Ce poți găti din calmar: rapid și gustos
Testarea mecanică este de o importanță critică în industrie. În conformitate cu aceasta, au fost dezvoltate diferite metode de testare pentru a determina proprietăți mecanice metale
Cele mai frecvente teste sunt testarea statică la tracțiune, încercarea dinamică și testarea durității.
Static sunt încercări în care materialul testat este supus unei forțe constante sau unei forțe care crește foarte lent.
Testele dinamice sunt cele în care metalul testat este supus unui impact sau forță care crește foarte rapid.
În plus, există teste pentru oboseală, uzură și fluaj, care oferă o imagine mai completă a proprietăților metalelor.
Încercări de tracțiune. Încercarea statică de tracțiune este o metodă foarte comună de încercare mecanică. Pentru testele statice se realizeaza probe rotunde sau probe plate pentru materiale din tabla ( Fig.20). Probele constau dintr-o piesă de lucru și capete concepute pentru a fi fixate în mânerele unei mașini de încercare la tracțiune. Lungimea efectivă l 0 luați puțin mai puțin decât lungimea de lucru l 1 . Dimensiunile probelor sunt standardizate. Diametrul părții de lucru a probei rotunde este de 20 mm. Probele de alte diametre sunt numite proporționale.
Fig.20. Probe pentru testarea statică a metalelor:
1 - rotund, 2 - plat
Forța de tracțiune creează tensiuni în proba de încercare și determină alungirea acesteia; când tensiunea depășește rezistența sa la tracțiune, se rupe.
Pe Fig.21 Este prezentată diagrama de tracțiune a oțelului moale reprezentată într-un sistem de coordonate dreptunghiular. Forța este reprezentată de-a lungul axei ordonatelor R kg, de-a lungul axei absciselor - deformare (alungirea absolută a probei l mm). Această diagramă se obține prin creșterea treptată a forței de tracțiune până când proba se rupe.
Fig.21. Diagrama de tracțiune din oțel moale
Valoarea tensiunii în orice punct al diagramei se poate determina prin împărțirea forței R pe zonă secţiune transversală eşantion.
Pe diagramă pot fi notate mai multe puncte caracteristice. Complot OA este un segment de linie dreaptă și arată că până la punct O alungirea probei este proporțională cu forța (sarcina); Fiecare increment de sarcină corespunde aceluiași increment de deformare. Această relație între alungirea probei și sarcina aplicată este legea proporționalității.
Odată cu încărcarea ulterioară a probei, se observă o abatere de la legea proporționalității: pe diagramă apare o secțiune curbă. Până la obiect ÎN Proba prezintă deformații elastice.
Punct CU Diagrama arată începutul zonei orizontale, care arată că proba se prelungește fără a crește sarcina: metalul pare să curgă. Se numește efortul cel mai mic la care deformarea probei continuă fără creșterea sarcinii puterea fizică de curgere. Rezistenta la curgere T determinat de formula
kg mm 2 ,
Unde R Cu .
Fluiditatea este caracteristică numai oțelului recoapt cu emisii scăzute de carbon și anumitor clase de alamă. Oțelurile cu conținut ridicat de carbon și alte metale nu au un platou de randament. Pentru astfel de metale, limita de curgere nominală este determinată la o alungire permanentă de 0,2%. Efortul la care o probă de tracțiune primește o alungire reziduală egală cu 0,2% din lungimea sa calculată se numește rezistență la rezistență și este desemnată 0.2
kg mm 2 .
Punct D indică cea mai mare sarcină maximă pe care o poate suporta specimenul. Se numește tensiunea condiționată corespunzătoare celei mai mari sarcini premergătoare defecțiunii eșantionului rezistență la tracțiune(rezistența temporară la tracțiune) și este determinată de formulă
kg mm 2 ,
Unde P .
Pentru un punct D elongaţie l 3 proba și îngustarea secțiunii sale transversale are loc uniform pe toată lungimea piesei de lucru. La atingerea punctului D deformarea probei se concentrează în locul de cea mai mică rezistență și alungire ulterioară l 4 apare din cauza formării unui gât de-a lungul căruia proba se rupe sub sarcină R LA .
La rupere, deformare elastică l întreprindere unitară dispare și alungirea reziduală absolută l ost constă dintr-o alungire uniformă l 1 și extinderea locală l 2 , adică
l ost = l 1 + l 2 .
Pentru a evalua ductilitatea unui metal, este important să se cunoască alungirea relativă și îngustarea relativă a ariei secțiunii transversale în procente.
Alungirea relativă (în%) este determinată de formulă
,
Unde l 1 - lungimea probei după rupere, mm;
l 0 - lungimea estimată a eșantionului, mm;
La alungire, aria secțiunii transversale scade simultan. La locul rupturii această zonă va fi cea mai mică. Îngustarea relativă (în%) este determinată de formulă
,
Unde F 0 - aria secțiunii transversale inițiale a probei, mm 2 ;
F 1 - zona de la locul ruperii, mm 2 .
Pentru metalele fragile, alungirea relativă și îngustarea relativă aproape de zero; pentru metalele ductile ajung la câteva zeci de procente.
Astfel, încercarea de întindere statică oferă caracteristicile de rezistență - întreprindere unitară , T (sau 0,2 ) și caracteristicile de plasticitate - Şi .
Teste de duritate .
Testele de duritate se efectuează prin apăsarea unui vârf dur.
Conform metodei Brinell diametrul bilei de oțel călit D (10; 5 sau 2,5 mm) este presat cu forță în proba de testat R (3000;1000; 750kg sau mai putin). Ca urmare, o amprentă sub forma unui segment sferic cu un diametru de d (Fig.22). Cu cât metalul este mai dur, cu atât dimensiunea imprimării este mai mică. Numărul de duritate Brinell NV calculat prin formula
kg mm 2 ,
;F- dimensiunea suprafeței de imprimare, mm 2 .
Fig.22. Schema de testare Brinell
Pentru produsele mici, se folosesc bile cu diametru mai mic cu o forță de presare mai mică. Grosimea metalului de sub imprimare nu trebuie să fie mai mică de zece ori adâncimea imprimării, iar distanța de la centrul imprimării până la suprafața tăiată nu trebuie să fie mai mică. D .
Presele cu pârghie sunt utilizate în prezent în principal pentru testarea durității Brinell.
După cum au arătat studiile, între rezistența la tracțiune a metalelor V și duritatea Brinell NV exista o dependenta:
pentru oțel laminat și forjat V = 0.36NV ;
pentru oțel turnat...................... V =(0.3-0.4) NV :
pentru fontă cenușie...................... V =0.1 NV .
Metoda Brinell poate testa materiale cu duritate NV până la 450; Dacă materialele sunt mai dure, bila de oțel se poate deforma. De asemenea, această metodă nu este potrivită pentru testarea materialului din foi subțiri.
Conform metodei Rockwell Testul de duritate se efectuează prin presarea unei bile de oțel cu un diametru de D =1.58mm(116 inch) sau con de diamant cu un unghi de 120 0 .
