piirkonnas, mistõttu kulub selle edasiliikumiseks palju vähem energiat.

Kuni pragu areneb aeglaselt, jääb toode funktsionaalseks. Kuid pärast seda, kui pragu saavutab teatud kriitilise väärtuse, toimub selle edasine levimine väga kiiresti ja konstruktsiooni katastroofiline hävimine. Mida aeglasemalt pragu areneb, seda suurem on konstruktsiooni tugevus. Konstruktsiooni tugevuse iseloomustamiseks kasutatakse mitmeid väärtusi (GOST 25.506-85).

Materjali konstruktsioonitugevuse kõige olulisem parameeter on kriitiline pinge intensiivsuse tegur pragude tipus K 1C (ehk murdumistugevus). See võtab arvesse pragu pikkust ja selle väljatöötamise protsessi. Selle tundmine võimaldab arvutada maksimaalse lubatud koormuse konstruktsioonis, mille pragu on selliste mõõtmetega, et selle kiire areng kuni täieliku hävimiseni pole veel alanud. Konstruktsiooniterastes, alumiiniumi- ja titaanisulamites varieerub K 1C laialdaselt – 15 kuni 200 MPa*m. Mida kõrgem on selle väärtus, seda suurem on materjali struktuurne tugevus.

PMurdetugevuse K1C ja üheteljeliste tõmbeparameetrite (? 0,2, ? in, ?, ?) vahel puudub tugev seos. Samal ajal sõltub see oluliselt struktuurilistest omadustest ja lisandite olemasolust.

Seda saab illustreerida B95 perekonna alumiiniumsulamite näitega. Sarnaselt teiste kuumtugevdavate sulamitega sõltub nende struktuur karastus- ja vananemisrežiimist. On palju näiteid, kus eelistatakse metalli olen vähema jõuga, kuid suurema tähendusega K 1C.

3.2. VÄSIMUSE TUGEVUS

Metallide praod tekivad ja arenevad mitte ainult staatiliste koormuste, vaid ka tsükliliste pingete mõjul. Väsimuspragu tekib pinnakihtidest (see on selle eripära) ja areneb iga tsükliga aeglaselt sügavamaks. Rike tekib siis, kui ristlõike vähenemise tõttu ületavad efektiivsed pinged hävitavaid.

Kahjustuste kuhjumine tähendab, et mida rohkem laadimistsükleid, seda väiksem peab olema koormus, et metall "töötaks" ilma kokku kukkumata. Metalli kahjustuste järkjärgulise kuhjumise protsessi nimetatakseväsinud .

Väsimusele vastupanuvõimet nimetataksevastupidavus . Selle kõige olulisem omadus on vastupidavuse piir. See näitab suurimat tsükli pinget, mille korral väsimustõrge pärast teatud arvu tsükleid ei esine. Sagedamini kasutavad nad sümmeetrilisi vahelduvaid tsükleid (võrdse amplituudiga surve- ja tõmbepinged mõjuvad sellistel juhtudel vastupidavuspiirile); - 1 .

Väsimustugevuse testid on reguleeritud standarditega GOST 25.502.79 ja GOST 25.505-85

Teine kõige olulisem vastupidavusnäitaja on väsinud eluiga. See määrab tsüklite arvu, mida metall teatud pinge korral talub. Samuti määratakse kindlaks rikke tõenäosus antud koormustasemel ja teatud arvu tsüklite korral (või lubatud pinge antud rikketõenäosuse korral). Väsimuskindluse oluline tunnus on väsimuspragude kasvukiirus (CFG) dl/dN ja tsükliline sitkus (tsükliline pragunemiskindlus) K c 1s. Nende määramisel fikseeritakse pragu pikkus tsüklite arvu suurenedes ja laadimine toimub sagedustel 15-20 Hz.

Metalli võime töötada tsükliliste koormuste korral sõltub oluliselt koormustingimustest.

A). Suhteliselt väikeste pingete korral (mis vastavad elastsetele deformatsioonidele) on väsimuse kestus pikk – metall säilitab oma terviklikkuse suure hulga tsüklite jooksul. Mitmetsüklilised omadused määratakse 10 6–10 8 tsükliga sagedustel 10–300 Hz.

B). Märkimisväärsete koormuste korral (elasts-plastiliste deformatsioonide piirkonnas) on väsimuse kestus palju väiksem. Madala tsükli väsimuse parameetrid määratakse katsebaasi abil kuni 5 * 10 4 sagedustel 3–5 Hz.

IN). Pideva pinge all (või tsükliliste koormuste taustal) toimuvate tsükliliste temperatuurimuutustega kaasnevad elasts-plastilised deformatsioonid. See viibtermiline väsimus . Materjali võimet taluda hävimist termilise väsimuse tingimustes nimetatakse soojustakistuseks. Soojustakistuse indikaator on soojustsüklite arv antud koormusel enne riket (GOST 25.502.79).

Väsimusnäitajate saamine on väga kulukas ja aeganõudev protsess. Seetõttu määratakse see väsimuspiiri ligikaudseks määramiseks sageli näiteks muude teadaolevate omaduste kaudu? -1 = k? V. Koefitsiendil k on erinevad väärtused mitte ainult erinevate sulamite, vaid ka sama metalli erinevate olekute jaoks. Näiteks lõõmutatud alumiiniumsulamite puhul, mis ei ole termiliselt karastatud, k = 0,4-0,6 ja termiliselt tugevdatud alumiiniumisulamite puhul k = 0,3.

Vastupidavusomadused sõltuvad tugevuse, plastiliste omaduste ja konstruktsiooniomaduste kombinatsioonist. Kõigi metallide ja sulamite vastupidavust mõjutavad negatiivselt lisandid ja jämefaasilised lisandid, eriti mittemetallilised.

Kuna pinnal tekivad väsimuspraod, on pinna seisukord eriti oluline vastupidavuse suurendamiseks tsüklilise koormuse korral. Poleerimine, pinna kõvenemine ja korrosiooni puudumine suurendavad vastupidavuse piiri.

3.3. MÕJUPUUDETUS

Staatiliste katsete ajal on koormuse rakendamise kiirus 10 -5 – 10 -2 m/s. Nende tulemused ei peegelda materjali vastupidavust palju suurema kiirusega mõjuvatele koormustele. Seetõttu määratakse metalli vastupidavus purunemisele löögikoormuste korral dünaamilistes katsetes deformatsioonikiirustel 3–5 m/s.

Peamine löögikatsete käigus saadud omadus on löögitugevus (mõõtühik - J/cm 2 ). See määrab proovi hävitamiseks vajaliku energia. Seda mõõdetakse proovi löömisega eelnevalt tehtud lõikega (GOST 9454-78).

Löögienergia neeldub teatud mahus sälgu ümber. See maht sõltub nii metalli tugevusest kui ka elastsusest, see on erinevate metallide puhul erinev ja seda on raske hinnata. Seetõttu ei omistata purunemisenergiat mitte deformeerunud piirkonna mahule (mis oleks õige), vaid sälgu ristlõikepinnale (mis on mugav). Sel põhjusel on löögitugevuse väärtus tingimuslik, mida tuleb erinevate metallide või erinevate temperatuuride näitajate võrdlemisel arvesse võtta

Sõltuvalt lõike tüübist (rummu) määratakse kolme tüüpi löögitugevus. Selle tähis sisaldab tähte, mis näitab kontsentraatori tüüpi: KST, KSU, KSV (viimane täht vastab lõike profiilile). KSV väärtust kasutatakse materjalide juhtimiseks kriitiliste rakenduste jaoks ja KST kasutatakse eriti kriitiliste rakenduste jaoks. T-kontsentraator on sisselõige, millel on eelnevalt sissetoodud pragu, seega kulub löögienergia sel juhul ainult prao väljakujundamiseks (mitte selle tekkeks ja arendamiseks), mistõttu KST< КСU, КСV. В справочниках часто встречается обозначение ударной вязкости? н, соответствующе КСU.

Dünaamilise viskoossuse määramisel kõrgel või madalal temperatuuril lisatakse täiendavalt katsetemperatuuri tähistus, näiteks KCU -60. Selliste mõõtmiste põhjal ja proovi purunemise tüübist lähtudes määratakse veel üks metalli tunnusjoon - rabeda-plastilise ülemineku temperatuur T chr. See on temperatuur, mille juures rikkerežiim muutub plastilisest rabedaks.

