3.4.3. Связь между твердостью и прочностью материалов

Статистическая обработка экспериментальных результатов позволила определить зависимость между твердостью по Бринелю и пределом прочности для сырых незакаленных сталей и других металлов и сплавов. Эта зависимость описывается простым уравнением:

(4.9)

Таблица 4.3 Значения коэффициентов «k» для различных материалов

№ п/п	Материалы	Значение «К»
1	Чугуны	0,15
2	Алюминиевые сплавы литейные	0,25
3	Алюминиевые сплавы деформируемые	0,38
4	Стальное литье	0,32-0,36
5	Малоуглеродистые кованые и горячекатаные стали	0,36
6	Высокопрочные стали	0,33
7	Аустенитные стали и медные сплавы	0,45
8	Титановые сплавы	0,30

Из таблицы видно, что значение коэффициента k в значительной степени зависит для одного и того же материала от структурного строения. Деформация алюминиевых сплавов ведет к увеличению коэффициента в 1,5 раза. Не меньший разбег коэффициента можно получить при изменении структуры стали. Если технологические процессы получения и обработки материалов надежно устойчивы, то для каждой группы материалов можно подобрать переходный коэффициент и оценивать прочность по измерению твердости. В иностранной литературе прочность, полученную таким способом, предложено называть «прочностью по Бринелю». Такое определение прочности возможно только для пластичных вязких материалов. Для хрупких эта методика не применима.

3.5. Программа и порядок выполнения работы

Работа состоит из трех частей: теоретической, методической и экспериментальной.

Теоретическая часть предполагает изучение теоретического материала о свойствах и методах испытаний по рекомендуемой литературе, лекциям и данной методичке, после чего необходимо ответить на входные тесты и получить допуск к работе.

Методическая часть состоит в изучении устройства, приемов работы, а так же получения навыков работы на твердомерах Бринеля, Роквелла и разрывной машине Р-10 под руководством лаборанта и преподавателя.

Для выполнения экспериментальной части студент получает образцы для измерения твердости по Бринелю и Роквеллу, а так же разрывные образцы или готовые диаграммы растяжения, полученные на машине Р-10.

1. По полученной на разрывной машине «первичной» диаграмме в координатах «усилие Р - абсолютное удлинение Δℓ» построить условную диаграмму растяжения в координатах «напряжение σ - относительное удлинение ε˝. Для этого на кривой выбрать несколько точек, для них определить по первичной машинной диаграмме координаты Р и Δℓ, а затем данные по усилию разделить на исходное поперечное сечение образца, а по удлинению разделить на расчетную исходную длину:

,

(4.10)

По полученным данным строго в масштабе построить диаграмму «σ - ε».

2. По построенной вновь диаграмме определить следующие параметры: модуль упругости Е (из закона Гука σ = εЕ ) по прямолинейному участку кривой, физический σт или условный σ0,2 предел текучести, предел прочности σв, модуль пластичности D по наклону прямой соединяющей σт (σ0,2) - σв и статическую вязкость материала «а» (формула 4.7).

3. Выбрать метод измерения твердости и условия испытания для предложенных преподавателем образцов. Измерить твердость.

4. Ознакомиться с таблицей соотношение чисел твердости, определяемой различными методами. Результаты измерений, если необходимо, перевести в единицы Бринеля.

5. Для одного и того же материала на основании полученных σв и HB определить коэффициент «k» и сравнить с данными таблицы 4.3. Сделать вывод о точности испытаний.

6. Для остальных образцов по результатам измерения твердости и значения коэффициента «k» оценить прочность. Результаты свести в таблицу.

Таблица 5.1

Номер образца	Материал образца	Твердость				Коэффи-циент k	Прочность, кг/мм2
		HRA	HRB	HRC	HB
1 2 3