Bila de oțel este folosită pentru a testa metale moi (duritate mai mică de 220 pe scara Brinell) la o sarcină de 100 kg, con de diamant - pentru testarea metalelor dure la o sarcină de 150 kg. Eșantionul este plasat pe etapa 2 a instrumentului Rockwell ( Fig.23) și prin rotirea volantului 1, ridicați-l până când vine în contact cu conul de diamant 3 (sau bila de oțel). Rotirea volantului este continuată până când presiunea conului sau a bilei devine egală cu 10 kg(preîncărcare), care este indicată de săgeata mică a indicatorului 4. Apoi, aplicați sarcina principală folosind mânerul 5. Indentarea durează 5-6 sec, apoi sarcina principală este îndepărtată. După aceasta, săgeata mare indicatoare arată valoarea durității.
Fig.23. presa Rockwell
Cadranul indicator are două scale: roșu ÎN pentru testarea cu bile de oțel și negru CU pentru testarea conurilor de diamant.
Duritatea Rockwell este o valoare condiționată care caracterizează diferența de adâncime a adâncimii. Este desemnat numărul de duritate Rockwell HR cu adăugarea unui index al scalei pe care a fost efectuat testul, de exemplu HR ÎN sau HR CU. Pentru testarea materialelor foarte dure, se folosește un con de diamant la o sarcină de 60 kg. Numărarea se face pe o scară neagră.
Metoda Vickers, care vă permite să măsurați duritatea metalelor și aliajelor atât moi, cât și foarte dure; este potrivit pentru determinarea durității straturilor subțiri de suprafață (de exemplu, în timpul tratamentului chimico-termic).
Folosind această metodă, o piramidă de diamant tetraedrică cu un unghi de vârf de 136 0 este presată în probă. Sarcina poate fi aplicată de la 5 la 120 kg. Amprenta este măsurată cu ajutorul unui microscop amplasat pe dispozitiv.
Numărul durității este determinat de formulă
kg mm 2 ,
;F - zona amprentei piramidale, mm 2
Valoare practică H.V. luate de pe tabele.
Teste de microduritate produs prin presarea unei piramide de diamant cu un unghi de vârf de 136 0 sub o sarcină de la 2 la 200 G; se exprimă numărul de duritate kg mm 2 . Folosind această metodă, este posibil să se determine duritatea componentelor structurale individuale ale aliajelor, piese mici, fire metalice, filme de oxid etc. Pe Fig. 24, a Este prezentat dispozitivul PMT-3 pentru testarea microdurității.
Masa 11 și suportul tub 4 se sprijină pe cadrul 1 al dispozitivului. Obiectul de testat 2 este instalat pe o masă sub lentila 9, prin care este îndreptată focalizarea microscopului și firele sunt instalate folosind un microscop ocular 6. Apoi piramida de diamant 10 este presată în obiectul de testat timp de 5-7 sec. După îndepărtarea încărcăturii, măsurați diagonala cu un microscop d (Fig. 24, b), combinând intersecția firelor mașinii mai întâi cu colțul din dreapta al tipăririi (linii punctate) și apoi cu cel din stânga (linii continue).
Pe baza dimensiunii diagonalei, aria imprimării și duritatea sunt determinate folosind formula de mai sus ( H.V. n ).
Alte teste mecanice .Testare de șoc efectuat pentru părți ale mașinilor și mecanismelor care suferă sarcini de șoc (dinamice), deoarece unele metale cu indicatori de rezistență statică destul de mari sunt distruse la sarcini de impact reduse, de exemplu, oțel cu o structură cu granulație grosieră și fontă.
Testele de impact la îndoire sunt efectuate pe mostre de formă standard folosind instrumente numite teste de impact cu pendul.
Rezistența la impact se numește rezistență la impact și se măsoară în kilograme pe centimetru pătrat.
Fig.24. Dispozitiv PMT-3 pentru testarea microdurității
Rezistența la impact O n calculat prin formula
kg m cm 2 ,
Unde O n - impactul muncii efectuate pentru spargerea probei, kg m;
F - zona secțiunii transversale a probei la locul inciziei, cm 2 .
Teste de oboseală. Multe piese ale mașinii (biele de motor, arbori cotiți etc.) în timpul funcționării sunt supuse unor sarcini care variază în mărime și direcție. Sub astfel de solicitări alternative repetate, metalul trece treptat de la o stare vâscoasă la o stare fragilă (obosește). Starea fragilă se explică prin apariția microfisurilor, care treptat se extind și slăbesc metalul. Ca urmare, defectarea are loc la solicitări mai mici decât rezistența la tracțiune.
Microfisurile apar și se dezvoltă de la suprafață în principal în secțiuni cu rupturi ascuțite în linia de contur (de exemplu, în prezența canalelor, găurilor etc.).
Teste de oboseală ( rezistenta) sunt produse la diverse mașini. Cele mai comune aparate de testare sunt:
îndoire în timpul rotației;
în tensiune-compresie;
când torsiune.
Pentru metalele care funcționează în condiții dificile, mașinile de testare sunt echipate cu instalații și dispozitive care asigură testarea la temperaturi ridicate și scăzute, în timpul coroziunii și în alte condiții speciale.
Fig.25. Test de extrudare
Teste tehnologice (probe). Ele determină capacitatea de a efectua anumite operații tehnologice cu un metal dat.
Test de extrudare servește la determinarea capacității tablei subțiri de a ștanța și trage la rece. Testul constă în extrudarea unei găuri cu cap rotunjit 1 ( Fig.25) până când apare prima fisură în placa 2, prinsă în suprafața inelară.
Adâncimea găurii extrudate când apare prima fisură este o măsură cantitativă a probei.
Test de îndoire determină capacitatea unui metal de a rezista la îndoiri repetate și este utilizat pentru a evalua calitatea materialului de tablă de până la 5 mm grosime mm, precum și sârmă și tije.
Testul de decontare determină capacitatea unui metal rece de a lua o formă dată când este comprimat. O mostră de cilindru, a cărei înălțime este egală cu două diametre, se consideră a fi trecut testul dacă, la răsturnarea la o înălțime dată, nu apar fisuri, rupturi și fracturi pe ea.
Test de sudabilitate. Două bare din metalul testat sunt sudate și testate pentru îndoire sau tensiune, după care rezultatele sunt comparate cu cele corespunzătoare unei probe solide (nesudate) din același metal. Cu o sudabilitate bună, rezistența la tracțiune a sudurii ar trebui să corespundă cu cel puțin 80% din rezistența la tracțiune a unei bare solide.
Metode de analiză fizico-chimică.
Macroanaliza. Pentru macroanaliză, se prepară o secțiune de probă, sau fractură, din care se dezvăluie macrostructura-structură a metalului și a aliajului, vizibilă cu ochiul liber sau la o mărire mică de până la x 5 ori.
Pregătirea unei secțiuni lustruite constă în nivelarea și șlefuirea suprafeței cu ajutorul unei mașini de șlefuit. Apoi, secțiunea subțire este gravată cu reactivi care dizolvă sau colorează părți ale secțiunii subțiri care diferă ca compoziție sau orientare.