3.4. ROBIMIS- JA PIKAAJALISED TUGUSE PIIRID

Metallide voolavuspiirist madalamate pingete korral täheldatakse roomamise nähtust. Rooma on pidev deformatsioon pideva pinge all. Madalatel koormustel ja madalatel temperatuuridel on see pöörduv.

Roomamine muutub probleemiks kõrgendatud temperatuuridel (umbes 0,4-0,6 Tm) ja koormustel, mis ületavad teatud väärtust (kuid alla voolavuspiiri). Roomamise deformatsiooniga kaasnevad muutused struktuuris ja vastavalt ka mehaanilistes omadustes. Erinevalt plastilisest deformatsioonist, mis tugevdab metalli, põhjustab roomav deformatsioon selle pehmenemist. Lisaks pidevalt suurenevale deformatsioonile ja suurenevale roomekiirusele hakkavad metallis tekkima praod ja aja jooksul toimub selle hävimine.

Kuumakindluse mõiste on seotud roomamise nähtusega. See on võime töötada koormuse all vastuvõetavate deformatsioonidega ja ilma kahjustusteta kõrgendatud temperatuuridel.

Kuumakindluse kvantitatiivne tunnus on roomepiir (GOST 3248-60) ja pikaajaline tugevuspiir (GOST 10145-81).

Roomamispiiri kasutatakse kahel viisil. Esimeses on see tõmbepinge, mille korral deformatsioon saavutab teatud aja jooksul etteantud väärtuse. Piirmäära tähistuses näitab ülemine indeks seatud temperatuuri, alumine indeks (läbi murdosa) näitab lubatud pikenemist% ja aega, mille jooksul see näiteks saavutatakse? 900 1/1000.

Teises teostuses näitab alaindeks püsiseisundi roomamise lubatud kiirust.

Pikaajaline tugevuspiir on tingimuslik maksimaalne pinge, mille mõjul teatud temperatuuril materjal teatud aja möödudes hävib. Nimetus sisaldab kahte indeksit: ülemine näitab kindlaksmääratud temperatuuri, alumine näitab määratud vastupidavust (tundides), näiteks? 900 1000 . See omadus määrab materjali võime taluda hävimist pikaajalisel temperatuuril ja koormusel.

Roomamistugevus ja pikaajaline tugevus vähenevad temperatuuri ja hoidmisaja suurenedes. Neid tuleks pidada tööpinge piirideks kõrgetel temperatuuridel.

Kuumakindlust aetakse sageli segi kuumakindlusega – võime taluda kõrgeid temperatuure ilma katlakivi tekketa. Kuumakindlust võib käsitleda kui vastupidavust kõrgete temperatuuride põhjustatud korrosioonile. Selle omadused ja määramismeetodid on toodud standardites GOST 21910-76 ja GOST 6130-71.

KOKKUVÕTE

Ülaltoodud materjalist peaks olema selge, et mis tahes materjali iseloomustab nii suur hulk parameetreid, et on võimatu teha mitme väärtuse põhjal järeldusi metalli kogu omaduste ja selle kasutamise võimaluse kohta teatud juhtudel. tingimused.

Omaduste kohta vajaliku teabe täielikkuse saamiseks on vaja kasutada pigem viitekirjandust kui GOST-i standardeid, mis sisaldavad mitut kergesti mõõdetavat suurust.

Hooke'i seadus

Teatavasti on erinevatel metallidel ja sulamitel erinevad mehaanilised ja tehnoloogilised omadused, mis määravad nii masinaosade kvaliteedi kui ka metalli töödeldavuse. Need metalli omadused ilmnevad sobivate pinge-, surve-, painde-, kõvaduse jne katsetega.

Tõmbekatse. Metalli tõmbetugevuse määramiseks valmistatakse näidis 1 ja paigaldatakse see tõmbekatse masina klambritesse (või haaratsitesse) 2. Nendel eesmärkidel kasutatakse kõige sagedamini hüdraulilise jõuülekandesüsteemi või kruvisüsteemiga masinaid.

Tõmbejõud F (joonis 51) tekitab katseproovis pinget ja põhjustab selle pikenemist. Kui pinge ületab proovi tugevuse, puruneb see.

Riis. 51

Testi tulemused esitatakse tavaliselt graafiku kujul. Koormus F on kantud piki abstsisstellge, absoluutne pikenemine l on kujutatud piki ordinaattelge.

Diagramm näitab, et alguses pikeneb proov proportsionaalselt koormusega. Sirge lõik OA vastab pöörduvatele elastsetele deformatsioonidele. Mahalaadimise ajal võtab proov oma esialgsed mõõtmed (seda protsessi kirjeldab sama sirge kõvera lõik). Vahelduvvoolu kõverjooneline osa vastab pöördumatutele plastilistele deformatsioonidele. Mahalaadimisel (katkendjoon SV) ei naase näidis esialgsetele mõõtmetele ja säilitab mõningase jääkdeformatsiooni.

Punktist C proov pikeneb ilma koormust suurendamata. CM-diagrammi horisontaalset lõiku nimetatakse saagipiirkonnaks. Pinge, mille juures deformatsioon suureneb ilma koormust suurendamata, nimetatakse voolavuspiiriks.

Nagu uuringud näitavad, kaasnevad voolavusega kristallide olulised vastastikused nihked, mille tulemusena tekivad proovi pinnale jooned, mis on proovi telje suhtes 45° nurga all. Olles läbinud voolavusseisundi, omandab materjal taas venitamisvõime (tugevdub) ja punktist M olev diagramm tõuseb ülespoole, kuigi palju õõnsamalt kui varem. Punktis D saavutab proovi pinge oma suurima väärtuse ja proovile tekib terav lokaalne ahenemine, nn kael. Kaela ristlõike pindala väheneb kiiresti ja selle tulemusena proov rebeneb, mis vastab punkti K positsioonile diagrammil. Proovi tõmbetugevus määratakse valemiga umbes fc = F D /. S, kus: S fc - tõmbetugevus;

F D on koormus, mille juures teatud aja möödudes tekib tõmbekeha tõrge, N (kgf); S on proovi ristlõike pindala selle algses asendis, m 2 (mm 2).

Tavaliselt määratakse erinevate metallide ja sulamite pingetestimisel suhteline pikenemine e - proovi purunemiseelse pikkuse suurenemise ja proovi esialgse pikkuse suhe. Kas see määratakse valemiga? = ?l/l 0–100,

Kus:? - suhteline laiend;

L = l 1 - I 0 - absoluutne pikenemine; l 0 - proovi esialgne pikkus; l 1 - proovi pikkus pärast testimist. Eksperimentaalselt tehti kindlaks, et materjali pinge elastse deformatsiooni ajal suureneb võrdeliselt proovi suhtelise pikenemisega. Seda sõltuvust nimetatakse Hucki seaduseks.

Ühepoolse (pikisuunalise) venituse korral on Hooke'i seadus kujul o = E-?,

kus: o = F/s - normaalpinge; F - tõmbejõud; s - ristlõike pindala;

Suhteline laiend;

E on konstantne väärtus, mis sõltub varda materjalist.

Märge. SI-süsteemis on pinge mõõtühik Pascal - pinge, mis on põhjustatud 1 njuutoni (N) suurusest jõust, mis on ühtlaselt jaotatud selle suhtes normaalsele pinnale, mille pindala on 1 m 2.

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.

Kuna pinge ühik pascal on väga väike, on vaja kasutada suuremat ühikut - megapaskal 1 MP a = 10 6 Pa.

Gosstandart võimaldab kasutada ühikut njuutonit ruutmillimeetri kohta (N/mm 2). N/mm 2 ja MPa väljendatud pingete arvväärtused on samad. Ühik N/mm 2 on mugav ka seetõttu, et joonistel on mõõdud antud millimeetrites.

Proportsionaalsuskoefitsienti E nimetatakse tõmbeelastsusmooduliks või Youngi mooduliks. Mis on elastsusmooduli füüsikaline tähendus? Pöördume pingeskeemi näidisele (vt joonis 51, II). Sellel olev elastsusmoodul on võrdeline abstsisstelje kaldenurga a puutujaga. See tähendab, et mida järsem on sirgjoon OA, seda jäigem on materjal ja seda suurem on selle vastupidavus elastsele deformatsioonile.

Metalli iseloomustamiseks on oluline teada mitte ainult suhtelist pikenemist, vaid ka ristlõikepinna suhtelist kokkutõmbumist, mis võimaldab iseloomustada ka materjali plastilisust.

