Определение механических свойств металлов и сплавов по твердости: Тема «Механические свойства металлов и сплавов. Методы определения твердости»

Тема «Механические свойства металлов и сплавов. Методы определения твердости»

Министерство образования и науки Донецкой Народной Республики

Государственное профессиональное образовательное учреждение

«Торезский технологический техникум имени А.Г. Стаханова»

М Е Т О Д И Ч Е С К А Я Р А З Р А Б О Т К А

открытого занятия по учебной дисциплине ОП.04 «Основы материаловедения»

на тему «Механические свойства металлов и сплавов. Методы определения твердости»

профессия 15.01.05 Сварщик (электросварочные и газосварочные работы)

Разработала:

преподаватель

Дерябина Т.И.

Торез 2020г.

План открытого занятия

Свойства металлов и сплавов.

Тема занятия:

Механические свойства металлов и сплавов.

Методы определения твердости.

Цели занятия:

Образовательная цель: изучить механические свойства металлов и сплавов; рассмотреть особенности методов определения твердости, их преимущества и недостатки, возможности применения.

Развивающая цель: развивать у студентов рациональные приемы и способы мышления, познавательной активности, анализа и применения информации.

Воспитательная цель: прививать интерес к учебной дисциплине и избранной специальности; воспитывать стремление к получению качественных знаний и дальнейшему самостоятельному освоению полученных знаний.

Тип занятия: усвоения новых знаний.

Методы обучения: объяснительно-иллюстративный, репродуктивный, опытно-экспериментальный.

Форма занятия: лекционное занятие с использованием активных методов работы со студентами.

Средства обучения: 

— дидактическое обеспечение: презентация к учебному занятию, раздаточный материал (таблица со сравнением методов определения твердости, обозначения и определения величин механических свойств), тестовые задания по теме занятия;

— материально-техническое обеспечение: демонстрационный материал (черствый и мягкий хлеб, пластины из разного металла, листовая сталь, стальной гвоздь), мультимедийный проектор, компьютер.

Межпредметные связи: история, спец.технология, производственное обучение, химия, физика.

Студенты должны знать: свойства металлов, методы исследования свойств.

Студенты должны уметь:  предсказывать свойства путем опытов или исследований механических свойств металлов, формировать умения управлять своей учебной деятельностью.

Девиз: Просто знать – это не все, знания нужно использовать.

И.В.Гётте

Ход занятия

I. Организационный этап (2 мин.).

— приветствие

— проверка наличия и готовности студентов к занятию (доклад старосты).

II. Мотивация учебной деятельности студентов (8 мин.).

*сообщение темы и постановка цели учебного занятия;

* информация об основных этапах занятия.

Преподаватель: Мы продолжаем изучать свойства металлов и сплавов, потому что металлы и сплавы являются наиболее распространенными техническими материалами, широко используемыми в машиностроении и различных отраслях промышленности. Если достаточно внимательно посмотреть вокруг — где бы вы ни были: дома, на улице или в транспорте – вы увидите, какое множество металлов и сплавов трудится вокруг нас и для нас. Еще в 1556 году Георг Агрикола (основатель минералогии) сказал: «Человек не может обойтись без металлов. Если бы не было металлов, люди влачили бы самую омерзительную и жалкую жизнь среди диких зверей».

Студент читает подготовленное заранее сообщение на тему: «Георг Агрикола – основатель минералогии».

Преподаватель: Очень важно знать какими свойствами обладают металлы и сплавы. Мы уже знаем о физических, химических, технологических свойствах материалов. А сегодня мы продолжим изучать свойства металлов и сплавов и узнаем, какими методами определяется твердость металлов. После изучения новой темы Вам предстоит выполнить тестовые задания на закрепление новой темы.

Цели сегодняшнего занятия представлены на слайде № 2 презентации «Механические свойства металлов и сплавов. Методы определения твердости» (Приложение № 1).

*обоснование профессиональной значимости занятия

Преподаватель: Ваша будущая профессиональная деятельность связана со сваркой металлов, которая в свою очередь является одним из производственных процессов в современном машиностроении. Главным требованием к процессу сварки является высокое качество сварных швов соединений, т.е. достижение необходимых механических свойств металла шва близких к основному металлу.

Получение необходимых механических свойств и предотвращение дефектов зависит не только от правильного выбора технологии сварки, исправности оборудования, квалификации сварщика, но и от состава и качества свариваемых технических материалов.

III. Актуализация опорных знаний студентов (10 мин.).

Преподаватель: Повторим материал прошлых занятий.

У доски студент разгадывает кроссворд на тему «Материаловедение. Свойства металлов и сплавов» (Приложение № 2).

Для остальных обучающихся проводится фронтальный опрос:

1. Что такое металлические сплавы?

2. Какие сплавы относятся к железоуглеродистым?

3. Какие свойства металлов и сплавов относятся к физическим?

4. Что такое коррозия металлов?

5. Какие свойства металлов и сплавов относятся к технологическим?

Варианты правильных ответов

IV. Формирование новых знаний (40 мин.).

План изучения темы.

1.Механические свойства металлов и сплавов.

2. Методы определения твердости.

1. Механические свойства металлов и сплавов

Преподаватель: Надёжность и долговечность в эксплуатации деталей машин, механизмов, металлоконструкций, их технико-экономическая эффективность во многом зависят от правильного выбора конструкционного материала, от технологии изготовления и условий эксплуатации. При эксплуатации изделие может длительное время выдерживать статические, динамические, переменные нагрузки, часто при низких температурах и в агрессивных средах. Поэтому существуют определенные требования к свойствам конструкционного материала: прочность, сопротивление хрупкому разрушению, сопротивление вязкому разрушению, сопротивление ударным нагрузкам, и др. Свойство – это количественная или качественная характеристика материала, определяющая его общность или различие с другими материалами.

Механические свойства характеризуют сопротивление материала деформации, разрушению под действием внешних сил.

К ним относятся упругость, прочность, пластичность, ударная вязкость и твердость.

Студенты конспектируют в тетрадях определения механических свойств, используя демонстрацию слайдов № 3,4,5,6,7,8,9презентации «Механические свойства металлов и сплавов. Методы определения твердости». (Приложение № 1).

Прочность — это способность металла или сплава противостоять деформации и разрушению под действием приложенных нагрузок — растягивающих, сжимающих, изгибающих, скручивающих и срезающих.

Упругостью называется способность металла или сплава восстанавливать первоначальную форму после прекращения действия внешней нагрузки.

Происхождение терминов: Термин “упругость” впервые ввел в употребление великий русский ученый М.В. Ломоносов. 

 Пластичностью 

называется способность металла или сплава, не разрушаясь, изменять форму под действием нагрузки и сохранять эту форму после ее снятия. Термин “пластичность” происходит от греческого слова, означающего «лепной, скульптурный».

Ударной вязкостью называется способность металла или сплава сопротивляться действию ударных нагрузок.

Твердостью называется способность металла или сплава оказывать сопротивление проникновению в него другого, более твердого тела.

При повторении материала первого вопроса используем демонстрацию слайда № 9 презентации «Механические свойства металлов и сплавов. Методы определения твердости». (Приложение № 1).

Преподаватель: Для определения таких механических свойств как прочность, упругость, пластичность образцы металлов и сплавов испытывают на статистическое напряжение на разрывных машинах, вызывая в них напряжения и деформации. Демонстрация слайда №11презентации «Механические свойства металлов и сплавов. Методы определения твердости». (Приложение № 1). Студенты изучают виды деформаций (Приложение №5).

2. Методы определения твердости.