Folosind macroanaliză, este posibilă detectarea cavităților de contracție și slăbiciune, goluri, fisuri, incluziuni nemetalice (zgură, grafit în fontă cenușie etc.), prezența și natura locației anumitor impurități dăunătoare, cum ar fi sulful.
Microanaliză. O secțiune subțire pentru microanaliză este pregătită în același mod ca și pentru macroanaliza, dar după șlefuire este lustruită până la un finisaj în oglindă.
Cu ajutorul unui microscop metalografic, se determină o microstructură dintr-o secțiune subțire: prezența, cantitatea și forma anumitor componente structurale, contaminarea cu incluziuni străine. Prezența și dimensiunea porilor sunt determinate din secțiuni negravate; Pentru a dezvălui structura principală, secțiunea subțire este gravată. Deoarece metalele sunt opace, secțiunile lustruite pot fi studiate numai în lumină reflectată folosind un microscop metalografic.
Pe Fig.26 Este prezentată o diagramă pentru a explica vizibilitatea limitelor de cereale ale unei secțiuni gravate a unui metal monofazat. Sub influența reactanților în timpul gravării, metalul de-a lungul granițelor de granule se dizolvă mai puternic, în urma căruia se formează micro-barbi acolo. În ele sunt împrăștiate razele de lumină, astfel încât limitele de cereale sunt mai întunecate la microscop; razele de pe suprafața plană a boabelor sunt reflectate și fiecare bob de pe secțiunea subțire pare ușoară, în timp ce se observă adesea culori diferite ale boabelor, ceea ce se explică prin solubilitatea inegală din cauza anizotropiei.
Fig.26. Schema de reflexie a razelor printr-o secțiune subțire gravată
metal monofazat
Alături de un microscop cu lumină convențional, este utilizat pe scară largă un microscop electronic, în care razele electronice sunt utilizate în locul razelor de lumină: aceste raze sunt emise de o spirală fierbinte de wolfram. Un microscop electronic oferă o mărire electron-optică de până la zeci de mii de ori.
Analiza difracției cu raze X face posibilă stabilirea tipurilor de rețele cristaline ale metalelor și aliajelor, precum și a parametrilor acestora. Determinarea structurii metalelor, plasarea atomilor într-o rețea cristalină și măsurarea distanței dintre ei se bazează pe difracția (reflexia) razelor X de către rândurile de atomi dintr-un cristal, deoarece lungimea de undă a acestor raze este comparabilă cu distanța interatomică. în cristale. Cunoscând lungimea de undă a razelor X, este posibil să se calculeze distanța dintre atomi dintr-un cristal și să se construiască un model de aranjare a atomilor.
Analiza cu raze X(transiluminarea) se bazează pe pătrunderea razelor X prin corpuri care sunt opace la lumina vizibilă. Trecând prin metale, razele X sunt parțial absorbite, iar razele sunt absorbite mai puternic de metalul solid decât în acele părți în care există incluziuni sau fisuri de gaz și zgură. Mărimea, forma și tipul acestor defecte pot fi observate pe un ecran luminos instalat de-a lungul traseului razelor din spatele piesei examinate. Deoarece razele X acţionează asupra unei emulsii fotografice în mod similar cu lumina, ecranul luminos poate fi înlocuit cu o casetă de film fotografic şi se poate obţine o fotografie a obiectului.
Astfel, transmisia cu raze X poate detecta chiar și defecte microscopice în interiorul piesei.
Analiza termica se reduce la identificarea punctelor critice în timpul încălzirii și răcirii metalelor și aliajelor și este însoțită de construcția de curbe în coordonate „temperatură – timp”.
Dacă nu au loc transformări de fază în metal, curba de răcire (încălzire) va fi netedă, fără îndoituri sau trepte; dacă, la răcirea (sau încălzirea) un metal, în el apar transformări de fază, care sunt însoțite de eliberarea (la încălzire, absorbția) de căldură, pe curbă vor apărea secțiuni orizontale sau îndoituri (adică schimbări în direcția curbei). ). Aceste îndoituri și secțiuni orizontale fac posibilă determinarea temperaturilor de transformare.
Analiza dilatometrică(dilatometrie - din latină pentru a extinde) se bazează pe măsurarea modificărilor de volum care apar într-un metal sau aliaj în timpul transformărilor de fază și este utilizată pentru a determina punctele critice din probele solide. Analiza dilatometrică se realizează cu ajutorul dispozitivelor dilatometrice.
Detectarea defectelor.Detectarea defectelor magnetice folosit pentru detectarea defectelor în piesele supuse unor solicitări alternante mari. Defectele precum fisuri, linii de păr, bule, incluziuni nemetalice etc., în condiții variabile de încărcare, devin foarte periculoase, deoarece reduc rezistența dinamică a pieselor.
Testarea magnetică constă în trei operații principale: magnetizarea produselor, acoperirea acestora cu pulbere feromagnetică, inspecția externă și demagnetizarea produselor.
În produsele magnetizate cu defecte, liniile de câmp magnetic, încercând să ocolească defectele (datorită permeabilității lor magnetice reduse), trec dincolo de suprafața produsului și apoi intră în ea, formând un câmp magnetic neuniform. Prin urmare, atunci când acoperiți produse cu pulbere magnetică, particulele acesteia din urmă sunt situate deasupra defectului, formând modele bine definite ( Fig.27). Natura acestor modele este folosită pentru a judeca dimensiunea și forma defectelor metalice.
Detectarea defectelor cu ultrasunete vă permite să testați orice metale (și nu doar pe cele feromagnetice) și să identificați defecte în grosimea metalului la o adâncime semnificativă care nu sunt detectate prin metoda magnetică.
Pentru a studia metalul, se folosesc vibrații ultrasonice cu o frecvență de la 2 la 10 milioane. Hz. La această frecvență, vibrațiile se propagă în metal, ca razele, aproape fără să se împrăștie în lateral: ele pot „străluci prin” metale la o adâncime mai mare de 1. m.
Fig.27. Dispunerea liniilor de câmp magnetic activată
piese defecte
Ultrasunetele sunt reflectate la interfața dintre mediile eterogene. Prin urmare, atunci când se propagă în metal, ultrasunetele nu trec prin fisuri, cavități și incluziuni nemetalice, formând astfel o umbră acustică ( Fig.28). Aici, O-zonă de umbră acustică.
Emițătoarele și receptorii piezoelectrici sunt utilizați pentru a emite și, respectiv, a primi ultrasunete.
Aplicarea izotopilor radioactivi (atomi marcați).În metalurgie și știința metalelor, izotopii radioactivi sunt utilizați în diverse scopuri. De exemplu, în zgură se introduc izotopi radioactivi de fosfor, sulf, mangan etc. și se studiază viteza de tranziție a acestor elemente în metal și viteza de restabilire a distribuției lor de echilibru între metal și zgură în topiturile metalurgice. când temperatura sau compoziția zgurii se modifică. Introducerea carbonului radioactiv în fier în timpul cimentării face posibilă studierea vitezei de difuzie și distribuția carbonului în acesta.