Loomulikult väheneb proovi venitamisel ristlõikepindala. See on murdepunktis väikseim. Suhteline kitsenemine määratakse valemiga? = (S 0 - S 1) / S 0 100%,

Kus:? - suhteline ahenemine;

S 0 - proovi ristlõikepindala enne testimist; S 1 on proovi ristlõikepindala rebenemiskohas (kaelas).

Mida suurem on proovi ristlõike suhteline pikenemine ja suhteline kokkutõmbumine, seda plastilisem on materjal.

Lisaks kolmele kaalutud metallide mehaaniliste omaduste tunnusele: tõmbetugevus (o pch), suhteline pikenemine (e) ja suhteline kokkutõmbumine (?) on võimalik masinale salvestatud diagrammi abil määrata elastsuspiir. (o y) ja voolavuspiir (o m),

Kompressiooni test. Metallide kokkusurumise testimiseks (joonis 53) kasutatakse kõige sagedamini presse, milles survejõud tekib hüdraulilise rõhu suurendamise teel. Plastmaterjalist, näiteks madala süsinikusisaldusega terasest valmistatud proovi kokkusurumisel (joonis 53, I) suurenevad selle põikimõõtmed, samas kui selle pikkus väheneb oluliselt. Sel juhul ei rikuta proovi terviklikkust (joonis 54). Survediagrammilt (joon. 53, II) on selgelt näha, et koormuse algstaadiumis suureneb deformatsioon proportsionaalselt koormusega, seejärel suureneb deformatsioon järsult koormuse vähesel suurenemisel, seejärel deformatsiooni suurenemine aeglustub järk-järgult. alla proovi ristlõike suurenemise tõttu.

Riis. 52

Riis. 53

Hapratest materjalidest valmistatud proovid hävitatakse kokkusurumisel (joon. 54, III). Näiteks kui malmvarras jõuab murdekoormuseni, laguneb see osadeks, mis liiguvad üksteise suhtes mööda kaldus platvorme (joon. 53, III).

Riis. 54

Kokkusurumisel kehtib täielikult Hooke'i seadus, mille kohaselt peavad materjalid kokkusurumisele vastu proportsionaalselt rakendatava jõuga kuni elastsuse piirini. Enamiku materjalide surveelastsusmoodul on võrdne tõmbeelastsusmooduliga. Erandiks on vaid mõned rabedad materjalid – betoon, tellis jne. Survepinge olemuse analoogia tõmbepingega võimaldab neid protsesse kirjeldada samade matemaatiliste võrrandite abil.

Painde test. Painde katsetamisel asetatakse näidis (tala) otstega kahele toele ja koormatakse keskelt (joon. 55). Materjali paindekindlust hinnatakse proovi läbipainde suuruse järgi.

Riis. 55

Kujutagem nüüd ette kujuteldavaid pikisuunalisi kiude puidus. Paindedeformatsiooni käigus surutakse ühe tsooni kiud kokku, teise aga venitatakse (joon. 55, II).

Surve- ja pingetsoonide vahel on neutraalne kiht, mille kiud ei deformeeru, st nende pikkus ei muutu. Jooniselt fig. 55 on näha, et mida kaugemale kiud neutraalkihist paiknevad, seda suuremat deformatsiooni nad kogevad. Seega võime järeldada, et sisejõudude mõjul tala ristlõigetes painutades tekivad normaalsed surve- ja tõmbepinged, mille suurus sõltub kõnealuste punktide asukohast lõikes. Suurimad pinged on tavaliselt tähistatud: survetsoonis - ? max, venitusvööndis - ? m ah. Nullteljel asuvates punktides on pinged null. Erineva kõrgusega ristlõike punktides tekkivad normaalpinged suurenevad võrdeliselt neutraalkihi kaugusega ja neid saab arvutada valemiga? = (E z) / p,

Kus:? - normaalne stress;

z on kaugus huvipakkuvast kiust neutraalse kihini; E - elastsusmoodul; p on neutraalse kihi kõverusraadius.

Nihkekatse. Nihkekatsetamisel (joonis 56) sisestatakse kahvlist 1 ja kettast 2 koosneva seadme avasse silindrikujuline metallist näidis 3. Masin tõmbab ketta kahvlist välja, nagu mille tulemusena proovi keskosa liigub selle välimiste osade suhtes. Tööpiirkond S (lõigatud ala) on võrdne proovi kahekordse ristlõikepinnaga, kuna lõikamine toimub samaaegselt mööda kahte tasapinda.

Riis. 56

Lõikamisel nihkuvad kõik mõjuvate jõudude tasanditega piiratud deformeeritavate sektsioonide punktid võrdse vahemaa võrra, see tähendab, et nendes punktides olev materjal kogeb sama deformatsiooni. See tähendab, et lõigu kõikides punktides on võrdsed efektiivsed pinged.

Pinge suurus määratakse sisemiste (risti)jõudude resultant F jagamisel varda S ristlõike pindalaga. Kuna pingevektor asub lõiketasandil, tekib selles tangentsiaalne pinge, määratakse valemiga r cf = F/2S, kus: r cf - pingeväärtus lõigatud;

F - resultantjõud;

S on proovi ristlõikepindala. Nihke on hävimine, mis tuleneb materjali ühe osa nihkest teise suhtes, mis tekib tangentsiaalsete pingete mõjul. Nihkedeformatsiooni puhul kehtib Hooke'i seadus: elastses tsoonis on pinged otseselt võrdelised suhteliste deformatsioonidega. Proportsionaalsuskoefitsient on nihkeelastsusmooduli G suurus. Suhteline nihe (nihkenurk) on tähistatud y-ga. Seega on Hooke'i nihkedeformatsiooni seadus kujul t = Gg, kus: r = F/S - nihkepinge; F - tangentsiaalne jõud; S on nihkuvate kihtide pindala; y - nihkenurk;

G on nihkemoodul, olenevalt keha materjalist.

Väändekatse. Proovide väändumise kontrollimisel kinnitatakse toru 2 üks ots liikumatult 1, teine ​​pööratakse hoova 3 abil (joonis 57). Torsiooni iseloomustab varda, võlli, toru ristlõigete vastastikune pöörlemine nendes sektsioonides mõjuvate momentide (jõupaaride) mõjul. Kui enne väändejõudude rakendamist kantakse varda pinnale sirgjoonelised generatriksid (joonis 57, I), siis pärast keerdumist on need generaatorid spiraalsete joonte kujul ja iga ristlõige külgneva suhtes pöörleb teatud nurga all. (vt joonis 57, II). See tähendab, et igas sektsioonis toimub nihkedeformatsioon ja tekivad nihkepinged. Kas materjali nihke astme väände ajal määravad pöördenurgad? ja nihutage y. Väände absoluutväärtuse määrab vaadeldava lõigu pöördenurk fikseeritud sektsiooni suhtes. Suurim pöördenurk saavutatakse varda fikseeritud otsast suurimal kaugusel.

Riis. 57

Pöördenurga suhe? väändele allutatud lõigu pikkusele I nimetatakse suhtelist väändenurka Q = ? /Z

kus: Q - suhteline pöördenurk;

Pöördenurk;

Kõvaduse test. Materjalide kõvaduse määramisel tehase- ja laboripraktikas kasutatakse kahte meetodit: Brinelli meetodit ja Rockwelli meetodit.

Brinelli meetod. See meetod põhineb asjaolul, et metallide kõvaduse mõõtmisel on teraskuul 1 läbimõõduga 2,5; 5 või 10 mm surutakse uuritava proovi 2 pinnale antud koormusel 3 vahemikus 625 N kuni 30 kN (62,5 kuni 3000 kgf). Peale koormuse eemaldamist mõõdetakse proovi pinnale jääva jäljendi läbimõõt d (joon. 58), mis on seda väiksem, mida kõvem metall.

Riis. 58

Märge. Teraskuul peab olema valmistatud kuumtöödeldud terasest kõvadusega vähemalt HB850. Pinna karedus Rz ei ole väiksem kui parameeter 0,100 vastavalt standardile GOST 2789-73. Palli pinnal ei tohiks olla defekte, mis on 5x suurendusel luubiga nähtavad.

Brinelli kõvaduse arv arvutatakse valemi abil

D - kuuli läbimõõt, mm;

d - jäljendi läbimõõt, mm.

Spetsiaalne tabel (GOST 9012-59) võimaldab määrata kõige tavalisemate metallide kõvadust.

Tuleb märkida, et terase HB Brinelli kõvaduse ja selle tõmbetugevuse o fp vahel on seos tavaliste süsiniktüüpide puhul, mida väljendatakse valemiga o f f = 0,36 nb.