Студенты на основании проведенных рассуждений и опыта с хлебом и с помощью преподавателя делают вывод о том, что твердость — это сопротивление материалов вдавливанию в них другого тела, а также вывод о том, что твердость металлов нужно измерять более твердыми, чем они, материалами и при больших усилиях.

Демонстрация слайда №12 презентации «Механические свойства металлов и сплавов. Методы определения твердости». (Приложение № 1).

Преподаватель: Посмотрите, как выглядят твердомеры – приборы для определения твердости. Эти приборы предназначены для определения твердости различными методами, но они очень похожи. В каждом твердомере есть столик на который помещается испытываемый образец и индентор – наконечник, который вдавливается в образец. В стойке твердомера размещены грузы, под действием которых осуществляется вдавливание индентора.

Преподаватель: Рассмотрим три самых распространенных метода определения твердости, которые названы по фамилии ученых их предложивших. Это методы Бринелля, Роквелла и Виккерса.

Преподаватель объясняет новый материал, используя слайды № 13,14,15 презентации. По каждому методу отмечается – наконечник (индентор), нагрузки, принцип определения твердости, какие материалы можно испытывать, обозначение твердости.

По методу Бринелля в материал под определённой нагрузкой (обычно 30 кН) вдавливается твёрдый металлический шарик (обычно диаметром 10 мм). Отношение приложенной нагрузки к площади шаровой поверхности отпечатка даёт число твёрдости по Бринеллю (HB).

Метод Бринелля был достаточно простым, но не применимым для закалённых сталей (так как индентор — закаленный шарик сам будет деформироваться при испытании закаленных сталей и других твердых материалов), и оставлял слишком большой отпечаток, чтобы рассматриваться как неразрушающий.

Просмотр видеоролика определения твердости по методу Бринелля.

По методу Роквелла существует 11 шкал определения твердости (A; B; C; D; E; F; G; H; K; N; T), основанных на комбинации «индентор (наконечник) — нагрузка». Наиболее широко используются два типа индентеров: шарик из карбида вольфрама диаметром 1/16 дюйма (1,5875 мм) или такой же шарик из закалённой стали и конический алмазный наконечник с углом при вершине 120°. Возможные нагрузки — 500Н, 900Н, 1400Н. Величина твёрдости определяется как относительная разница в глубине проникновения индентора при приложении основной и предварительной (100 Н) нагрузки. Для обозначения твёрдости, определённой по методу Роквелла, используется символ HR, к которому добавляется буква, указывающая на шкалу по которой проводились испытания (HRA, HRB, HRC).

Просмотр видеоролика определения твердости по методу Роквелла.

По методу Виккерса: Сущность метода заключается во вдавливании в испытуемый материал правильной четырёхгранной алмазной пирамиды с углом 136° между противоположными гранями. Твёрдость по Виккерсу вычисляется путём деления нагрузки Р на площадь поверхности полученного пирамидального отпечатка. Метод Виккерса, благодаря использованию маленьких нагрузок и большого угла при вершине пирамиды, позволяет определять твёрдость азотированных и цементированных поверхностей, а также тонких листовых материалов.

Твёрдость по Виккерсу во всех случаях обозначается буквами HV. Основными параметрами при измерении твёрдости по Виккерсу являются нагрузка Р от 50 до 1000 Н и время выдержки 10—15 с.

Просмотр видеоролика определения твердости по методу Виккерса.

Преподаватель: Есть еще один очень простой метод определения твердости материала. Преподаватель вместе со студентами проводит опыт по царапанию алюминиевой, медной и стальной пластин гвоздем.

Студенты и преподаватель делают вывод о том, что глубина и ширина царапин, полученных при одинаковых усилиях, зависит от твердости материала.

Преподаватель: Для определения твердости по царапанию имеются специальные приборы. Твердость по царапанию характеризует сопротивление разрушению и определяется путем царапания поверхности материала алмазным конусом с углом при вершине 90°, при определенной нагрузке. Характеристикой твердости обычно является величина, обратная ширине царапины, полученной при данной нагрузке.

Сравнительные характеристики методов и возможности их применения

Преподаватель: Сегодня мы много узнали о таком механическом свойстве металлов и сплавов как твердость, я прошу обратить ваше внимание на три основных метода, используемых для определения твердости металлов – это методы Бринелля, Роквелла и Виккерса. Раздает распечатки таблицы – Сравнение основных методов определения твердости. (Приложение № 3 ).

Преподаватель и студенты вспоминают самые важные отличия этих методов – индентор, нагрузки, методика проведения испытания, обозначение числа твердости и материалы для испытания. Повторяют что такое твердость.

V. Систематизация полученных знаний и проверка качества усвоения нового материала (18 мин).

1. Повторение определений основных механических свойств. Демонстрация слайда № 17 презентации «Механические свойства металлов и сплавов. Методы определения твердости». (Приложение № 1).

2. Выполнение тестовых заданий ( Приложение № 4) .

УІ. Итоги урока (2мин).

1.Анализ работы студентов и их оценивание.

2. Выдача домашнего задания:

— повторить физические, химические и механические свойства металлов, подготовиться к тесту по данным темам.

— подготовить сообщение на тему: «Сталь – основной конструкционный материал».

Список использованных источников

1. Солнцев Ю.П. Материаловедение: учебник для студентов учреждений СПО / Ю.П. Солнцев, С.А. Вологжанина, А.Ф. Иголкин – М: Академия, 2013.-496 с.

2. Вишневецкий Ю.Т. Материаловедение: учебник для технических колледжей / Ю.Т. Вишневецкий.- 4-е изд. – М: Дашков и КО, 2009. – 670с

3. Металловедение: учебник для техникумов / А. И. Самохоцкий, М.Н. Кунявский, Т.М. Кунявская и др. – изд. 4-е, перераб. и доп. – М: металлургия, 1990. – 416 с.

4. http://www.mtomd.info/archives/category/material — Материаловедение

5. http://osvarke.info/145-materialovedenie-oglavlenie.html — Материаловедение, учебник

6. http://any-book.org/download/15744.html — Структура и свойства углеродистых сталей и чугунов

7. http://bcehaxytop.narod.ru/material/mat_index.html — Курс лекций «Материаловедение»

Приложение №2

1. Группа химических элементов, обладающих металлическими свойствами, такими как электропроводностью, металлическим блеском. (Металл)

2. Область науки и техники, охватывающая процессы получения металлов из руд или других видов сырья. (Металлургия)

3. Разрушение металла под действием внешней среды. (Коррозия)

4. Масса металла, заключенная в единице объема. (Плотность)

5. Способность металла отображать световое излучение с определенной длиной волны. (Цвет)

6. Что помогает нагретому металлу передавать тепло от более нагретого участка к менее? (Теплопроводность)

7. Какое технологическое свойство помогает металлу образовывать сварное соединение? (Свариваемость)

Приложение № 3

Сравнительная таблица методов измерения твердости

Шарик из закаленной стали

D=10 мм

Шарик из закаленной стали

D=1,588 мм

Алмазный конус

Угол при вершине 120град

Алмазная

пирамида

Угол при вершине 136град

Нагрузка

30000 Н

900 Н

1400 Н

500 Н

50-1000 Н

Обозначение числа твердости

HB

HRB

HRC

HRA

HV

Формула расчета

HB=P/F

Р-нагрузка, кгс

F – площадь отпечатка, мм²

HRB=100-е

HRB=130-е

HV=P/F

Р-нагрузка, кгс

F – площадь отпечатка, мм²

е – величина зависящая от глубины внедрения наконечника

Материал для испытания

Отожженная сталь

Цветные металлы и сплавы

Отожжен-ная сталь Цветные металлы и сплавы

Закален-ная сталь

Твер-дые спла-вы

Цветные сплавы

Отожженная сталь. Тонкий лист стали

Приложение 4

Задания для самопроверки

Сопоставьте понятия(расставьте цифры во втором и третьем столбцах около определений или обозначений величин соответствующих содержанию первого столбца):