Fig.28. Schema de examinare cu ultrasunete a unei piese
Pentru a determina distribuția staniului în nichel, la aliajul lichid se adaugă staniu radioactiv. Aliajul întărit este plasat pe o casetă cu o placă fotografică și, după expunerea corespunzătoare, placa este dezvoltată.
Pe Fig.29 Este prezentat un microautograf al unui astfel de aliaj, din care (din distribuția întunecării) este clar că radioactiv, și odată cu el staniul obișnuit, mărginește boabele de nichel.
Fig.29. Microradioautografia unui aliaj de nichel-staniu
Izotopii radioactivi ajută la monitorizarea uzurii zidăriei refractare în furnalele sau piesele de mașini.
legea lui Hooke
După cum se știe, diferite metale și aliaje au diferite mecanice și proprietăți tehnologice, care determină calitatea pieselor mașinii, precum și prelucrabilitatea metalului. Aceste proprietăți ale metalului sunt evidențiate prin teste adecvate de tensiune, compresie, încovoiere, duritate etc.
Încercarea de tracțiune. Pentru a determina rezistența la tracțiune a metalului, se realizează o probă 1 și se instalează în clemele (sau clemele) 2 ale mașinii de încercare la tracțiune. În aceste scopuri, mașinile cu sistem hidraulic transmisie de forță sau cu un sistem de șuruburi.
Forța de tracțiune F (Fig. 51) creează tensiuni în proba de testat și provoacă alungirea acesteia. Când stresul depășește rezistența probei, aceasta se va rupe.
Orez. 51
Rezultatele testului sunt de obicei prezentate sub formă de grafic. Sarcina F este reprezentată de-a lungul axei absciselor, alungirea absolută?l este reprezentată de-a lungul axei ordonatelor.
Diagrama arată că inițial proba se alungește proporțional cu sarcina. Secțiunea dreaptă OA corespunde deformațiilor elastice reversibile. În timpul descărcarii, proba își ia dimensiunile originale (acest proces este descris de aceeași secțiune dreaptă a curbei). Secțiunea curbată a AC corespunde deformațiilor plastice ireversibile. Când este descărcată (linia întreruptă SV), proba nu revine la dimensiunile inițiale și păstrează o oarecare deformare reziduală.
Din punctul C, proba se prelungește fără a crește sarcina. Secțiunea orizontală a diagramei CM se numește suprafață de producție. Tensiunea la care deformarea crește fără a crește sarcina se numește limită de curgere.
După cum arată studiile, fluiditatea este însoțită de deplasări reciproce semnificative ale cristalelor, în urma cărora apar linii pe suprafața probei, înclinate față de axa probei la un unghi de 45°. După ce a suferit o stare de fluiditate, materialul dobândește din nou capacitatea de a rezista la întindere (este întărit), iar diagrama dincolo de punctul M se ridică în sus, deși mult mai gol decât înainte. În punctul D, stresul probei atinge cea mai mare valoare, iar pe eșantion apare o îngustare locală accentuată, așa-numita gât. Aria secțiunii transversale a gâtului scade rapid și, ca urmare, proba se rupe, ceea ce corespunde poziției punctului K din diagramă Rezistența la tracțiune a probei este determinată de formula despre fc = F D /. S, unde: S fc - rezistența la tracțiune;
F D - sarcina la care prin anumită perioadă momentul în care epruveta de întindere cedează, N (kgf); S este aria secțiunii transversale a probei în poziția inițială, m 2 (mm 2).
De obicei, la testarea diferitelor metale și aliaje pentru tensiune, se determină alungirea relativă e - raportul dintre creșterea lungimii probei înainte de rupere și lungimea inițială a probei. Este determinat de o formulă? = ?l/l 0 -100,
Unde:? - alungirea relativă;
L = l 1 - I 0 - alungirea absolută; l 0 - lungimea inițială a probei; l 1 - lungimea probei după testare. S-a stabilit experimental că solicitarea dintr-un material în timpul deformării elastice crește proporțional cu alungirea relativă a probei. Această dependență se numește legea lui Huck.
Pentru întinderea unilaterală (longitudinală), legea lui Hooke are forma o = E-?,
unde: o = F/s - tensiune normală; F - forța de tracțiune; s - aria secțiunii transversale;
Alungirea relativă;
E este o valoare constantă în funcție de materialul tijei.
Nota. În sistemul SI, unitatea de măsură a tensiunii este Pascal - stresul cauzat de o forță de 1 newton (N) distribuită uniform pe o suprafață normală acesteia cu o suprafață de 1 m 2.
1 Pa = 0,102 10-4 kgf/cm2;
1 Pa = 0,102 10 -6 kgf/mm2;
1 kgf/cm2 = 9,81 10 4 Pa;
1 kgf/mm 2 = 9,81 10 6 Pa.
Datorită faptului că unitatea de pascal de stres este foarte mică, este necesar să se folosească o unitate mai mare - megapascal 1 MP a = 10 6 Pa.
Gosstandart permite utilizarea unității newton pe milimetru pătrat (N/mm2). Valorile numerice ale tensiunilor exprimate în N/mm 2 și în MPa sunt aceleași. Unitatea N/mm2 este de asemenea convenabilă deoarece dimensiunile din desene sunt date în milimetri.
Coeficientul de proporționalitate E se numește modul de elasticitate de tracțiune sau modul de Young. Care este semnificația fizică a modulului elastic? Să ne întoarcem la diagrama tensiunii eșantionului (vezi Fig. 51, II). Modulul de elasticitate pe acesta este proporțional cu tangenta unghiului de înclinare a la axa absciselor. Aceasta înseamnă că cu cât linia dreaptă OA este mai abruptă, cu atât materialul este mai rigid și cu atât este mai mare rezistența acestuia la deformarea elastică.
Pentru a caracteriza un metal, este important să se cunoască nu numai alungirea relativă, ci și îngustarea relativă a ariei secțiunii transversale, ceea ce permite, de asemenea, să se caracterizeze plasticitatea materialului.
Desigur, atunci când proba este întinsă, aria secțiunii transversale scade. Va fi cel mai mic la punctul de pauză. Îngustarea relativă este determinată de formula? = (S 0 - S 1) / S 0 100%,
Unde:? - îngustare relativă;
S 0 - aria secțiunii transversale a probei înainte de testare; S 1 este aria secțiunii transversale a probei la locul de rupere (în gât).
Cu cât este mai mare alungirea relativă și contracția relativă a secțiunii transversale a probei, cu atât materialul este mai plastic.
Pe lângă cele trei caracteristici considerate ale proprietăților mecanice ale metalelor: rezistența la tracțiune (o pch), alungirea relativă (e) și contracția relativă (?), se poate determina, folosind o diagramă înregistrată pe o mașină, limita elastică. (o y) și limita de curgere (o m),
Test de compresie. Pentru testarea metalelor pentru compresiune (Fig. 53), cel mai adesea se folosesc prese în care forța de compresiune este generată prin creșterea presiunii hidraulice. Când o probă din material plastic, cum ar fi oțelul cu conținut scăzut de carbon, este comprimată (Fig. 53, I), dimensiunile sale transversale cresc, în timp ce lungimea sa scade semnificativ. În acest caz, integritatea probei nu se rupe (Fig. 54). Din diagrama de compresie (Fig. 53, II) este clar că în etapa inițială a încărcării deformația crește proporțional cu sarcina, apoi deformația crește brusc cu o ușoară creștere a sarcinii, apoi creșterea deformației încetinește treptat. în jos din cauza creșterii secțiunii transversale a probei.