Seega, teades terase Brinelli kõvadust, on võimalik arvutada tõmbetugevus.

Sellel valemil on suur praktiline tähtsus. Brinelli meetod määrab tavaliselt karastamata terase, malmi ja värviliste metallide kõvaduse. Karastatud teraste kõvadust mõõdetakse Rockwelli aparaadiga.

Rockwelli meetod. Metallide kõvaduse mõõtmisel selle meetodi abil surutakse kahe järjestikuse koormuse mõjul uuritavasse proovi standardtüüpi otsik (kõvade metallide jaoks teemantkoonus või pehmemate metallide jaoks teraskuul): eelnev (F 0) 100 N (10 kgf) ja viimane (F 1) 1000 N (100 kgf) - palli jaoks ja 1500 N (150 kgf) - teemantkoonuse jaoks.

Eelkoormuse toimel tungib koonus metalli sügavusele h 0 (joon. 59,I); esialgsele põhikoormusele lisamisel suureneb jäljendi sügavus h-ni (joon. 59, II) ja pärast põhikoormuse eemaldamist jääb võrdne h 1-ga (joon. 59, III).

Riis. 59

Peakoormuse F 1 toimel saadud süvendussügavus h = h 1 - h 0 iseloomustab Rockwelli kõvadust. Rockwelli meetodil testid tehakse spetsiaalsete seadmetega, mis on varustatud indikaatoriga, mis näitab kõvaduse numbrit kohe pärast testi lõppu.

Näidikul on kaks skaalat: must (C) teemantkoonusega testimiseks ja punane (B) palliga testimiseks.

Rockwelli kõvadust mõõdetakse suvalistes ühikutes.

Rockwelli kõvaduse tähise näide: HRC50 (C-skaalal kõvadus 50).

Kõvaduse määramine kalibreeritud viilidega. HRC kõvadust saab määrata erinevate lõikekõvadustega kuumtöödeldud viilide seeria abil. Tavaliselt jääb sälkude intervall vahemikku 3 kuni 5 HRC ühikut. Failide kalibreerimine toimub standardsete plaatide abil, mille kõvadus on seadmes eelnevalt täpselt kindlaks määratud.

Katseosa kõvaduse määravad kaks minimaalse kõvaduse intervalliga viili, millest üks saab ainult mööda detaili libiseda ja teine ​​võib seda kergelt kriimustada. Kui HRC62-ga viil kriibib metalli ja HRC59-ga libiseb ainult üle detaili pinna, siis on kõvadus HRC60-61.

Praktikas kasutatakse seda meetodit tööriistade (hõõritsad, lõikurid jne) kõvaduse määramiseks, mille kõvadust võib muul viisil raske mõõta.

Kõvaduse määramiseks on ka teisi meetodeid (Vickersi meetod, elektromagnetilised meetodid jne), mida selles raamatus ei käsitleta.

Materjali valiku kriteeriumid

Omadused on materjali kvantitatiivne või kvalitatiivne omadus, mis määrab selle sarnasuse või erinevuse teiste materjalidega.
Materjali valiku aluseks on kolm peamist omaduste rühma: kasutusomadused, tehnoloogiline ja maksumus, mis määravad selle kasutamise tehnilise ja majandusliku otstarbekuse. Toimivusomadused on ülimalt olulised.
Töökorras nimetage materjali omadusi, mis määravad masinaosade, seadmete ja tööriistade jõudluse, nende võimsuse, kiiruse, maksumuse ja muud tehnilised ja töönäitajad.
Enamiku masinaosade ja toodete töövõime tagab mehaaniliste omaduste tase, mis iseloomustab materjali käitumist väliskoormuse mõjul. Kuna masinaosade laadimistingimused on erinevad, hõlmavad mehaanilised omadused suurt rühma indikaatoreid.
Sõltuvalt aja jooksul toimuvatest muutustest jagatakse koormused staatiliseks ja dünaamiliseks. Staatilist koormust iseloomustab selle suuruse väike muutumise kiirus ja dünaamilised koormused muutuvad aja jooksul suure kiirusega, näiteks löökkoormuse ajal. Lisaks jagunevad koormused tõmbe-, surve-, painde-, väände- ja nihkekoormuseks. Koormuse muutused võivad perioodiliselt korduda, mistõttu neid nimetatakse korduvateks või tsüklilisteks. Masina töötingimustes võib loetletud koormuste mõju avalduda erinevates kombinatsioonides.
Väliskoormuste, aga ka konstruktsioonifaasiliste transformatsioonide mõjul tekivad konstruktsioonide materjalis sisemised jõud, mida saab väljendada väliste koormuste kaudu. Nimetatakse sisejõude keha ristlõike pindalaühiku kohta rõhutab. Pinge mõiste kasutuselevõtt võimaldab teostada konstruktsioonide ja nende elementide tugevusarvutusi.
Silindrilise varda aksiaalpinge kõige lihtsamal juhul pinge σ on defineeritud kui tõmbejõu P suhe esialgsesse ristlõikepindalasse Fo, s.o.

σ = P/Fo

Väliste jõudude toime toob kaasa keha deformatsiooni, s.o. selle suuruse ja kuju muutmiseks. Deformatsiooni, mis kaob pärast mahalaadimist, nimetatakse elastseks ja deformatsiooni, mis jääb kehasse, nimetatakse plastiliseks (jääk).
Eraldi masinaosade rühma jõudlus ei sõltu ainult mehaanilistest omadustest, vaid ka vastupidavusest keemiliselt aktiivse töökeskkonna mõjudele, kui selline mõju muutub oluliseks, siis materjali füüsikalised ja keemilised omadused - kuumakindlus ja korrosioonikindlus – saada määravaks.
Kuumakindlus iseloomustab materjali võimet taluda keemilist korrosiooni kõrgetel temperatuuridel kuivade gaaside atmosfääris. Metallides kaasneb kuumutamisega pinnale oksiidikihi (katlakivi) moodustumine.
Korrosioonikindlus– see on metalli võime seista vastu elektrokeemilisele korrosioonile, mis areneb metalli pinnal vedela keskkonna ja selle elektrokeemilise heterogeensuse juuresolekul.
Mõnede masinaosade puhul on olulised füüsikalised omadused, mis iseloomustavad materjalide käitumist magnet-, elektri- ja soojusväljas, samuti suurte energiavoogude või kiirguse mõjul. Tavaliselt jagatakse need magnetiliseks, elektriliseks, termofüüsikaliseks ja kiirguseks.
Materjali võime allutada erinevatele kuum- ja külmtöötlusmeetoditele määratakse kindlaks tehnoloogilised omadused. Nende hulka kuuluvad valuomadused, deformeeritavus, keevitatavus ja töödeldavus lõikeriistadega. Tehnoloogilised omadused võimaldavad teostada vormimuutustöötlust ning saada toorikuid ja masinaosi.
Viimane põhiomaduste rühm sisaldab materjali maksumust, mis hindab selle kasutamise tasuvust. Selle kvantitatiivne näitaja on hulgimüügihind - valuplokkide, profiilide, pulbri, tükkide ja keevitatud toorikute kujul olevate materjalide maksumus massiühiku kohta, millega tootja müüb oma tooteid masinaehitus- ja instrumentide valmistamise ettevõtetele.

Staatiliste koormuste all määratud mehaanilised omadused

Mehaanilised omadused iseloomustavad materjali vastupidavust deformatsioonile, hävimisele või selle käitumise iseärasusi hävimisprotsessi ajal. Sellesse omaduste rühma kuuluvad tugevuse, jäikuse (elastsuse), elastsuse, kõvaduse ja viskoossuse näitajad. Selliste näitajate põhirühm koosneb mehaaniliste omaduste standardnäitajatest, mis määratakse laboritingimustes standardsuuruses proovidel. Selliste katsete käigus saadud mehaaniliste omaduste näitajad hindavad materjalide käitumist väliskoormusel, võtmata arvesse detaili konstruktsiooni ja töötingimusi.
Koormuste rakendamise meetodi järgi eristatakse staatilisi katseid: tõmbe-, surve-, painde-, väände-, nihke- või nihkekatsed. Levinumad on tõmbekatsed (GOST 1497-84), mis võimaldavad määrata mitmeid olulisi mehaaniliste omaduste näitajaid.