Вариант №1

способность материала сопротивляться деформациям и разрушению

σ_упр

5. Ударная вязкость

способность металла или сплава восстанавливать первоначальную форму после прекращения действия внешней нагрузки

КС

6. НВ

твердость по Роквеллу

индентор – алмазная пирамида

7. HV

твердость по Бринеллю

индентор – алмазный конус

8. HRC

твердость по Роквеллу

индентор – стальной шарик

9. HRA

твердость по Виккерсу

индентор – стальной шарик

10. HRB

твердость по Роквеллу

индентор – алмазный конус

Приложение 4

Задания для самопроверки

Сопоставьте понятия(расставьте цифры во втором и третьем столбцах около определений, свойств или обозначений величин соответствующих содержанию первого столбца):

Вариант №2

Приложение 4

Задания для самопроверки

Сопоставьте понятия (расставьте цифры во втором столбце около определений или обозначений величин соответствующих содержанию первого столбца):

Вариант №3

1. Твердость

ψ, δ

2. Прочность

НВ, HV, HRC, HRA,HRB

3. Пластичность

σ_в

4. Упругость

σ_упр

5. Ударная вязкость

КС

6. НВ

твердость по Роквеллу

7. HV

твердость по Бринеллю

8. HRC

твердость по Роквеллу

9. HRA

твердость по Виккерсу

10. HRB

твердость по Роквеллу

Приложение 4

Задания для самопроверки

Сопоставьте понятия (расставьте цифры во втором столбце около определений или обозначений величин соответствующих содержанию первого столбца):

Вариант №4

индентор – алмазный конус

8. HRC

индентор – стальной шарик

9. HRA

индентор – стальной шарик

10. HRB

индентор – алмазный конус

методы измерения, шкалы HB, HRC, HV

Машиностроительные детали и механизмы, а также инструменты, предназначенные для их обработки, обладают набором механических характеристик. Немалую роль среди характеристик играет твердость. Твердость металлов наглядно показывает:

• износостойкость металла;
• возможность обработки резанием, шлифованием;
• сопротивляемость местному давлению;
• способность резать другой материал и прочие.

Твердость металлов

На практике доказано, что большинство механических свойств металлов напрямую зависят от их твердости.

Понятие твердости

Твердость материала – это стойкость к разрушению при внедрении во внешний слой более твердого материала. Другими словами, способность к сопротивлению деформирующим усилиям (упругой или пластической деформации).

Определение твердости металлов производится посредством внедрения в образец твердого тела, именуемого индентором. Роль индентора выполняет: металлически шарик высокой твердости; алмазный конус или пирамида.

После воздействия индентора на поверхности испытуемого образца или детали остается отпечаток, по размеру которого определяется твердость. На практике используются кинематические, динамические, статические способы измерения твердости.

В основе кинематического метода лежит составление диаграммы на основе постоянно регистрирующихся показаний, которые изменяются по мере вдавливания инструмента в образец. Здесь прослеживается кинематика всего процесса, а не только конечного результата.

Динамический метод заключается в следующем. Измерительный инструмент воздействует на деталь. Обратная реакция позволяет рассчитать затраченную кинетическую энергию. Данный метод позволяет проводить испытание на твердость не только поверхности, но и некоторого объема металла.

Статические методы – это неразрушающие способы, позволяющие определить свойства металлов. Методы основаны на плавном вдавливании и последующей выдержке в течение некоторого времени. Параметры регламентируются методиками и стандартами.

Прилагаемая нагрузка может прилагаться:

• вдавливанием;
• царапанием;
• резанием;
• отскоком.

Машиностроительные предприятия на данный момент для определения твердости материалов используют методы Бринелля, Роквелла, Виккерса, а также метод микротвердости.

На основе проводимых испытаний составляется таблица, в которой указываются материалы, прилагаемые нагрузки и полученные результаты.

Единицы измерения твердости

Каждый способов измерения сопротивления металла к пластической деформации имеет свою методику его проведения, а также единицы измерения.

Измерение твердости мягких металлов производится методом Бринелля. Данному способу подвергаются цветные металлы (медь, алюминий, магний, свинец, олово) и сплавы на их основе, чугуны (за исключением белого) и отожженные стали.

Твердость по Бринеллю определяется вдавливанием закаленного, отполированного шарика из шарикоподшипниковой стали ШХ15. Окружность шарика зависит от испытуемого материала. Для твердых материалов – все виды сталей и чугунов – 10 мм, для более мягких – 1 – 2 — 2,5 — 5 мм. Необходимая нагрузка, прилагаемая к шарику:

• сплавы железа – 30 кгс/мм2;
• медь и никель – 10 кгс/мм2;
• алюминий и магний – 5 кгс/мм2.

Единица измерения твердости – это числовое значение и следующий за ними числовой индекс HB. Например, 200 НВ.

Твердость по Роквеллу определяется посредством разницы приложенных нагрузок к детали. Вначале прикладывается предварительная нагрузка, а затем общая, при которой происходит внедрение индентора в образец и выдержка.

В испытуемый образец внедряется пирамида (конус) из алмаза или шарик из карбида вольфрама (каленой стали). После снятия нагрузки производится замер глубины отпечатка.

Единица измерения твердости – это условные единицы. Принято считать, что единица — это величина осевого перемещения конуса, равная 2 мкм. Обозначение твердости маркируется тремя буквами HR (А, В, С) и числовым значением. Третья буква в маркировке обозначает шкалу.

Методика отображает тип индентора и прилагаемую к нему нагрузку.

Тип шкалы	Инструмент	Прилагаемая нагрузка, кгс
А	Конус из алмаза, угол вершины которого 120°	50-60
В	Шарик 1/16 дюйма	90-100
С	Конус из алмаза, угол вершины которого 120°	140-150

В основном, используются шкалы измерения А и С. Например, твердость стали HRC 26…32, HRB 25…29, HRA 70…75.

Измерению твердости по Виккерсу подвергаются изделия небольшой толщины или детали, имеющие тонкий, твердый поверхностный слой. В качестве клинка используется правильная четырехгранная пирамида угол при вершине, которой составляет 136°. Отображение значений твердости выглядит следующим образом: 220 HV.

Измерение твердости по методу Шора производится путем замера высоты отскока упавшего бойка. Обозначается цифрами и буквами, например, 90 HSD.

К определению микротвердости прибегают, когда необходимо получить значения мелких деталей, тонкого покрытия или отдельной структуры сплава. Измерение производят путем измерения отпечатка наконечника определенной формы. Обозначение значения выглядит следующим образом:

Н_□ 0,195 = 2800, где

_□  — форма наконечника;

_0,196  — нагрузка на наконечник, Н;

2800 – численное значение твердости, Н/мм².

Твердость основных металлов и сплавов

Измерение значения твердости проводится на готовых деталях, отправляющихся на сборку. Контроль производится на соответствие чертежу и технологическому процессу. На все основные материалы уже составлены таблицы значений твердости как в исходном состоянии, так и после термической обработки.

Цветные металлы

Твердость меди по Бринеллю составляет 35 НВ, значения латуни равны 42-60 НВ единиц в зависимости от ее марки. У алюминия твердость находится в диапазоне 15-20 НВ, а у дюралюминия уже 70НВ.