Orez. 52
Orez. 53
Probele din materiale fragile sunt distruse sub compresie (Fig. 54, III). De exemplu, o tijă de fontă, când se ajunge la o sarcină de rupere, se rupe în părți care se mișcă una față de alta de-a lungul platformelor oblice (Fig. 53, III).
Orez. 54
Pentru compresie este pe deplin aplicabilă legea lui Hooke, conform căreia materialele rezistă la compresiune proporțional cu forța aplicată până la limita elastică. Modulul de elasticitate compresiv pentru majoritatea materialelor este egal cu modulul de elasticitate la tracțiune. Singurele excepții sunt unele materiale fragile - beton, cărămidă etc. Analogia în natura tensiunii de compresiune cu efortul de tracțiune ne permite să descriem aceste procese folosind aceleași ecuații matematice.
Test de îndoire. La testarea îndoirii, proba (grinda) este plasată cu capetele pe două suporturi și încărcată în mijloc (Fig. 55). Rezistența unui material la încovoiere este apreciată de cantitatea de deformare a probei.
Orez. 55
Să ne imaginăm acum fibre longitudinale imaginare în lemn. În timpul deformării la îndoire, fibrele unei zone sunt comprimate, în timp ce cealaltă este întinsă (Fig. 55, II).
Între zonele de compresie și tensiune există un strat neutru, ale cărui fibre nu sunt supuse deformării, adică lungimea lor nu se modifică. Din fig. 55 se poate observa că cu cât fibrele sunt mai departe de stratul neutru, cu atât deformarea pe care o experimentează este mai mare. Astfel, putem concluziona că la îndoirea secțiunilor transversale ale unei grinzi sub influența forțelor interne, apar tensiuni normale de compresiune și tracțiune, a căror magnitudine depinde de poziția punctelor în cauză în secțiune. Cele mai mari tensiuni sunt de obicei desemnate: în zona de compresie - ? max, in zona de intindere - ? m ah. În punctele situate pe axa neutră, tensiunile sunt zero. Tensiunile normale care apar în puncte ale secțiunii transversale de diferite înălțimi cresc proporțional cu distanța de la stratul neutru și pot fi calculate folosind formula? = (E z) / p,
Unde:? - stres normal;
z este distanța de la fibra de interes până la stratul neutru; E - modul elastic; p este raza de curbură a stratului neutru.
Test de forfecare. Când se testează forfecarea (Fig. 56), o probă de metal 3, care are o formă cilindrică, este introdusă în orificiul dispozitivului, care este o furcă 1 și un disc 2. Mașina scoate discul din furcă, drept urmare partea de mijloc a probei se deplasează în raport cu părțile sale exterioare. Zona de lucru S (zona tăiată) este egală cu de două ori suprafața secțiunii transversale a probei, deoarece tăierea are loc simultan de-a lungul a două planuri.
Orez. 56
La forfecare, toate punctele secțiunilor deformabile limitate de planurile forțelor care acționează sunt deplasate la distanțe egale, adică materialul din aceste puncte suferă aceeași deformare. Aceasta înseamnă că în toate punctele secțiunii vor exista tensiuni efective egale.
Mărimea tensiunii este determinată prin împărțirea rezultantei F a forțelor interne (transversale) la aria secțiunii transversale a tijei S. Deoarece vectorul de stres este situat în planul secțiunii, în el apare o tensiune tangenţială, determinată de formula r cf = F/2S, unde: r cf - tăierea valorii tensiunii;
F - forța rezultantă;
S este aria secțiunii transversale a probei. Forfecarea este o distrugere rezultată din forfecarea unei părți a materialului față de alta, care are loc sub influența tensiunilor tangențiale. Legea lui Hooke este valabilă pentru deformarea prin forfecare: în zona elastică, tensiunile sunt direct proporționale cu deformațiile relative. Coeficientul de proporționalitate este mărimea modulului de elasticitate la forfecare G. Deplasarea relativă (unghiul de forfecare) se notează cu y. Astfel, legea lui Hooke pentru deformarea prin forfecare are forma t = Gg, unde: r = F/S - efortul de forfecare; F - forța tangențială; S este aria straturilor aflate în mișcare; y - unghiul de forfecare;
G este modulul de forfecare, în funcție de materialul corpului.
Test de torsiune. La testarea probelor pentru torsiune, un capăt al țevii 2 este fixat nemișcat 1, celălalt este rotit folosind pârghia 3 (Fig. 57). Torsiunea se caracterizează prin rotirea reciprocă a secțiunilor transversale ale unei tije, arbore, țeavă sub influența momentelor (perechi de forțe) care acționează în aceste secțiuni. Dacă pe suprafața tijei sunt aplicate generatrici rectilinii înainte de aplicarea forțelor de torsiune (Fig. 57, I), atunci după răsucire aceste generatrice iau forma unor linii elicoidale, iar fiecare secțiune transversală față de cea adiacentă se rotește la un anumit unghi. (vezi Fig. 57, II). Aceasta înseamnă că în fiecare secțiune are loc deformarea prin forfecare și apar tensiuni de forfecare. Este gradul de deplasare a materialului în timpul torsii determinat de unghiurile de răsucire? și schimbarea y. Valoarea absolută a torsiunii este determinată de unghiul de răsucire al secțiunii luate în considerare față de secțiunea fixă. Cel mai mare unghi de răsucire se obține la cea mai mare distanță de capătul fix al tijei.
Orez. 57
Raportul unghiului de răsucire? la lungimea secțiunii I supusă torsii se numește unghiul relativ de torsiune Q = ? /Z
unde: Q - unghi relativ de răsucire;
Unghi de răsucire;
Test de duritate. La determinarea durității materialelor în practica de fabrică și de laborator se folosesc două metode: metoda Brinell și metoda Rockwell.
metoda Brinell. Această metodă se bazează pe faptul că la măsurarea durității metalelor, o bilă de oțel 1 cu diametrul de 2,5; 5 sau 10 mm sunt presați în suprafața probei de testat 2 la o sarcină dată 3 de la 625 N la 30 kN (62,5 la 3000 kgf). După îndepărtarea sarcinii, se măsoară diametrul d al amprentei rămase pe suprafața probei (Fig. 58), care este mai mic cu cât metalul este mai dur.
Orez. 58
Nota. Bila de oțel trebuie să fie din oțel tratat termic, cu o duritate de cel puțin HB850. Rugozitatea suprafeței R z nu este mai mică decât parametrul 0,100 conform GOST 2789-73. Nu ar trebui să existe defecte pe suprafața mingii care să fie vizibile cu o lupă la mărire de 5x.
Numărul de duritate Brinell este calculat folosind formula
D - diametrul bilei, mm;
d - diametrul amprentei, mm.
Un tabel special (GOST 9012-59) face posibilă determinarea durității celor mai comune metale.