Tõmbekatse. Standardproovide venitamisel ristlõike pindalaga Fo ja töö (arvutusliku) pikkusega lo konstrueeritakse koordinaatides tõmbediagramm: koormus - proovi pikenemine (joon. 1). Diagrammil eristatakse kolme osa: elastne deformatsioon enne koormust Rupr.; ühtlane plastiline deformatsioon Ruprilt. kuni Pmax ja kontsentreeritud plastiline deformatsioon väärtusest Pmax kuni Pk. Sirget lõiku hoitakse kuni koormuseni, mis vastab proportsionaalsuse piirile Rpc. Sirge lõigu kaldenurga puutuja iseloomustab esimest tüüpi E elastsusmoodulit.

Riis. 1. Kõrgtugeva metalli tõmbediagramm (a) ja diagrammid
plastiliste (b) ja rabedate (c) metallide tingimuslikud pinged.
Võrdluseks on toodud tegelik pingediagramm (katkendjoon).

Plastiline deformatsioon üle P kontrolli. tekib kasvava koormuse korral, kuna metall tugevneb deformatsiooni ajal. Materjali kõvenemist deformatsiooni käigus nimetatakse külmkarastamiseks.

Metalli kõvenemine suureneb kuni proovi purunemiseni, kuigi tõmbekoormus väheneb P-st max kuni R k (joon. 1, a). See on seletatav lokaalse hõrenemiskaela ilmnemisega proovis, millesse on peamiselt koondunud plastiline deformatsioon. Vaatamata koormuse vähenemisele suureneb tõmbepinge kaelas kuni proovi ebaõnnestumiseni.
Venitamisel proov pikeneb ja selle ristlõige väheneb pidevalt. Tegelik pinge määratakse kindlaks, jagades teatud hetkel mõjuva koormuse pindalaga, mis proovil sellel hetkel on (joonis 1, b). Neid pingeid igapäevases praktikas ei määrata, kuid kasutatakse pingetingimusi, eeldades, et ristlõige F o näidis jääb muutumatuks.

Pinged σ juhtimine, σ t, σ v - standardsed tugevusomadused. Igaüks saadakse vastava koormuse P juhtseadme jagamisel. Rt ja R max esialgsele ristlõikepinnale F O .

Elastsuse piirangσ juhtimine nimetatakse pingeks, mille juures plastiline deformatsioon jõuab väärtuseni 0,005; 0,02 ja 0,05%. Vastavad elastsuse piirid on tähistatud tähisegaσ 0,005, σ 0,02, σ 0,05.

Tingimuslik voolavuspiir on pinge, mis vastab plastilisele deformatsioonile, mis on võrdne 0,2%; see on määratudσ 0,2 . Füüsiline voolavuspiirσ t pingediagrammilt määratud, kui sellel on voolavusplatoo. Tõmbekatsete ajal pole aga enamikul sulamitel diagrammidel saagikuse platood. Valitud plastne deformatsioon 0,2% iseloomustab üsna täpselt üleminekut elastsetelt deformatsioonidelt plastilistele deformatsioonidele.

Ajutine takistus iseloomustab materjali maksimaalset kandevõimet, selle tugevust enne hävitamist:

σ in = P max / F o

Plastilisust iseloomustab suhteline pikenemine δ ja suhteline kokkutõmbumine ψ:

kus lk on proovi lõplik pikkus; lо ja Fo on proovi algpikkus ja ristlõike pindala; Fк – ristlõike pindala rebenemiskohas.
Madala plastilisusega materjalide puhul põhjustavad tõmbekatsed (joonis 1c) olulisi raskusi. Selliste materjalidega tehakse tavaliselt painutuskatseid.

Painde test. Painutuskatse ajal tekivad proovis nii tõmbe- kui ka survepinged. Painutamiseks on testitud malm, tööriistateras, pinnakõvastusjärgne teras ja keraamika. Määratud omadused on tõmbetugevus ja läbipaine.

Paindetugevus arvutatakse järgmise valemi abil:

σ u = M / W,

kus M on suurim paindemoment; W – lõike takistusmoment, ümmarguse ristlõike kujutise puhul

W = πd 3/32

(kus d on proovi läbimõõt) ja ristkülikukujulise ristlõikega näidiste puhul W = bh 2 /6, kus b, h on proovi laius ja kõrgus).
Kõvaduse testid . Kõvaduse all mõistetakse materjali võimet seista vastu tahke keha – taande – tungimisele selle pinnale. Sisendina kasutatakse karastatud teraskuuli või koonuse või püramiidi kujul olevat teemantotsikut. Sissetõmbamisel kogevad materjali pinnakihid märkimisväärset plastilist deformatsiooni. Peale koorma eemaldamist jääb pinnale jäljend. Tekkiva plastilise deformatsiooni eripäraks on see, et tipu lähedale, igakülgselt ebaühtlase kokkusurumise lähedale, tekib keeruline pingeseisund. Sel põhjusel ei deformeeru mitte ainult plastik, vaid ka rabedad materjalid.
Seega iseloomustab kõvadus materjali vastupidavust plastilisele deformatsioonile. Sama takistust hinnatakse ajutise takistusega, mille määramisel tekib kaela piirkonnas kontsentreeritud deformatsioon. Seetõttu on mitme materjali kõvaduse ja tõmbetugevuse arvväärtused võrdelised. Praktikas kasutatakse laialdaselt nelja kõvaduse mõõtmise meetodit: Brinelli kõvadus, Vickersi kõvadus, Rockwelli kõvadus ja mikrokõvadus.
Brinelli kõvaduse (GOST 9012-59) määramisel surutakse proovi pinnale karastatud kuul läbimõõduga 10; 5 või 2,5 mm koormuse all 5000N kuni 30000N. Peale koormuse eemaldamist moodustub pinnale jäljend sfäärilise augu kujul läbimõõduga d.
Brinelli kõvaduse mõõtmisel kasutatakse eelnevalt koostatud tabeleid, mis näitavad kõvaduse numbrit HB Olenevalt süvendi läbimõõdust ja valitud koormusest, mida väiksem on süvendi läbimõõt, seda suurem on kõvadus.
Brinelli mõõtmismeetodit kasutatakse kõvadusega teraste puhul < 450 HB, kõvadusega värvilised metallid < 200 NV. Nende jaoks on kindlaks tehtud korrelatsioon tõmbetugevuse (MPa) ja kõvaduse numbri HB vahel:
σ sisse » 3,4 НВ – kuumvaltsitud süsinikterastele;
σ sisse » 4,5 НВ – vasesulamitele;
σ sisse » 3,5 HB – alumiiniumsulamitele.
Standardse Vickersi mõõtmismeetodiga (GOST 2999-75) pressitakse proovi pinnale tetraeedriline teemantpüramiid, mille tipunurk on 139°. Jälg saadakse ruudu kujul, mille diagonaal mõõdetakse pärast koormuse eemaldamist. Kõvadusarv HV määratakse spetsiaalsete tabelite abil, mis põhinevad taande diagonaali väärtusel valitud koormusel.

Vickersi meetodit kasutatakse peamiselt suure kõvadusega materjalide puhul, samuti väikeste sektsioonide või õhukeste pinnakihtide osade kõvaduse testimiseks. Reeglina kasutatakse väikseid koormusi: 10,30,50,100,200,500 N. Mida õhem on uuritava detaili või kihi ristlõige, seda väiksem koormus valitakse.
Kuni 450 HB kõvadusega materjalide Vickersi ja Brinelli kõvaduse numbrid on praktiliselt samad.
Rockwelli kõvaduse mõõtmine (GOST 9013-59) on kõige universaalsem ja kõige vähem töömahukas. Kõvadusarv sõltub otsa süvendamise sügavusest, mida kasutatakse teemantkoonusena tipunurgaga 120 0 või teraskuulina läbimõõduga 1,588 mm. Erinevate koormuste ja otsikute kombinatsioonide jaoks on Rockwelli seadmel kolm mõõteskaalat: A.B.C. Rockwelli kõvadus on tähistatud numbritega, mis näitavad kõvaduse taset, ja tähtedega HR, mis näitavad kõvaduse skaalat, näiteks: 70HRA, 58HRC, 50HRB. Rockwelli kõvaduse numbritel ei ole täpset seost Brinelli ja Vickersi kõvaduse numbritega.
Kaal A (ots - teemantkoonus, kogukoormus 600N). Seda skaalat kasutatakse eriti kõvade materjalide, õhukeste lehtmaterjalide või õhukeste (0,6-1,0 mm) kihtide jaoks. Kõvaduse mõõtmise piirid sellel skaalal on 70-85.
Kaal B (ots - teraskuul, kogukoormus 1000N). See skaala määrab suhteliselt pehmete materjalide kõvaduse (<400НВ). Пределы измерения твердости 25-100.