Черные металлы

Твердость по Роквеллу чугуна СЧ20 HRC 22, что соответствует 220 НВ. Сталь: инструментальная – 640-700 НВ, нержавеющая – 250НВ.

Для перевода из одной системы измерения в другую пользуются таблицами. Значения в них не являются истинными, потому что выведены империческим путем. Не полный объем представлен в таблице.

HB	HV	HRC	HRA	HSD
228	240	20	60.7	36
260	275	24	62.5	40
280	295	29	65	44
320	340	34.5	67.5	49
360	380	39	70	54
415	440	44.5	73	61
450	480	47	74.5	64
480	520	50	76	68
500	540	52	77	73
535	580	54	78	78

Значения твердости, даже если они производятся одним и тем же методом, зависят от прилагаемой нагрузки. Чем меньше нагрузка, тем выше показания.

Методы измерения твердости

Все методы определения твердости металлов используют механическое воздействие на испытуемый образец – вдавливание индентора. Но при этом не происходит разрушение образца.

Метод определения твердости по Бринеллю был первым, стандартизованным в материаловедении. Принцип испытания образцов описан выше. На него действует ГОСТ 9012. Но можно вычислить значение по формуле, если точно измерить отпечаток на образце:

HB=2P/(πD*√(D²-d²),

• где
  Р – прикладываемая нагрузка, кгс;
• D – окружность шарика, мм;
• d – окружность отпечатка, мм.
  Шарик подбирается относительно толщины образца. Нагрузку высчитывают предварительно из принятых норм для соответствующих материалов:
  сплавы из железа — 30D²;
  медь и ее сплавы — 10D²;
  баббиты, свинцовые бронзы — 2,5D².

Условное изображение принципа испытания

Скачать ГОСТ 9012-59

Схематически метод исследования по Роквеллу изображается следующим образом согласно ГОСТ 9013.

Метод измерения твердости по Роквеллу

Итоговая приложенная нагрузка равна сумме первоначальной и необходимой для испытания. Индикатор прибора показывает разницу глубины проникновения между первоначальной нагрузкой и испытуемой h –h_0.

Скачать ГОСТ 9013-59

Метод Виккерса регламентирован ГОСТом 2999. Схематически он изображается следующим образом.

Метод Виккерса

Математическая формула для расчета:
HV=0.189*P/d² МПа
HV=1,854*P/d² кгс/мм²
Прикладываемая нагрузка варьируется от 9,8 Н (1 кгс) до 980 Н (100 кгс). Значения определяются по таблицам относительно измеренного отпечатка d.

Метод Шора

Метод считается эмпирическим и имеет большой разброс показаний. Но прибор имеет простую конструкцию и его можно использовать при измерении крупногабаритных и криволинейных деталей.

Измерить твердость по Моосу металлов и сплавов можно царапанием. Моос в свое время предложил делать царапины более твердым минералом по поверхности предмета. Он разложил известные минералы по твердости на 10 позиций. Первую занимает тальк, а последнюю алмаз.

После измерения по одной методике перевод в другую систему весьма условен. Четкие значения существуют только в соотношении твердости по Бринеллю и Роквеллу, так как машиностроительные предприятия их широко применяют. Зависимость можно проследить при изменении диаметра шарика.

d, мм	HB	HRA	HRC	HRB
2,3	712	85,1	66,4	—
2,5	601	81,1	59,3	—
3,0	415	72,6	43,8	—
3,5	302	66,7	32,5	—
4,0	229	61,8	22	98,2
5,0	143	—	—	77,4
5,2	131	—	—	72,4

Как видно из таблицы, увеличение диаметра шарика значительно снижает показания прибора. Поэтому на машиностроительных предприятиях предпочитают пользоваться измерительными приборами с однотипным размером индентора.

Механические свойства

Область напряжений, при которых происходит только упругая деформация, ограничена пределом пропорциональности ?пц. В этой области в каждом зерне имеют место только упругие деформации, а для образца в целом выполняется закон Гука – деформация пропорциональна напряжению (отсюда и название предела). Переход к пластическому состоянию наблюдается в таком интервале нагрузок, при которых движение дислокаций (и, следовательно, пластическая деформация) происходит только в отдельных кристаллических зернах, а в остальных продолжает реализовываться механизм упругой деформации. Пластическое состояние реализуется, когда движение дислокаций происходит во всех зернах образца. После перестройки дислокационной структуры (завершения пластической деформации) металл возвращается в упругое состояние, но с измененными упругими свойствами.  2.5. ТВЕРДОСТЬ В единицах HRC часто формулируют требования к  качеству поверхности стальных деталей после термообработки. Твердость HRC в наибольшей степени отражает уровень рабочих характеристик высокопрочных сталей, а с учетом простоты измерений по Роквеллу, очень широко применяется на практике. Подробно о методе Роквелла с описанием различных шкал и твердости разных классов материалов см. http://www.fast-const.ru/articles.php?article_id=2 3.1. ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ (ВЯЗКОСТЬ РАЗРУШЕНИЯ)      Свойство противостоять усталости называется выносливостью.    Её важнейшей характеристикой является предел выносливости. Он  показывает наибольшее напряжение цикла, при котором не происходит усталостного разрушения после заданного числа циклов.       Чаще используют симметричные знако-переменные циклы (поочередно действуют одинаковые по амплитуде сжимающие и растягивающие напряжения), в таких случаях предел выносливости  обозначается ?-1. Испытания на усталостную прочность регламентированы  в ГОСТ 25.502.79 и в ГОСТ 25.505-85 В другом варианте  нижний индекс указывает допустимую скорость установившейся ползучести. Для получения необходимой полноты сведений о свойствах необходимо пользоваться не ГОСТами, в которых приведены несколько легкоизмеряемых величин,а справочной литературой.

Основные механические свойства металлов и сплавов, особенности их определения

Область применения металлов определяется их основными механическими свойствами. Выделяют много параметров, которые могут использоваться для определения качества стали. Механические свойства металлов и сплавов могут существенно отличаться, что связано с химическим составом, особенностями структуры и тем, была ли проведена термическая обработка. Рассмотрим все особенности механических свойств металлов подробнее.

Основные механические показатели

Металлы получили широкое применение благодаря тому, что могут обладать различными эксплуатационными характеристиками. Наибольшее распространение получили следующие:

1. Твердость определяется несколькими методами при использовании соответствующей оснастки.
2. Предел прочности учитывается при производстве различных деталей, которые на момент эксплуатации подвержены воздействию различных нагрузок.
3. Упругость — способность металла или сплава возвращать свою форму после того, как на поверхность перестает воздействовать нагрузка. Металлы обладают относительно невысоким показателем упругости.
4. Под ударной вязкостью понимают сопротивление материала воздействию ударных нагрузок. Учитывается при производстве деталей, на которые в дальнейшем будет оказываться переменная нагрузка.
5. Ползучестью называют свойство металла или сплава к медленной пластичной деформации при воздействии нагрузок. Как правило, параметр проявляется при воздействии высокой температуры, когда начинает перестраиваться кристаллическая решетка.
6. Выделяют и усталость металла. Эта характеристика указывает на то, как материал будет разрушаться при воздействии большого числа повторно-переменных нагрузок. Кроме этого, выделяют выносливость — способность материала выдерживать подобные нагрузки.
7. Точка плавления. Металлы и сплавы могут переходить из твердого состояния в жидкое при воздействии высокой температуры. Плавка может проходить при различных показателях температуры, которые и называют точной плавления.

Рассмотрим некоторые наиболее важные механические показатели, которые указываются в технической литературе.