Trebuie remarcat faptul că există o relație între duritatea Brinell a oțelului HB și rezistența acestuia la tracțiune aproximativ pch pentru stilurile de carbon convenționale, exprimată prin formula aproximativ pch = 0,36 HB.
Prin urmare, cunoscând duritatea Brinell a oțelului, este posibil să se calculeze rezistența la tracțiune.
Această formulă are o mare importanță practică. Metoda Brinell determină de obicei duritatea oțelurilor necălite, a fontei și a metalelor neferoase. Duritatea oțelurilor călite este măsurată cu ajutorul unui aparat Rockwell.
metoda Rockwell. La măsurarea durității metalelor folosind această metodă, un vârf de tip standard (un con de diamant pentru metalele dure sau o bilă de oțel pentru cele mai moi) este presat în proba de testare sub acțiunea a două sarcini aplicate secvenţial: preliminar (F 0) 100 N (10 kgf) și final (F 1) 1000 N (100 kgf) - pentru o minge și 1500 N (150 kgf) - pentru un con de diamant.
Sub acţiunea unei preîncărcări, conul pătrunde în metal până la o adâncime h 0 (fig. 59, I); la adăugarea la sarcina principală preliminară, adâncimea amprentei crește la h (Fig. 59, II) și după îndepărtare sarcina principală rămâne egală cu h 1 (Fig. 59, III).
Orez. 59
Adâncimea de indentare h = h 1 - h 0, obţinută datorită sarcinii principale F 1, caracterizează duritatea Rockwell. Testele folosind metoda Rockwell sunt efectuate cu dispozitive speciale echipate cu un indicator care arată numărul de duritate imediat după încheierea testului.
Indicatorul are două scale: negru (C) pentru testarea cu un con de diamant și roșu (B) pentru testarea cu o minge.
Duritatea Rockwell este măsurată în unități arbitrare.
Exemplu de desemnare a durității Rockwell: HRC50 (duritate 50 pe scara C).
Determinarea durității cu pile calibrate. Duritatea HRC poate fi determinată folosind o serie de pile supuse tratament termic pentru o duritate diferită a crestăturii. De obicei, intervalul de crestătură variază de la 3 la 5 unități HRC. Calibrarea fișierelor se efectuează folosind plăci standard, a căror duritate este determinată cu precizie în prealabil pe dispozitiv.
Duritatea piesei de testare este determinată de două pile cu un interval minim de duritate, dintre care una nu poate aluneca decât de-a lungul piesei, iar a doua o poate zgâria ușor. Dacă o pilă cu HRC62 zgârie metalul, iar cu HRC59 alunecă doar pe suprafața piesei, atunci duritatea este HRC60-61.
În practică, această metodă este utilizată pentru a determina duritatea uneltelor (alezoare, freze etc.), a căror duritate poate fi greu de măsurat în orice alt mod.
Există și alte metode de determinare a durității (metoda Vickers, metode electromagnetice etc.), care nu sunt discutate în această carte.
Testele mecanice, în funcție de natura sarcinii în timp, pot fi:
static, în care încărcarea se efectuează lent și sarcina crește fără probleme de la zero la un anumit maximmagnitudine sau rămâne constantă perioadă lungă de timp la viteză scăzută de deformare;
Dinamic, în care sarcina asupra probei crește instantaneu la o rată de deformare mare;
- revariabil (sau ciclic), oboseală,la care amploarea și direcția sarcinii se modifică. Pe baza rezultatelor testelor, se determină numărul de cicluri până la defectare la diferite valori ale tensiunii sau solicitarea limită pe care proba o poate suporta fără distrugere pentru un anumit număr de cicluri de încărcare.
În plus, se efectuează teste pentrufluaj și rezistență pe termen lungla temperaturi ridicate pentru a determina rezistenţa la căldură a unui metal sau aliaj.
În încercările statice, dinamice și la oboseală, precum și în testele de duritate și rezistență la căldură, se determină proprietățile mecanice standard ale metalelor și aliajelor: caracteristici de rezistență - limită de proporționalitate, interval elastic, limită de curgere, rezistență la rupere, caracteristici plastice - alungire relativă și contracția relativă, precum și duritatea, tenacitatea, limita de anduranță, limita de fluaj sau rezistența pe termen lung.
Încercarea de tracțiune
În timpul încercării de tracțiune, conform GOST 1497, se determină rezistența metalului la mici deformații plastice, caracterizată prin limita de proporționalitate σ pc, limite elastice σ y și limita de curgere σ t (sau σ 0,2 ), precum și rezistența la deformații plastice semnificative, care se exprimă prin rezistența temporară σ in.
Când este întins, se determină și plasticitatea metalului, adică cantitatea de deformare plastică înainte de rupere, care poate fi estimată prin alungirea relativă a probei. δ iar elîngustarea relativă ψ (după ruperea probei).
Pentru încercarea de tracțiune se folosesc eșantioane standard (vezi mai jos). Mașina de testare este echipată cu un dispozitiv care înregistrează diagrama de tracțiune.
O diagramă efort-deformare arată relația dintre sarcina de tracțiune care acționează asupra unei probe și deformarea acesteia. Pe diagramă, sarcina este scrisă de-a lungul axei ordonatelor R,iar de-a lungul axei x este alungirea absolută a probei Δ l (Δl = l x -iată, unde l Xși lo - curgerelungimea (la un moment dat) și lungimea inițială a probei) - Fig. 1
Orez. 1. Diagrama diagramei de tracțiune: modificarea alungirii probei în funcție de sarcină
Curba de modificare a alungirii absolute Δ l in functie de sarcina aplicata Rcând este întins, constă dintr-o secțiune dreaptă OAși curbilinii AB,corespunzătoare trecerii în regiunea deformațiilor plastice (reziduale) și caracterizată printr-o scădere treptată a tangentei unghiului de înclinare a curbei la axa absciselor (vezi Fig. 1).
Deformarea plastică este deformația care rămâne după ce sarcina este îndepărtată.(în plus, se observă o deformare plastică reversibilă, care, ca și deformarea elastică, dispare după îndepărtarea sarcinii). Mărimea deformării reziduale în momentul distrugerii (alungire, îngustare) servește ca măsură a plasticității materialului. Dacă cantitatea de deformare plastică înainte de eșec este mică, atunci materialul se numește fragil. Deformarea plastică precede orice tip de fractură (ductilă sau cvasi fragilă), dar în fractura cvasifriabilă este foarte mică, localizată în micro și submicrovolume și nu este detectată prin metodele convenționale de măsurare a macrodeformației. În acest ultim caz, este necesară cercetarea x condițiile de încercare (viteza de încărcare, temperatura de testare etc.) în care ar putea fi dezvăluită plasticitatea materialului.
Pentru a putea compara rezultatele testelor de diferite dimensiuni ale probelor, este recomandabil să se stabilească o legătură între valorile specifice și cele relative, adică între stresul condiționat. σ , egal P/F0,Unde P- F 0 - aria secțiunii transversale a probei înainte de testare și alungirea relativă δ , egal cu Δl/ I 0 ,unde Δl - îmbunătățirea absolută a probei; eu 0- lungimea probei înainte de testare. Din moment ce sensul Rși Δ l sunt împărțite în valori constante pentru condițiile de testare date, apoi tipul de diagramă prezentat în Fig. 1, nu se modifică (diferă doar prin scară) atunci când se deplasează de la coordonate P– Δ l la coordonatele σ - δ .