Kaal C (ots - teemantkoonus, kogukoormus 1500N). Seda skaalat kasutatakse kõvade materjalide (> 450HB), näiteks karastatud terase jaoks. Kõvaduse mõõtmise piirid sellel skaalal on 20-67. Mikrokõvaduse määramine (GOST 9450-76) viiakse läbi teemantpüramiidi pressimisega proovi pinnale väikeste koormustega (0,05-5N), millele järgneb süvendi diagonaali mõõtmine. See meetod hindab üksikute terade, konstruktsioonikomponentide, õhukeste kihtide või õhukeste osade kõvadust.

Dünaamilistel koormustel määratud mehaanilised omadused

Masinaosade töötamisel on võimalikud dünaamilised koormused, mille mõjul kipuvad paljud metallid rabedalt purunema. Hävimisohtu suurendavad lõiked – stressikontsentraatorid. Et hinnata metalli vastuvõtlikkust haprale murdumisele nende tegurite mõjul, viiakse pendli löökmehhanismidega läbi dünaamilised löögipainutuskatsed (joonis 2). Standardproov asetatakse kahele eosele ja keskele antakse löök, mis viib proovi hävimiseni. Töö määratakse pendelpiledri skaala abil TO, kulutatakse hävitamisele ja arvutatakse nende testide tulemusel saadud põhiomadus - löökpillid viskoossus:

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

Kus S 0 1, proovi ristlõikepindala sälgu asukohas.

Riis. 2. Pendelvaiatõukuri (a) ja löögikatse (b) skeem:
1 – näidis; 2 – pendel; 3 – skaala; 4 – skaala nool; 5-pidur.

Vastavalt standardile GOST 9454-78 testitakse kolme tüüpi näidiseid: U-kujuline (sälgu raadius r=1 mm); V-kujuline (r=0,25 mm) ja T-kujuline (sälgu põhjas tekkinud väsimuspragu. Vastavalt sellele tähistatakse löögitugevust: KCU, KCV, KCT. Kõigi mehaaniliste omaduste karakteristikute löögitugevus on temperatuuri suhtes kõige tundlikum Seetõttu kasutatakse läve määramiseks löögitugevuse katsetamist madalatel temperatuuridel külm rabedus– temperatuur või temperatuurivahemik, milles löögitugevus väheneb. Külm rabedus- metallmaterjali võime kaotada viskoossust ja muutuda hapraks temperatuuri langedes. Külm rabedus avaldub rauas, terases, metallides ja sulamites, millel on kehakeskne kuup (BCC) või kuusnurkne tihedalt pakitud (HC) võre. See puudub metallides, millel on näokeskne kuupvõre (fcc).

Muutuvate tsükliliste koormuste korral määratud mehaanilised omadused

Paljud masinaosad (võllid, ühendusvardad, hammasrattad) kogevad töö ajal korduvat tsüklilist koormust. Materjali kahjustuste järkjärgulise kuhjumise protsesse tsükliliste koormuste mõjul, mis viib selle omaduste muutumiseni, pragude tekkeni, nende tekkeni ja hävimiseni, nimetatakse. väsimus, ja võimet seista vastu väsimusele - vastupidavus(GOST 23207-78). Materjalide töövõimet tsüklilise koormuse tingimustes hinnatakse proovide väsimustesti tulemuste põhjal (GOST 25.502-79). Need viiakse läbi spetsiaalsetel masinatel, mis tekitavad proovides korduvat koormust (pinge - surve, painutamine, vääne). Proove testitakse järjestikku erinevatel pingetasemetel, määrates kindlaks tsüklite arvu kuni rikkeni. Katsetulemused on kujutatud väsimuskõvera kujul, mis on esitatud koordinaatidena: maksimaalne tsükli pinge σ max / või σ in ) – tsüklite arv. Väsimuskõverad võimaldavad teil määrata järgmised vastupidavuse kriteeriumid:

- tsükliline tugevus, mis iseloomustab materjali kandevõimet, s.o. suurim pinge, mida see teatud tööaja jooksul talub. tsükliline vastupidavus– tsüklite (või töötundide) arv, mida materjal talub enne teatud pikkusega väsimusprao tekkimist või enne väsimusmurdmist antud pinge juures.

Lisaks suure tsükli kestvuse kaalutud kriteeriumide määramisele tuleb mõnel erijuhul testida madala tsükli väsimus. Neid teostatakse kõrgel pingel (üle σ 0,2 ) ja madal laadimissagedus (tavaliselt mitte üle 6 Hz). Need testid simuleerivad selliste struktuuride (nt õhusõidukite) töötingimusi, mis kogevad harva, kuid märkimisväärset tsüklilist koormust.

Materjalide mehaanilised omadused

indikaatorite kogum, mis iseloomustab materjali vastupidavust sellele mõjuvale koormusele, selle deformeerumisvõimet sel juhul, samuti selle käitumise tunnuseid hävitamise ajal. Vastavalt sellele M. s. m mõõdetakse pingetega (tavaliselt in kgf/mm 2 või Mn/m2), deformatsioonid (%), spetsiifilised deformatsiooni- ja hävitamistööd (tavaliselt in kgf․m/cm2 või Mj/m 2), hävimisprotsessi arengu kiirus staatilise või korduva laadimise korral (kõige sagedamini in mm 1 jaoks sek või 1000 laadimiskordustsükli jaoks, mm/kcycle). Prl. m määratakse erineva kujuga proovide mehaaniliste katsete käigus.

Üldiselt võivad konstruktsioonides olevad materjalid olla allutatud väga erineva iseloomuga koormustele ( riis. 1 ): töötage venitamisega , kokkusurumine, painutamine, vääne, nihke jne või olla allutatud mitut tüüpi koormuse (nt pinge ja painutamine) koosmõjule. Materjalide töötingimusi varieeruvad ka temperatuur, keskkond, koormuse rakendamise kiirus ja selle muutumise seadus ajas. Selle kohaselt on M. s. m ja paljud mehaanilised katsemeetodid. Metallide ja tehniliste plastide puhul on kõige levinumad katsed tõmbetugevus, kõvadus ja löökpainutus; hapraid konstruktsioonimaterjale (näiteks keraamikat, metallkeraamikat) testitakse sageli surve- ja staatilise painutamise suhtes; Lisaks on oluline hinnata komposiitmaterjalide mehaanilisi omadusi nihkekatsete käigus.

Deformatsiooni diagramm. Proovile rakendatav koormus põhjustab selle deformatsiooni (vt deformatsioon). Koormuse ja deformatsiooni seost kirjeldab nn. deformatsioonidiagramm ( riis. 2 ). Esialgu proovi deformatsioon (koos pingega - pikkuse juurdekasv Δ l) on võrdeline suureneva koormusega R, siis punktis n seda proportsionaalsust rikutakse, kuid deformatsiooni suurendamiseks on vaja koormust veelgi suurendada R; kell Δ l > Δ l c deformatsioon areneb ilma välise jõu rakendamiseta, järk-järgult väheneva koormusega. Deformatsioonidiagrammi välimus ei muutu, kui pinget joonistada piki ordinaattelge

(F 0 Ja l 0- vastavalt valimi esialgne ristlõikepindala ja hinnanguline pikkus).