Твердость материала

Твердость — характеристика, которая определяет способность одного металла сопротивляться проникновению в него другого твердого тела. Этот показатель один из основных, учитывается при производстве различных деталей, инструментов и изделий.

Выделяют несколько методов определения этого показателя:

1. По Бринеллю проводится определение твердости поверхности путем плавного увеличения оказываемой нагрузки. Для этого используется стальной шарик, который вдавливается под воздействием определенного давления. После проведения испытания проверяется диаметр отпечатка и высчитывается то, какая твердость у тестируемой поверхности. Измеряется твердость в HB .
2. По Роквуллу тестирование проводится при использовании алмазного конуса стандартного типа. Кроме этого, подходит и шарик диаметром 1,588 мм из закаленной стали. По данному методу показатель твердости получается в определенных единицах измерения.
3. По Виккурсу определяют твердость поверхности также при использовании специального алмазного наконечника. Выполнен он в виде пирамиды с четырьмя гранями. Как и при измерении по Бринеллю, на наконечник оказывается давление, после чего измеряется отпечаток и проводятся вычисления показателя твердости.

Высокая твердость часто определяет хрупкость структуры. Существует много различных методов повышения твердости поверхности, большая часть предусматривает выполнение термической и химической обработки.

Предел прочности

Под пределом прочности понимают величину, которая численно равна наибольшей нагрузке, приложенной к образу при растяжении, разделенной на площадь поперечного сечения. Указывается в кг/мм².

К особенностям определения этого показателя можно отнести нижеприведенные моменты:

1. Для проведения теста используется специальная разрывная машина.
2. На момент прикладывания нагрузки может наблюдаться удлинение образца.
3. В некоторый момент происходит скачок показателя на растяжение.

После достижения определенного показателя образец начинает удлиняться с большей скоростью. Для более точного определения предела прочности проводится создание графика, на котором и отмечается точка скачка скорости растяжения.

Предел текучести

Практически все металлы и сплавы могут находиться в двух основных агрегатных состояниях: жидком и твердом. Предел текучести — показатель, определяющий напряжение, при котором на момент деформации образца указатель нагрузки на применяемой разрывной машине остается неизменным. Этот показатель учитывается при изготовлении различных заготовок, которые в дальнейшем будут использоваться под нагрузкой.

Лекция.9. Механические свойства металлических сплавов и методы их определения.

План лекции: Деформация и рекристаллизация металла. Механические свойства: прочность, пластичность, вязкость и твердость, методы их определения.

Прочность и пластичность металлов и сплавов являются одними из основных механических свойств материалов, определяющих работоспособность деталей судовых технических средств (СТС). Поэтому знание физической сущности деформации материалов, показателей, характеризующих механические свойства, а также умение их определять имеет большое практическое значение.

Так, при проведении работ по техническому обслуживанию и ремонту СТС необходима оценка качества новых или восстановленных запасных частей, а также используемых при ремонте материалов. Аналогичная информация необходима и при технической экспертизе в случае аварий на судах, когда по ее результатам зачастую делается заключение о степени виновности экипажа судна.

Прочность, как свойство металлов сопротивляться разрушению под действием внешних сил, характеризуется временным сопротивлением или пределом прочности s_в, определяемым при испытании на растяжение. Для конструктора очень важным являются прочностные характеристики металла. Чем выше прочность металла, тем меньше могут быть размеры детали при той же рабочей нагрузке, тем меньше расход металла на данную машину.

Пластичность, как способность металлов не разрушаться при значительных остаточных деформациях, характеризуется относительным удлинением d и относительным сужением y , определяемыми при испытании на растяжение. Характеристики пластичности имеют большое значение при выборе деталей машин. При малой пластичности металлы становятся хрупкими и могут разрушаться в работе при случайных перегрузках, особенно при ударном приложении нагрузок, что может привести к аварии.

Основным видом испытаний для определения прочности материалов является испытание на одноосное растяжение. Оно сравнительно легко подвергается анализу, позволяет по результатам одного опыта определять сразу несколько важных механических характеристик материала, являющихся критерием его качества и необходимым для конструкторских расчетов.

Под механическими свойствами понимают характеристики, определяющие поведение материала под действием приложенных внешних механических сил.

В результате механических испытаний получают численные значения механических свойств, т.е. значения напряжений или деформаций, при которых происходят изменения физического и механического состояний сплава.

К механическим свойствам металла обычно относят прочность, под которой понимают сопротивление металла деформации и разрушению и пластичность, т.е. способность металла к остаточной деформации без разрушения.

Основным видом испытаний для определения прочности и пластичности материалов является испытание на одноосное растяжение. По этому виду испытаний также предусмотрено выполнение лабораторной работы.

Для испытания на растяжение применяют стандартный образец, который перед испытанием маркируют, измеряют и размечают. Начальная расчетная длина образца в пределах рабочей длины ограничивается неглубокими кернами.

При испытании указанный образец крепится концами в захват разрывной машины и растягивается с малой скоростью до разрушения. В ходе испытания записывают так называемую кривую растяжения (рис.3.1), представляющую собой зависимость между прикладываемой к образцу нагрузкой P и его абсолютным удлинением l. Из этого рисунка видно, что кривая растяжения имеет 4 характерных участка, отражающих протекание в материале сложных физических явлений. Прямая на участке 1 свидетельствует, что удлинение пропорционально нагрузке, т.е. на этом участке сохраняет силу закон пропорциональности (закон Гука). После снятия нагрузки деформация растяжения исчезнет, атомы в решетке займут свое первоначальное положение. Напряжение, при котором нарушается пропорциональность между усилием и удлинением, называется пределом пропорциональности, определяемым по формуле

бпц = Pпц / Fо ,

(1)

где F_о — площадь поперечного сечения образца. Детали машин рассчитывают так, чтобы возникающие в них при эксплуатации рабочие напряжения (б_р) не превышали предела пропорциональности (упругости). Обычно б_р  0,6*б_пц.

Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к появлению остаточного удлинения (участок 11), не исчезающего после снятия нагрузки. В этот момент длина образца увеличивается без увеличения нагрузки вследствие пластической деформации, перемещения одной части зерна относительно другой по кристаллографическим плоскостям скольжения. Материал как бы течет, а нагрузка P_т соответствует пределу текучести — минимальному напряжению, при котором образец получает остаточное удлинение без заметного увеличения нагрузки, т.е.

Большинство металлов не имеет явно выраженной площадки текучести, тогда за предел текучести принимают условное напряжение, при котором образец получает остаточную деформацию О,2 % первоначальной длины образца, т.е.

При дальнейшем увеличении нагрузки металл пластически деформируется и несколько упрочняется (участок Ш).

Временное сопротивление или предел прочности s_в — это напряжение, отвечающее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца, т.е.

Для хрупких материалов достижение нагрузки P_в сопровождается разрушением. У пластичных — до этого момента удлинение образца и сужение его первоначального сечения происходит равномерно по всей расчетной длине. Затем в месте наименьшего сопротивления образуется сужение поперечного сечения (шейка): при этом нагрузка уменьшается до P_к и образец разрушается.

Предел прочности для пластичных металлов по формуле (4) меньше истинного сопротивления разрыву, так как фактически площадь сечения к концу растяжения образца меньше F_о.

Для определения характеристик пластичности складывают по поверхности разрушения половинки разорванного образца и замеряют штангенциркулем расстояние между следами керна l_к и диаметр шейки около поверхности разрушения d_к. Таким образом, под относительным удлинением  и относительным сужением  понимают соответствующие отношения абсолютного удлинения и сужения образца после разрыва к их начальным расчетным значениям, выраженным в %, т.е.