Tensiuni sub punctul Opractic nu provoacă deformații reziduale măsurabile și relativ la acest punct se poate stabili limita elastică (cu o anumită toleranță pentru acuratețea deformațiilor măsurate) σ la , precum și limita de proporționalitateσ pc . Aici și mai jos, tensiunile sunt obținute prin împărțirea sarcinii corespunzătoare la F 0- aria secțiunii transversale a probei înainte de testare.
Limită elasticăσ la - solicitarea condiționată corespunzătoare apariției deformațiilor reziduale de o anumită valoare specificată (0,05; 0,001; 0,003; 0,005%); toleranta la deformare permanenta este indicata in index candσ y .
Limită de proporționalitateσ pc - tensiune condiționată, resp.corespunzătoare abaterilor de la cursul liniar al curbei de deformare (de la legea lui Hooke), specificate de o anumită toleranță (de exemplu, o creștere a tangentei unghiului de înclinare a curbei de deformare la axa tensiunii cu 25 sau 50% atunci când trecerea de la o secțiune dreaptă la una curbă).
Trebuie remarcat faptul că pentru metalele reale policristaline definiția σ y și σ pc reprezintă metodologic semnificativdificultăți semnificative, deoarece implică măsurarea foarte micădeformatii. Prin urmare, în practică, se îndreaptă adesea către o caracteristică precum forța de curgere condiționată.
Dovada randamentului- aceasta este tensiunea condiționată la care deformația reziduală atinge o anumită valoare (de obicei 0, 2% din lungimea de lucru a probei; apoi conditionatlimita de curgere se notează ca σ 0,2 ). Valoarea lui σ 0,2 determinat, de regulă, pentru materialele care nu au platou sau dinte ceda pe diagramă.
În cazurile în care diagrama de tensiune are un platou de curgere (Fig. 2, O),măsurăputerea fizică de curgereσ t , efort condiționat corespunzătoare celei mai mici sarcini a platoului de curgere atunci când deformarea probei are loc pe măsură ce sarcina crește. Uneori, propagarea deformării de-a lungul lungimii mostrelor din materiale plastice la solicitări corespunzătoare platoului de curgere are un caracter ondulatoriu: mai întâi se formează o subțiere locală a secțiunii, apoi aceasta subţierea trece la volumul de material adiacent și acest proces continuă până când, ca urmare a propagării unei astfel de unde, Nu există o alungire uniformă generală corespunzătoare zonei de curgere. Când există un dinte cedat (Fig. 2, b), introduceți conceptul de superiorσ în t și mai mic σ n t limitele fluidității.
Orez. 2. Scheme de diagrame de tracțiune ale metalelor care dau aria (a) dintelui(b)cifra de afaceri
Dacă, la testarea probelor, de exemplu, încercarea de tracțiune,apare o deformare localizată (nu se formează gâturi - îngustarea locală a secțiunii transversale), apoi proba de metale fragile este distrusă la o sarcină maximă corespunzătoare punctului ÎNîn fig. 1. Împărțirea acestei sarcini la aria secțiunii transversale inițiale dă tensiunea de rupere, numitărezistență temporarăσ b (aceasta este tensiunea condiționată corespunzătoare celei mai mari sarcini suportate de eșantion). În cazurile în care sfârșitul întinderii este însoțit de subțierea locală a probei (formarea gâtului), diagrama de tensiune are forma prezentată în Fig. 2, adică sarcina în momentul ruperii metalului ductil și solicitarea aferentă secțiunii inițiale (în punctul D),poate fi mai mic decât stresul la un moment anterior de întindere. Dar chiar și în acest caz, rezistența temporară este determinată în raport cu punctul ÎN, adică în raport cu sarcina maximă, al cărei moment de realizare coincide practic cu începutul formării gâtului într-o probă din material plastic. Aspectul unui gât determină trecerea de la deformarea uniformă a întregii părți de lucru a probei la deformarea concentrată într-o anumită secțiune.
La trecerea la regiunea deformațiilor plastice (în dreapta punctului A pe diagrama Fig. 1) modificările secțiunii transversale a probei devin semnificative și sarcina este atribuită secțiunii inițiale (înainte de deformare) F 0 doar dă timpul condiționalsi eu.Dacă luăm în considerare modificarea secțiunii transversale în timpul deformării și raportăm sarcina nu la secțiunea inițială, ci la secțiunea la fiecare moment dat de deformare Fx,apoi primescstresuri adevărate.Acestea din urmă, desigur, diferă de solicitările convenționale și mai mult mai mult material plastic(cu cât secțiunea transversală se modifică în timpul deformării față de cea inițială). În consecință, aspectul diagramei de tensiune se modifică, care este prezentat schematic în Fig. 3. În cazul materialelor casante (fontă, aliaje de aluminiu turnat etc.), diferența dintre tensiunile adevărate și cele condiționate poate fi mică.
De Diagrama de tracțiune, așa cum s-a menționat mai sus, poate fi folosită și pentru a aprecia plasticitatea metalului, care se caracterizează prin alungirea relativă după rupere. δ și îngustarea relativăaria secțiunii transversale a probei.
P odalungirea relativă δ înțelegeți atitudinea absoalungirea absolută a probei după ruptură Δ l = l to - lo (unde l to este lungimea finală a eșantionului) până la lungimea inițială calculată l o, exprimat ca procent, i.e.
δ = ( l la - lo)*100%/ l o
În cazul testării probelor „scurte” (cvintuple) (vezi mai jos), se notează alungirea relativă δ5 , în cazul în care « lungiminykh" (de zece ori) - 5 10.
Îngustare relativă după ruptură ψ reprezintă o raportul de reducere a ariei secțiunii transversale a unui specimen fracturat Δ F = F 0 - F K(Unde F K- aria secțiunii transversale minime a probei după ruperea acesteia) până la aria secțiunii transversale inițiale Fo,exprimată în procente, adică
Ψ = ( F 0 - F K )*100%/ F 0
Când se calculează modurile de compresie în procesul de prelucrare a unei săbii cu presiune, indicatorul cel mai des folosit este δ .
Tangenta unghiului de înclinare a unei linii drepte OAla axa absciselor (vezi Fig. 1) caracterizeazămodulul de elasticitate al materialului E = σ / δ (Unde δ - deformare relativă egală cu Δ l/l 0 ). Modulul elastic E determină rigiditatea materialului: intensitatea creșterii tensiunii pe măsură ce crește deformația elastică. Sensul fizic Ese rezumă la faptul că caracterizează rezistența metalului la deformare elastică. Modulul elastic este practic independent de structura metalului și este determinat de forțele legăturii interatomice. Toate celelalte proprietăți mecanice sunt sensibile la structură și variază mult în funcție de structură.