Materjalide vastupidavust mõõdetakse pingetega, mis iseloomustavad koormust proovi ristlõikepinna ühiku kohta

V kgf/mm 2. Pinge

mille puhul rikutakse koormusega võrdelist deformatsiooni kasvu, nimetatakse proportsionaalsuse piiriks. Koormuse all R P n proovi mahalaadimine viib selles rakendatud jõu mõjul tekkinud deformatsiooni kadumiseni; sellist deformatsiooni nimetatakse elastseks. Kerge ülekoormus võrreldes P n ei pruugi deformatsiooni olemust muuta – see säilitab siiski oma elastsuse. Materjali elastsuspiiri määrab suurim koormus, mida proov talub ilma mahalaadimisel plastilise jääkdeformatsiooni ilmnemiseta:

Elastsed omadused. Elastses piirkonnas on pinge ja deformatsioon seotud proportsionaalsuskoefitsiendiga. Venitamisel σ = Eδ, kus E- nn normaalelastsusmoodul, mis on arvuliselt võrdne kõvera sirge lõigu kaldenurga puutujaga σ = σ(δ) deformatsioonitelje suhtes ( riis. 2 ). Silindrilise või tasapinnalise proovi pingetestimisel vastab üheteljeline (σ 1 > 0; (σ 2 = σ 3 = 0)) pingeseisund kolmeteljelisele deformeerunud olekule (pikkuse suurenemine rakendatavate jõudude toimesuunas ja vähenemine lineaarsetes mõõtmetes kahes teises vastastikku risti olevas suunas): δ 1 > 0 δ 2 = δ 3;

põhiliste konstruktsioonimaterjalide elastsusvahemikus kõigub see üsna kitsastes piirides (terastel 0,27-0,3, alumiiniumisulamitel 0,3-0,33). Poissoni suhe on üks peamisi arvutusomadusi. Teades μ ja E, on võimalik arvutamise teel määrata nihkemoodul

Vastupidavus plastilisele deformatsioonile. Koormuste all R > R sisse Koos üha suureneva elastse deformatsiooniga tekib märgatav pöördumatu plastiline deformatsioon, mis mahalaadimisel ei kao. Pinge, mille juures suhteline jääkdeformatsioon (tõmbepikenemine) saavutab etteantud väärtuse (vastavalt GOST - 0,2%), nimetatakse tingimuslikuks voolavuspiiriks ja seda tähistatakse

Praktikas on tänapäevaste testimismeetodite täpsus selline, et σ p ja σ e määratakse vastavalt kindlaksmääratud tolerantsidega proportsionaalsuse seadusest kõrvalekaldumise korral [ctg(90 - α) suurenemine 25-50%] ja jääkdeformatsiooni suurus (0,003-0,05%) ning rääkida proportsionaalsuse ja elastsuse tingimuslikest piiridest. Konstruktsioonimetallide tõmbekõveral võib olla maksimum (punkt at riis. 2 ) või katkeda maksimaalse koormuse saavutamisel R sisse'. Suhtumine

iseloomustab materjali ajutist vastupidavust (tõmbetugevust). Kui vasakpoolsel kõveral asetsevate koormuste piirkonnas on tõmbekõveral maksimum V, proov deformeerub ühtlaselt kogu arvutatud pikkuse ulatuses l 0, läbimõõt järk-järgult väheneb, kuid säilitab esialgse silindrilise või prisma kuju. Plastilise deformatsiooni käigus metallid tugevnevad, mistõttu vaatamata proovi ristlõike vähenemisele nõuab edasine deformatsioon järjest suurema koormuse rakendamist. σ in, nagu ka tavapärane σ 0,2, σ n ja σ e, iseloomustab metallide vastupidavust plastilisele deformatsioonile. Deformatsioonidiagrammi parempoolses osas muutub tõmbeproovi kuju: algab kontsentreeritud deformatsiooniperiood, mis väljendub “kaela” väljanägemises. Kaela ristlõike vähenemine "ületab" metallide tugevnemist, mis põhjustab väliskoormuse languse piirkonnas. P sisse - P k.

Paljude konstruktsioonimaterjalide puhul on vastupidavus elasts-plastilise piirkonna plastilisele deformatsioonile pinge ja kokkusurumise ajal peaaegu sama. Mõned metallid ja sulamid (näiteks magneesiumsulamid, kõrgtugevad terased) iseloomustavad selle omaduse märgatavaid erinevusi pinge ja surve all. Vastupidavust plastilisele deformatsioonile hinnatakse eriti sageli (toote kvaliteedi jälgimisel, standardsete kuumtöötlemistingimuste jälgimisel ja muudel juhtudel) kõvadustestide tulemuste põhjal, vajutades kõvale otsale kuulikujulist (Brinelli või Rockwelli kõvadus), koonust. (Rockwelli kõvadus) või püramiid (Vickersi kõvadus). Kõvadustestid ei nõua detaili terviklikkuse rikkumist ja on seetõttu kõige levinum vahend mehaaniliste omaduste jälgimiseks. Brinelli kõvadus (HB) läbimõõduga kuuli taandamisel D koormuse all R iseloomustab keskmist survepinget, mis on tavapäraselt arvutatud läbimõõduga sfäärilise jäljendi pinnaühiku kohta d:

Plastsuse omadused. Konstruktsioonimaterjalide tõmbe elastsust hinnatakse venivuse järgi

(Kus h 0 Ja h k- näidise alg- ja lõppkõrgus), väände ajal - näidise tööosa maksimaalne pöördenurk Θ, rõõmus või suhteline nihe γ = Θ r(Kus r- proovi raadius). Deformatsioonidiagrammi lõplik ordinaat (punkt k peal riis. 2 ) iseloomustab metalli purunemiskindlust S k, mis on kindlaks määratud

(Fk– rebenemiskoha tegelik pindala).

Hävitamise tunnused. Hävitamine ei toimu koheselt (punktis k), kuid areneb aja jooksul ja hävitamise algus võib vastata mõnele saidi vahepealsele punktile VC, ja kogu protsess lõpeb, kui koormus langeb järk-järgult nullini. Punkti k asukoha deformatsioonidiagrammil määrab suuresti katsemasina jäikus ja mõõtesüsteemi inerts. See teeb suuruse S k suuresti tingimuslik.

Paljud konstruktsioonimetallid (terased, sealhulgas ülitugevad, kuumakindlad kroom-nikli sulamid, pehmed alumiiniumisulamid jne) purunevad pärast märkimisväärset plastilist deformatsiooni, millega kaasneb kaela moodustumine. Tihti (näiteks kõrgtugevates alumiiniumsulamites) paikneb murdepind tõmbejõu suuna suhtes ligikaudu 45° nurga all. Teatud tingimustel (näiteks külmahaprate teraste katsetamisel vedelas lämmastikus või vesinikus, kokkupuutel tõmbepingetega ja pingekorrosioonile kalduvate metallide söövitava keskkonnaga) toimub purunemine piki tõmbejõuga risti olevaid sektsioone (otsene purunemine), ilma makroplastilise deformatsioonita.

Konstruktsioonielementides realiseeritavate materjalide tugevus ei sõltu mitte ainult metalli enda mehaanilistest omadustest, vaid ka detaili kujust ja suurusest (nn kuju- ja mastaabiefektid), koormatud konstruktsiooni kogunenud elastsusenergiast, mõjuva koormuse iseloom (staatiline, dünaamiline, perioodiliselt muutuv suurus), välisjõudude rakendamise skeemid (üheteljeline, kaheteljeline venitus, katva painutusega jne), töötemperatuur, keskkond. Metallide tugevuse ja plastilisuse sõltuvust kujust iseloomustab nn. tundlikkus sälgu suhtes, mida tavaliselt hinnatakse sälkudega ja siledate proovide tõmbetugevuste suhtega

(silindriliste proovide jaoks tehakse lõige tavaliselt ümmarguse süvendi kujul, ribade jaoks - keskse augu või külgmiste väljalõigete kujul). Paljude konstruktsioonimaterjalide puhul on see suhe staatilise koormuse korral suurem kui ühtsus, mis on seotud olulise lokaalse plastilise deformatsiooniga sälgu tipus. Mida teravam on lõige, seda väiksem on lokaalne plastiline deformatsioon ja seda suurem on otsemurde osakaal ebaõnnestunud lõigul. Hästi arenenud otsemurru võib toatemperatuuril saada enamiku konstruktsioonimaterjalide puhul laboritingimustes, kui massiivse ristlõikega (mida paksem, seda plastilisem on materjal) proove venitatakse või painutatakse, tagades nendele proovidele spetsiaalne kitsas pilu, millel on kunstlikult loodud pragu ( riis. 3 ). Laia tasase proovi venitamisel on plastiline deformatsioon raske ja piirdub väikese suurusega 2 r y(peal riis. 3 , b varjutatud), vahetult prao tipu kõrval. Otsene murd on tavaliselt iseloomulik konstruktsioonielementide talitlushäiretele.

Sellised näitajad nagu tasapinnalise pinge kriitiline pinge intensiivsuse tegur, mille Ameerika teadlane J.R. Irwin pakkus välja rabedate luumurdude tingimuste konstantidena, on muutunud laialt levinud. K 1C ja murdumiskindlus

Sel juhul arvestatakse hävitamisprotsessi aja ja näitajatega K 1C(G 1C) viitavad kriitilisele momendile, mil lõhe jätkusuutlik areng on häiritud; pragu muutub ebastabiilseks ja levib spontaanselt, kui selle pikkuse suurendamiseks vajalik energia on väiksem kui elastse deformatsiooni energia, mis saabub prao otsa metalli külgnevatest elastselt pingestatud tsoonidest.