(5)

(6)

где l_о и l_к — начальная и конечная расчетная длина образца, мм; F_к — площадь сечения шейки, мм² ; F_о — начальная площадь сечения образца , мм².

Относительное удлинение d можно определить также по диаграмме растяжения (рис.3.1). С этой целью из точки Д проводится до пересечения с осью абсцисс прямая, параллельная отрезку ОС. Полученный отрезок соответствует l_пласт, равное абсолютному удлинению расчетной части образца после разрушения в мм.

Рассмотренные характеристики прочности и пластичности являются исключительно важными для всех материалов, так как на основании этих показателей устанавливаются области использования сталей, чугунов, латуней и других материалов для изготовления или восстановления деталей судовых машин и механизмов, воспринимающих и передающих силовые нагрузки. Однако во многих случаях эти свойства не характеризуют прочность материалов в условиях эксплуатации деталей СТС. Их можно использовать только для ограниченного количества простых по форме изделий, работающих в условиях статической нагрузки при температурах, близких к комнатной. Для большинства же изделий и конструкций, особенно из высокопрочных материалов, склонных к хрупкому разрушению, необходимо использовать и другие критерии оценки так называемой конструктивной прочности. В определенной степени это компенсируется учетом склонности металла к хрупкому разрушению, определяемому при динамических испытаниях на ударный изгиб и получением соответствующей характеристики материала, называемой ударной вязкостью.

Ударная вязкость, а_н, как прочность при ударных нагрузках, определяется путем разрушения стандартного образца ударом массивного маятника и представляет собой отношение затраченной на излом образца работы А_н, Дж, к площади поперечного сечения образца F, м², в месте излома, т.е.

По этому виду испытаний также предусмотрено выполнение соответствующей лабораторной работы.

Кроме рассмотренных механических свойств большое значение для работоспособности деталей СТС имеет твердость их рабочих поверхностей.

Твердость — это свойство материала сопротивляться проникновению в него другого более твердого тела определенной формы и размеров.

Методика определения твердости весьма проста и может осуществляться непосредственно на готовой детали без ее разрушения. В большинстве случаев при определении твердости производят вдавливание в испытуемый материал индентора, изготовленного из значительно более твердого материала, чем испытуемый. При вдавливании индентора происходит пластическая деформация испытуемого материала под индентором. Чем больше сопротивление материала пластической деформации, тем на меньшую глубину проникает индентор и тем выше твердость. Таким образом, твердость при испытаниях методами вдавливания характеризует сопротивление металла пластическим деформациям, т.е. по существу определяются те же механические свойства материала, которые определяются при испытаниях на растяжение, но в новых условиях напряженного состояния.

Наиболее широко применяются следующие методы определения твердости: Бринелля, Роквелла и Польди. Для определения твердости также предусмотрено выполнение соответствующей лабораторной работы.

Твердость по Бринеллю НВ (П_а) рассчитывают как отношение величины нагрузки Р (Н) к площади F (м²) поверхности полученного на образце отпечатка, представляющего собой шаровой сегмент. Определение площади шарового сегмента производят по формуле

F= 1/2  D (D —  D2-d2 ),

(8)

где D — диаметр индентора, м; d — диаметр отпечатка, м.

Тогда окончательная формула для расчета твердости по методу Бринелля будет иметь следующий вид:

(9)

Рассмотренный метод является наиболее точным, однако использование в качестве индентора стального закаленного шарика невозможно для материалов с твердостью более НВ 4500 из-за начинающейся деформации самого индентора. Кроме этого, отпечаток на детали получается достаточно больших размеров, что может привести в негодность ее рабочую поверхность.

Выбор диаметра шарика и нагрузки в зависимости от твердости и толщины испытуемого образца регламентируется ГОСТом и производится по соответствующим таблицам.

По методу Роквелла твердость определяется по глубине проникновения вдавливаемого стального шарика 1,588 мм при нагрузке 1000 Н (шкала В) или алмазного конуса с углом у вершины 120⁰ при нагрузке 600 и 1500 Н (шкалы А и С). При испытании сначала прикладывают предварительную нагрузку Р_о , равную 100 Н, а затем указанную, в зависимости от выбранной шкалы. Разность глубин проникновения шарика или алмаза под нагрузками Р_о и Р характеризует твердость. Чем меньше эта разность, тем тверже испытуемый материал и наоборот, чем больше эта разность, тем мягче материал. Значение твердости (HR) определяется по следующим формулам.

При измерении по шкалам А и С :

а при измерении по шкале В:

где е — величина, определяемая по формуле

е = (h-h_о)/0,002,

h, h_о — глубина внедрения индентора в испытуемый материал под действием нагрузок Р и Р_о соответственно,

0,002 — величина, принятая за единицу твердости и соответствующая осевому перемещению индентора на 0,002 мм.

Твердость по Роквеллу обозначается HRA, HRB или HRC соответственно по шкалам А, В и С.

Метод Роквелла менее точен в сравнении с методом Бринелля. Однако, наряду с более широким диапазоном твердости испытуемых материалов, он позволяет избегать вычислений, получать малые отпечатки на рабочих поверхностях, измерять твердость поверхностных слоев деталей после химико-термической обработки, а также твердость мелких деталей.

Для выбора индентора и нагрузки в зависимости от характеристики испытуемого материала рекомендуется использовать табличные данные.

По методу Польди используется та же схема определения твердости, что и по методу Бринелля — вдавливание стального закаленного шарика. Поэтому ему присущи практически те же ограничения по твердости. Принципиальным же отличием является ударное приложение нагрузки одновременно к детали и эталону, что позволяет исключить ее из рассмотрения и сопоставить значения твердостей с учетом лишь диаметров получаемых отпечатков.

Эталон представляет собой прямоугольный, обычно стальной брусок, у которого заранее в лаборатории судоремонтного завода определена и нанесена на торец твердость по методу Бринелля. Его вставляют в корпус приспособления и зажимают бойком так, чтобы над шариком не оказался отпечаток от ранее проведенных испытаний. Затем, установив приспособление на зачищенное напильником или наждачной бумагой место детали, наносят по бойку сильный удар молотком массой 5-10 Н. После этого вынимают эталон и измеряют на нем и детали диаметры отпечатков. Значение твердости детали вычисляют по формуле

HBдет = HBэт (dэт/dдет)2,

(12)

где НВ_эт — твердость по Бринеллю материала эталона; d_эт — диаметр

отпечатка на эталоне, мм; d_дет — диаметр отпечатка на детали, мм.

Важным преимуществом метода Польди является возможность применения его для определения твердости крупных деталей непосредственно на судне или в цехе завода. Это в значительной мере компенсирует сравнительно небольшую точность получаемых при испытаниях результатов.

Кроме рассмотренных методов существует метод определения твердости по Виккерсу и микротвердость. Первый используют для определения твердости деталей малой толщины и тонких поверхностных слоев, а второй — для определения микротвердости мелких деталей и отдельных структурных составляющих сплавов. В обоих случаях твердость (Н_*) определяется по формуле:

где Р — нагрузка, Н; d — диагональ отпечатка, мкм.

Механические свойства неметаллических материалов имеют свои особенности, зависящие от их структуры, физического состояния, температуры и т.д. Вследствие высокой молекулярной массы они не способны переходить в газообразное состояние, при нагревании образовывать низковязкие жидкости, а некоторые, обладающие термостабильной пространственной структурой, даже размягчаться.

Полимеры могут находиться в трех физических состояниях: в стеклообразном, высокоэластичном и вязкотекучем.