Orez. 3. Reprezentarea simbolică a diagramei de tensiune (linia continuă) și diagrama de stres adevărată (linia întreruptă)
Trebuie remarcat faptul că legea proporționalității dintre efort și deformare este valabilă doar pentru o primă aproximare. Cu măsurători precise, chiar și la solicitări mici în regiunea elastică, se observă abateri de la legea proporționalității. Acest fenomen se numeșteinelasticitate.Se manifestă prin faptul că deformarea, deși rămâne reversibilă, rămâne în fază cu solicitarea care acționează. În acest sens, în timpul încărcării și descărcării pe diagrama de tracțiune, în loc de o linie dreaptă, se obține o buclă de histerezis, deoarece liniile de încărcare și descărcare nu coincid unele cu altele.
Proprietățile mecanice ale metalelor în încercările de tracțiune sunt determinate folosind probe standard, vedere generală care este prezentat în Fig. 4.
Este necesar să se respecte cu strictețe anumite relații între lungimea de proiectare inițială a eșantionului l 0 și aria secțiunii transversale inițiale din partea de lucru a eșantionului F 0 .Se folosesc două tipuri de probe: cilindrice și plate. Ambele tipuri de încercări de tracțiune figurative sunt utilizate cu o lungime inițială de calibrare lo = 5,65√F 0 sau lo = 11,3√F 0 diametru do= 3...25 mm sau grosime O O = 0,5. ..25 mm și lățime b 0 = 20...30 mm. La nom, eșantioanele cu lungimea de proiectare lo = 5, √F 0 sunt numite „scurte”, iar eșantioanele cu lo = 11,3 √F 0 sunt numite „lungi”, iar utilizarea primului este de preferat. Probele turnate și mostre din metale fragile pot fi fabricate cu o lungime de proiectare inițială l® = 2,82√F 0 .
În cazul probelor cilindrice, probe cu un diametru de do= 10mmși lungimea inițială de proiectare l 0 = 5 fac(scurt) și lo = 10 d 0(lung); în primul caz se desemnează valoarea atribuită a elongării relative după rupere δ 5, în al doilea - 5 10.
Orez. 4. Vedere generală a probelor standard pentru încercarea de tracțiune: a - ciliproba ndritică; b -plat
Test de compresie
Testarea de compresie este folosită în mod obișnuit pentru a determina proprietățile mecanice ale materialelor fragile. Probele cilindrice cu diametrul de 10...25 mm și înălțimea egală cu diametrul sunt supuse la compresiune, fixându-se în același timp deformații elastice și reziduale proba. Frecarea la capetele probelor are o mare influență asupra rezultatelor testelor. Pentru a reduce frecarea, utilizați garnituri speciale (plumb) sau lubrifiați capetele.
Testarea la compresiune se efectuează pe aceleași mașini ca și încercarea la tracțiune, folosind dispozitive (inversuri) pentru a transforma o sarcină de tracțiune într-una de compresiune. La testarea compresiei se obține o diagramă de compresie (Fig. 5), din care se determină principalele caracteristici mecanice ale materialului testat. În procesul de comprimare a unei probe de metal ductil la o tensiune sub limita de curgere, metalul se comportă în același mod ca și sub tensiune. După atingerea limitei de curgere, proba este deformată plastic, luând o formă de butoi. Când capetele sunt lubrifiate sau există distanțiere moi la capete, deformarea înălțimii probei este mai uniformă.
La testarea metalelor ductile pentru compresie (vezi Fig. 5 curbe 2 Şi 3) de obicei, limitele de proporționalitate și de curgere sunt determinate ca într-o încercare de tracțiune, iar gradul de tasare (deformare relativă) se găsește din relația:
ε = (h 0 -h 1)*100%/h 0,
unde ho si h 1- înălțimea probei laiar dupa precipitatii.
Orez. 5. Diagrame comparative ale diagramelor de compresie ale diferitelor metale: 1 - fontă; 2 - cupru; 3 - oţel
În cazul încercării de compresie a metalelor fragile (vezi, de exemplu, Fig. 5, curba 1), atingerea punctului ÎNstresul σ în este însoțit de distrugerea probei. Defectarea probei are loc de obicei la un unghi de 45° față de linia de acțiune a forței de compresiune.
Proprietățile mecanice sunt înțelese ca caracteristici care determină comportamentul unui metal (sau alt material) sub influența forțelor mecanice externe aplicate. Proprietățile mecanice includ de obicei rezistența unui metal (aliaj) la deformare (rezistență) și rezistența la rupere (ductilitate, tenacitate și capacitatea metalului de a nu se prăbuși în prezența fisurilor).
În urma încercărilor mecanice se obțin valori numerice ale proprietăților mecanice, adică valori ale tensiunii sau deformației la care apar modificări ale stărilor fizice și mecanice ale materialului.
La evaluarea proprietăților mecanice materiale metalice Există mai multe grupuri ale criteriilor lor.
1. Criterii determinate independent de caracteristici de proiectareși natura serviciului de produs. Aceste criterii sunt găsite prin testele standard ale probelor netede pentru întindere, compresiune, încovoiere, duritate (încercări statice) sau îndoire la impact a probelor crestate (încercări dinamice).
Rezistența și proprietățile plastice determinate în timpul testelor statice pe probe netede, deși sunt importante (sunt incluse în formulele de calcul), în multe cazuri nu caracterizează rezistența acestor materiale în condiții reale de funcționare a pieselor și structurilor mașinii. Ele pot fi utilizate numai pentru un număr limitat de produse de formă simplă care funcționează în condiții de încărcare statică la temperaturi apropiate de normal.
2. Criterii de evaluare a rezistenței structurale a unui material, care sunt în cea mai mare corelație cu proprietățile de serviciu ale unui produs dat și caracterizează performanța materialului în condiții de funcționare.
Criteriile pentru rezistența structurală a materialelor metalice pot fi împărțite în două grupe:
a) criterii care determină fiabilitatea materialelor metalice împotriva distrugerii bruște (rezistența la fractură, lucrul absorbit în timpul propagării fisurilor, supraviețuirea etc.). Aceste tehnici, care folosesc principiile de bază ale mecanicii ruperii, se bazează pe încercări statice sau dinamice ale probelor cu fisuri ascuțite care apar în piesele și structurile reale ale mașinii în condiții de funcționare (crestături, găuri traversante, incluziuni nemetalice, microgoluri etc. ). Fisurile și micro-discontinuitățile modifică foarte mult comportamentul metalului la sarcină, deoarece acestea sunt concentratoare de tensiuni;
b) criterii care determină durabilitatea produselor (rezistența la oboseală, rezistența la uzură, rezistența la coroziune etc.).
3. Criterii de evaluare a rezistenței structurii în ansamblu (rezistența structurală), determinate în timpul testelor pe banc, la scară completă și operaționale. Aceste teste relevă influența asupra rezistenței și durabilității structurii unor factori precum distribuția și amploarea tensiunilor reziduale, defecte în tehnologia de fabricație și proiectarea produselor metalice etc.
Pentru a rezolva probleme practice metalurgiștii trebuie să determine atât proprietățile mecanice standard, cât și criteriile pentru rezistența structurală.