Часть 4. Методы испытаний стали
1. Введение
Качественные характеристики свойств металлов устанавливаются испытаниями. Основными видами испытаний являются: механические испытания и технологические, а также анализы – химический, спектральный, металлографический и рентгенографический.
Детали машин, механизмов, режущие и другие инструменты работают под различными нагрузками. Поэтому они должны, прежде всего, обладать хорошими механическими свойствами, которые характеризуют сопротивление металла воздействию на них внешних механических сил (нагрузок), не разрушаясь и определяются испытаниями на: растяжение
твердость
ударную вязкость.
А также испытания на сжатие, кручение, изгиб, выносливость и др.
Механические испытания по виду приложенной нагрузки делят на:
статические; нагрузка плавно возрастающая. Например, испытания на растяжение, сжатие, твердость.
динамические; нагрузка прилагается внезапно ударами. Например, испытание на ударную вязкость.
Циклические; нагрузка многократно изменяется по величине и по направлению. Например, испытание на выносливость (усталость).
К технологическим относят испытания, характеризующие поведение металлов в технологических процессах:
загиб
перегиб
испытание на вытяжку сферической лунки
двойной кровельный замок
2. Механические испытания
2.1 Испытание на растяжение
Испытание на растяжение получило широкое применение при испытании углеродистых сталей. Проводят испытание на разрывной машине. Для испытания применяют образцы стандартной формы круглые или плоские (для испытаний листовых материалов). Образец закрепляют в зажимах (захватах) испытательной машины и растягивают под воздействием постоянно возрастающей нагрузки до разрыва. Разрыву предшествует появление на образце суженного места (шейки). Разрушающая величина нагрузки определяется по показаниям прибора (положением стрелки прибора).
l0
l0
Образцы для
испытания на растяжение
Машины для испытания снабжены прибором, записывающим диаграмму растяжения, то есть график зависимости между нагрузкой, растягивающей образец и его удлинением.
Р,
кгс
С
РВ
D
РТ
В
РПЦ А
О Δl, мм
Диаграмма растяжения
В начале испытания длина образца увеличивается пропорционально увеличению нагрузки. ОА – прямая линия показывает, что приложенная нагрузка и удлинение образца находятся в прямопропорциональной зависимости. Закон пропорциональности остается справедливым до некоторой нагрузки РПЦ.
Дальнейшее повышение нагрузки нарушает прямую пропорциональную зависимость между нагрузкой и удлинением образца. Длина образца увеличивается быстрее, чем возрастает нагрузка. Образец удлиняется (металл «течет») при постоянной нагрузке. Образуется площадка текучести.
Предел текучести – GТ кгс/мм2 – это наименьшее напряжение, при котором растягиваемый образец деформируется без заметного увеличения нагрузки.
До точки С нагрузка продолжает увеличиваться до максимальной. Удлинение образца и сужение поперечного сечения происходит равномерно по всей длине рабочей части. При достижении точки С нагрузка (РВ) несколько падает и в некоторый момент происходит разрыв образца в месте наименьшего сопротивления.
l
Образец после
испытания на растяжение
Предел прочности или временное сопротивление – GВ кгс/мм2 – максимальное напряжение, которое выдерживает образец при испытании на разрыв.
Пределы текучести и прочности характеризуют прочность металла. При испытании на растяжение определяют также характеристики пластичности.
Пластичность металла оценивают по величине удлинения и сужения образца при его растяжении – эти величины называют соответственно относительное удлинение и относительное сужение..
Относительное удлинение – δ, % – это отношение разницы длин образца до и после разрыва Δl к его первоначальной длине l0.
Относительное сужение –ψ – это отношение уменьшения поперечного сечения разорванного образца к первоначальной площади поперечного сечения.
Аналогичным образом оценивают упругость металла, которая характеризуется пределом упругости. Предел упругости является условное напряжение, соответствующее появлению первых признаков остающейся при разгрузке образца пластической деформации.