Стеклообразное состояние — твердое, аморфное (атомы совершают колебательное движение около положения равновесия, движения звеньев и перемещения макромолекул не происходит).

Высокоэластичное состояние присуще только высокополимерам, характеризуется способностью материала к большим обратимым изменениям формы при небольших нагрузках (колеблются звенья, и макромолекула приобретает способность изгибаться).

Вязкотекучее состояние напоминает жидкое состояние, но отличается от него очень большой вязкостью (подвижна вся макромолекула). С изменением температуры линейный или разветвленный полимер может переходить из одного физического состояния в другое.

Полимерным материалам присуще старение — самопроизвольное необратимое изменение важнейших технических характеристик, происходящее в результате сложных химических и физических процессов, развивающихся в материале в процессе эксплуатации и хранения. Причинами старения являются свет, теплота, кислород, озон и другие немеханические факторы.

Контроль структуры и свойств металла

Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться деформации и разрушению под действием приложенных нагрузок.

По характеру изменения во времени действующей нагрузки механи­ческие испытания могут быть статическими (на растяжение, сжатие, изгиб, кручение), динамическими (на ударный изгиб) и циклическими (на усталость).

По воздействию температуры на процесс их делят на испытания при комнатной температуре, низкотемпературные и высокотемпературные (на длительную прочность, ползучесть).

 

Статические испытания  проводятся при воздействии на образец с определенной скоростью постоянно действующей нагрузки. Скорость деформации составляет от 10^—4 до 10^—1 с^—1. Статические испытания на растяже­ние относятся к наиболее распространенным. Свойства, определяемые при этих испытаниях, приведены в многочисленных стандартах по техническим условиям на материалы. К статическим относятся испытания на растяжение, сжатие, изгиб, кручение.

 

Динамические испытания  характеризуются приложением к образцу ударной нагрузки и значительной скоростью деформации. Длительность ис­пытания не превышает сотен долей секунды. Скорость деформации состав­ляет около 10² с^—1. Динамические испытания чаще всего проводят по схеме ударного изгиба образцов с надрезом.

 

Циклические испытания  характеризуются многократными измене­ниями нагрузки по величине и по направлению. Примером испытаний явля­ются испытания на усталость, они длительны и по их результату определяют число циклов до разрушения при разных значениях напряжения. В конечном итоге находят предельные напряжения, который образец выдерживает без разрушения в течение определенного числа циклов нагружения.

 

Испытания на твердость.

Простейшим механическим свойством является твердость. Методы определения твердости в зависимости от скоро­сти приложения нагрузки делятся на статические и динамические, а по спо­собу ее приложения — на методы вдавливания и царапания. Методы опреде­ления твердости по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу относятся к статическим методам испытания.

 

Твердость — это способность материала сопротивляться вдавливанию в него более твердого тела (индентора) под действием внешних сил.

При испытании на твердость в поверхность материалов вдавливают пирамиду, конус или шарик (индентор), в связи с чем различают методы ис­пытаний, соответственно, по Виккерсу, Роквеллу и Бринеллю. Кроме того, существуют менее распространенные методы испытания твердости: метод упругого отскока (по Шору), метод сравнительной твердости (Польди) и не­которые другие.

При испытании материалов на твердость не изготавливают стандарт­ных специальных образцов, однако к размерам и поверхности образцов и изделий предъявляются определенные требования.

 

Твердость по Виккерсу (ГОСТ 2999-75)  устанавливают путем вдавли­вания в металл индентора — алмазной пирамиды с углом при вершине 136° под действием постоянной нагрузки Р: 1; 2; 2,5; 3; 5; 10; 20; 30; 50 или 100 кгс и выдержки под нагрузкой в течение 10-15 с. Для определения твердости черных металлов и сплавов используют нагрузки от 5 до 100 кгс, медных сплавов — от 2,5 до 50 кгс, алюминиевых сплавов — от 1 до 100 кгс. После снятия нагрузки с помощью микроскопа прибора находят длину диагонали отпечатка, а твердость HVрассчитывают по формуле

 

HV = 1,854*P/d²

 

где Р — нагрузка, кгс; d- диагональ отпечатка, мм.

Имеется таблица зависимости твердости от величины нагрузки и дли­ны диагонали. Поэтому на практике вычислений не производят, а пользуются готовой расчетной таблицей. Твердость по Виккерсу HVизмеряется в кгс/мм², Н/мм² или МПа. Значение твердости по Виккерсу может изменяться от HV2060 до HV5 при нагрузке 1 кгс.

 

По методу Бриннелля  вдавливают в образец или изделие стальной закаленный шарик диаметром 10, 5 или 2,5 мм под действием нагрузок 3000, 1000, 750, 500, 250, 62,5 кгс и др. (ГОСТ 9012-59, рис. 1.). Полученный круглый отпечаток на образце измеряют под лупой и по таблицам находят величину твердости по Бринеллю, значение которой не превышает 450 НВ. Твердость по Бринеллю почти совпадает со значениями твердости по Виккерсу.

 

Твердость НВ — это также величина напряжений сопротивления вдавливанию:

 

HB=P/F_ot=P/πDt=2P/πD(D-√(D²-d²))

 

где P- нагрузка, кгс;

F_ot— площадь отпечатка, мм²;

t- глубина сегмента отпечатка;

D- диаметр шарика, мм;

d- диаметр отпечатка, мм.

 

Твердость по Бринеллю НВ (по умолчанию) имеет размерность кгс/мм², например, твердость алюминиевого спла­ва равна 70 НВ. При нагрузке, определяе­мой в ньютонах, твердость по Бринеллю измеряется в МПа. Например, твердость отожженной стали равна 207 НВ при на­грузке 3000 кгс, диаметре шарика 10 мм, диаметре отпечатка 4,2 мм или, учитывая коэффициент перевода: 1 Н = 9,8 кгс,

НВ = 2 028 МПа.

 

 

Рис. 1. Схема определения твердости по Бринеллю

 

По методу Роквелла  (ГОСТ 9013-59) вдавливают алмазный конус с углом при вершине 120° (шкалы А и С) или стальной шарик диаметром 1,5875 мм (шкала В).

При этом определяют твердость, соответственно, HRA, HRC и HRB. В на­стоящее время измерение твердости по методу Роквелла является наиболее распространенным методом, потому что при использовании твердомеров Ро­квелла не требуется измерять отпечаток, число твердости считывается со шкалы прибора сразу после снятия основной нагрузки.

Метод заключается во вдавливании в испытуемый образец индентора под действием двух последовательно прикладываемых нагрузок — предвари­тельной Р₀ и основной Р₁ которая добавляется к предварительной, так что общая нагрузка Р = Р₀ + Р₁ После выдержки в течение нескольких секунд ос­новную нагрузку снимают и измеряют остаточную глубину проникновения индентора, который при этом продолжает находиться под действием предва­рительной нагрузки. Перемещение основной стрелки индикатора на одно де­ление шкалы соответствует перемещению индентора на 0,002 мм, которое принимается за единицу твердости.

На рис. 2 представлена схема измерения твердости по методу Рок­велла алмазным или твердосплавным конусом. При испытаниях измеряют глубину восстановленного отпечатка. Шкалы А и С между собой совпадают, поскольку испытания проводят одним и тем же индентором — алмазным ко­нусом, но при разных нагрузках: 60 и 150 кгс соответственно. Твердость в этом случае определяется как

HRC= t/0,002=100-(H-h)/0,002

 

По шкале В (нагрузка 100 кгс, шарик)

HRB = 130-(H-h)/0,002

 

 

Рис. 2. Схема определения твердости по Роквеллу (индентор — конус)

 

На практике значения твердости по Роквеллу не рассчитываются по формулам, а считываются с соответствующей (черной или красной) шкалы прибора. Шкалы HRC и HRA используются для высокой твердости, HRB -для низкой. Число твердости по Роквеллу измеряют в условных единицах, оно является мерой глубины вдавливания индентора под определенной на­грузкой.