Proovi paksuse määramisel t ja pragude suurus 2 l tr järgmise nõude alusel

Stressi intensiivsuse tegur TO võtab arvesse mitte ainult koormuse väärtust, vaid ka liikuva prao pikkust:

(λ võtab arvesse prao ja proovi geomeetriat), väljendatuna kgf/mm 3/2 või Mn/m 3/2. Kõrval K 1C või G 1C saab hinnata konstruktsioonimaterjalide vastuvõtlikkust hapraks purunemiseks töötingimustes.

Metalli kvaliteedi hindamiseks on väga levinud paindelöögi katsed prismakujulistel proovidel, mille ühel küljel on sälk. Sel juhul hinnatakse löögitugevust (vt Löögitugevus) (in kgf․m/cm2 või Mj/m 2) - proovi deformatsiooni ja hävitamise töö, mis on tavapäraselt määratud sälgu asukoha ristlõikele. Laialt on levinud löökpainutuskatsed proovidel, mille sälgu põhjas on kunstlikult tekitatud väsimuspragu. Selliste proovide hävitamise töö ja see üks on üldiselt rahuldavalt kooskõlas selliste hävimisomadustega nagu K 1C, ja veelgi parem suhtumisega

Tugevuse sõltuvus ajast. Koormuse kestuse suurenedes väheneb vastupidavus plastilisele deformatsioonile ja purunemiskindlus. Metallides on see toatemperatuuril eriti märgatav söövitava (pingekorrosioon) või muu aktiivse (Rehbinderi efekt) keskkonnaga kokkupuutel. Kõrgetel temperatuuridel täheldatakse roomamise nähtust (vt Creep), st plastse deformatsiooni suurenemist aja jooksul pideva pinge korral ( riis. 4 , A). Metallide roomekindlust hinnatakse tingliku roomepiiriga - kõige sagedamini pinge, mille juures plastne deformatsioon ületab 100 h ulatub 0,2% -ni ja tähistatakse σ 0,2/100. Mida kõrgem on temperatuur t, mida rohkem väljendub roomamise nähtus ja seda enam väheneb metalli hävimiskindlus aja jooksul ( riis. 4 , b). Viimast omadust iseloomustab nn. pikaajalise tugevuse piir, st pinge, mis antud temperatuuril põhjustab materjali hävimise antud aja jooksul (näiteks σ t 100, σ t 1000 jne). Polümeersetes materjalides on tugevuse ja deformatsiooni sõltuvus temperatuurist ajast rohkem väljendunud kui metallidel. Plastide kuumutamisel täheldatakse väga elastset, pöörduvat deformatsiooni; alates teatud kõrgemast temperatuurist tekib pöördumatu deformatsioon, mis on seotud materjali üleminekuga viskoosse voolamise olekusse. Roomamist seostatakse ka materjalide teise olulise mehaanilise omadusega - kalduvus pingete lõdvenemisele, st pinge järkjärgulisele langusele tingimustes, kus üldine (elastne ja plastiline) deformatsioon säilitab konstantse kindlaksmääratud väärtuse (näiteks pingutatud poltide puhul). . Stressi lõdvestumise põhjuseks on plastilise komponendi osakaalu suurenemine kogudeformatsioonis ja selle elastse osa vähenemine.

Kui metallile rakendatakse koormust, mis muutub perioodiliselt vastavalt mõnele seadusele (näiteks sinusoidne), siis tsüklite arvu suurenemisega N koormus selle tugevus väheneb ( riis. 4 , c) - metall "väsib". Konstruktsiooniterase puhul täheldatakse sellist tugevuse langust kuni N= (2-5) ․10 6 tsüklit. Sellega kooskõlas räägitakse konstruktsiooniterase väsimuspiirist, mis tähendab tavaliselt pinge amplituudi

millest allpool teras ei purune korduva muutuva koormuse korral. Kell |σ min | = |σ max | väsimuspiiri tähistatakse sümboliga σ -1. Alumiiniumi-, titaani- ja magneesiumisulamite väsimuskõveratel ei ole tavaliselt horisontaalset lõiget, mistõttu nende sulamite väsimuskindlust iseloomustab nn. piiratud (vastab etteantud N) väsimuse piirid. Väsimuskindlus sõltub ka koormuse rakendamise sagedusest. Materjalide vastupidavus madala sagedusega ja kõrge korduva koormuse tingimustes (aeglane või madala tsükliga väsimus) ei ole selgelt seotud väsimuspiiridega. Erinevalt staatilisest koormusest ilmneb korduva muutuva koormuse korral alati tundlikkus sälgu suhtes, st sälgu olemasolul on väsimuspiir väiksem kui sileda proovi väsimuspiir. Mugavuse huvides väljendatakse tundlikkust väsimuse ajal sälgu suhtes suhtega

iseloomustab tsükli asümmeetriat). Väsimusprotsessis võib eristada väsimuse kahjustuse allika tekkele eelnevat perioodi ja sellele järgnevat, mõnikord üsna pikka, väsimusprao tekkeperioodi. Mida aeglasemalt pragu areneb, seda usaldusväärsemalt töötab konstruktsioonis olev materjal. Väsimuspragude levimiskiirus dl/dN seostatakse pinge intensiivsuse teguriga võimsusfunktsiooni kaudu:

Lit.: Davidenkov N.N., Metallide dünaamiline testimine, 2. väljaanne, L. - M., 1936; Ratner S.I., Rike korduvatel koormustel, M., 1959; Serensen S.V., Kogaev V.P., Shneiderovich R.M., Masinaosade kandevõime ja tugevusarvutused, 2. väljaanne, M., 1963; Murdetugevuse rakendusküsimused, tlk. inglise keelest, M., 1968; Fridman Ya B., Metallide mehaanilised omadused, 3. väljaanne, M., 1974; Tehniliste materjalide katsetamise, kontrolli ja uurimise meetodid, toim. A. T. Tumanova, 2. kd, M., 1974.

S. I. Kiškina.

Riis. 3. Spetsiaalselt K1C määramiseks sälgu ülaossa loodud väsimuspraoga proov. Ekstsentrilised (a) ja aksiaalsed (b) tõmbekatsed.

Suur Nõukogude entsüklopeedia. - M.: Nõukogude entsüklopeedia. 1969-1978 .

Vaadake, millised on "Materjalide mehaanilised omadused" teistes sõnaraamatutes:

Materjali kasutamise üle otsustamisel on paljudel juhtudel määravad materjalide mehaanilised omadused nagu tugevus, purunemiskindlus, kõvadus jne. Mehaaniliste omaduste testimise meetodid Märkida tuleb järgmist... Wikipedia

Materjali reaktsioon rakendatud mehaanilistele jõududele. koormused. Põhiline mehaanilised omadused omadused on stress ja pinge. Jõude pingeomadused, mis omistatakse materjali või toote näidise, konstruktsiooni, mis on valmistatud... ... Füüsiline entsüklopeedia

Materjalid nagu tugevus, purunemiskindlus, kõvadus jne on paljudel juhtudel määravad materjali kasutamise üle otsustamisel. Mehaaniliste omaduste testimise meetodid Märkida tuleks järgmisi põhimeetodeid... ... Wikipedia

Mehaanilised omadused- - peegeldab materjali võimet taluda jõudu, termilisi, kokkutõmbumisi või muid sisepingeid ilma väljakujunenud struktuuri häirimata. Mehaanilised omadused hõlmavad deformeerivaid omadusi: tugevus, kõvadus, hõõrdumine, ... ...

Kivimi mehaanilised omadused- – omadused, mis iseloomustavad kivimi mehaaniliste pingete ja deformatsioonide tekkimist, jaotumist ja muutumist mehaaniliste koormuste mõjul. [GOST R 50544 93] Termini rubriik: Kivimite omadused Entsüklopeedia pealkirjad... Ehitusmaterjalide terminite, definitsioonide ja selgituste entsüklopeedia

Materjalide omadused- Rubriiki terminid: Materjalide omadused Materjali agregatsioon Materjalide aktiveerimine Aine aktiivsus Materjali analüüs ... Ehitusmaterjalide terminite, definitsioonide ja selgituste entsüklopeedia

MATERJALIDE OMADUSED- näitajate kogum, mis iseloomustab materjali kõiki aspekte. Eristatakse järgmisi materjalide omadusi (näiteks metallide puhul): mehaanilised, füüsikalised (tihedus, termilised, elektrilised, magnetilised jms omadused), keemilised... ... Metallurgia sõnastik