 

Испытание на растяжение  материалов проводят в соответствии с ГОСТ 1497-84 «Методы испытаний на растяжение». Стандарт устанавливает методы статических испытаний на растяжение черных и цветных металлов для определения при температуре 20 °С пределов пропорциональности, уп­ругости, текучести, временного сопротивления разрыву, относительного уд­линения и относительного сужения, модуля упругости.

Для испытаний применяют плоские и цилиндрические образцы, выре­занные из детали или специально изготовленные. Размеры образцов регла­ментированы указанным стандартом, они подчиняются геометрическому по­добию и могут быть короткими и длинными. Для цилиндрического образца берется соотношение начальной рабочей длины l₀ и исходного диаметра d₀ : l₀= 5d₀— короткий образец, l₀= 10d₀ — длинный образец. Для плоского образцаберется соотношение рабочей длины l₀ и площади поперечного сечения F₀:

l₀= 5,65√F₀ — короткий образец, l₀= 11,3√F₀  — длинный образец. Цилиндри­ческие образцы изготавливаются диаметром 3 мм и более. Образцы состоят из рабочей части длиной l₀  и головок, форма и размер которых соответствуют захватам машины (рис. 3).

 

 

 

Рис. 3. Цилиндрические и плоские образцы до (а) и после (б) испытания на растяжение

 

 

Растяжение образца проводят на специальных машинах, позволяющих фиксировать величину прилагаемой нагрузки и изменение длины образца при растяжении. Эти же машины дают возможность записывать изменение длины образца при увеличении нагрузки (рис. 4), т.е. первичную диаграмму испытания на растяжение в координатах: нагрузка Р, Н, кН; и абсолютное удлинение образца А, мм.

 

 

Рис. 4. Первичная диаграмма растяжения

 

Измеряя величину нагрузки в характерных точках диаграммы испы­таний на растяжение (рис.4), определяют следующие параметры механиче­ских свойств материалов:

σ _пц— предел пропорциональности, точка р;

σ _0,05 — предел упругости, точка е;

σ _т — предел текучести физический, точка s;

σ _0,2— предел текучести условный;

σ _в — временное сопротивление разрыву, или предел прочности, точка b.

 

Значения 0,05 и 0,2 в записи предела упругости и текучести соответ­ствуют величине остаточной деформации ∆l в процентах от l₀ при растяжении образца. Напряжения при испытании на растяжение вычисляют путем деления нагрузки Р, соответствующей характерной точке на диаграмме, на площадь первоначального поперечного сечения F₀ рабочей части испытуемо­го образца:

σ_пц=P_пц / F₀ ; σ_0,05=P _0,05 / F₀ ; σ_т=P_т / F₀ , или σ_в=P _max / F₀ ;

 

 

Площадь поперечного сечение F₀определяется по следующим формулам:

для цилиндрического образца

 

F₀ = πd₀²/ 4

 

для плоского образца

 

F₀ = a₀*b₀

 

где а₀ — первоначальная толщина; b₀ — первоначальная ширина образца.

В точке k устанавливают напряжение сопротивления разрушению материала.

Предел пропорциональности и предел упругости определяют с помо­щью тензометра (прибор для определе­ния величины деформации). Предел текучести физический и условный рассчи­тывают, находя нагрузку по диаграмме растяжения. Если на диаграмме нет площадки текучести, то для вычисления условного предела текучести необходи­мо провести графические построения на диаграмме (рис. 1.5). Вначале находят величину остаточной деформации, рав­ную 0,2 % от l₀, далее отмечают отрезок на оси деформации, равный 0,2 % от l₀, и проводят линию, параллельную пропорциональному участку диаграммы рас­тяжения, до пересечения с кривой растяжения.

 

 

Рис. 5. Определение предела текучести

 

Нагрузка P_0,2 соответствует точке их пересечения. Физический и условный предел текучести характери­зуют способность материала к началу пластической деформации, т.е. сопротивление малой пластической деформации.

Предел прочности можно подсчитать, используя показания силоизмерителя, по максимальной нагрузке Р_max при разрыве либо найти Р_max (Р_в) по первичной диаграмме растяжения. Характер деформации при растяжении вязких и хрупких материалов существенно различается.

Хрупкие материалы после достижения максимальной нагрузки быстро разрушаются без значительной пластической деформации, поэтому σ_в для

хрупких материалов является характеристикой сопротивления разрушению, а для пластичных — характеристикой сопротивления деформации.

Напряжение разрушения определяют как истинное. При этом нагруз­ку разрушения делят на конечную площадь поперечного сечения образца после разрушения F_K:

 

S_к=P_к/F_к

 

Все рассчитанные таким образом величины являются характеристи­ками прочности материала.

 

Пластичность, т.е. способность деформироваться без разрушения, характеризуется изменениями размеров образца. При испытании на разрыв определяют следующие характеристики пластичности:

относительное удлинение

 

δ=(l_k-l₀)/ l₀*100%

 

относительное сужение

 

Ψ=(F_0к-F)/ F₀*100%

 

где l_к, F_к — соответственно, длина рабочей части и площадь поперечного сече­ния образца после разрыва.

Рассчитанные характеристики механических свойств после испытания на растяжение заносятся в протокол.

 

Испытания на ударный изгиб.

Ударная вязкость  характеризует удельную работу, затрачиваемую на разрушение при ударе образца с надре­зом. Ударная вязкость испытывается на маятниковом копре с постоянным запасом работы маятника по ГОСТ 9454-78 «Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженной, комнатной и повышенной температурах». Стандарт распространяется на черные и цветные металлы и сплавы и уста­навливает метод испытания при температурах от -100 до +1000 °С. Метод основан на разрушении ударом маятникового копра образца с концентрато­ром напряжений. В результате испытания определяют полную работу, затра­ченную при ударе К, или ударную вязкость КС.

Используют образцы прямоугольной формы с концентратором типа U, V, Т (усталостная трещина). Наиболее распространенными образцами являются образцы размерами 55x10x10 мм с U-концентратом 2×2 мм (рис. 6).

 

 

Рис. 6. Стандартный образец с U-образным надрезом для испытаний на ударный изгиб

 

На разрушение ударом образца затрачивается только часть энергии маятника, в связи с чем маятник после разрушения образца продолжает дви­гаться, отклоняясь на определенный угол. Чем больше величина работы, за­трачиваемой на разрушение образца, тем на меньший угол он отклоняется от вертикали после разрушения. По величине этого угла и определяют работу удара К или работу, затраченную на разрушение образца. Работу разрушения К относят к площади поперечного сечения образца Soв месте излома и тем самым находят КС — ударную вязкость:

 

KC = K/S₀,

 

где Kизмеряется в Дж (кгс*м), S₀— в м² (см²).

В зависимости от вида концентратора ударная вязкость обозначается

KCU, KCV, КСТ и имеет размерность МДж/м² (МДж/см²) или кгс*м/см².

 

 

 

Методы и средства определения физико-механических характеристик сталей и сплавов

Способность металла сопротивляться воздействию внешних сил характеризуется механическими свойствами. Поэтому при выборе мате­риала для изготовления деталей необходимо, прежде всего учи­тывать его механические свойства: прочность, упругость, пластичность, ударную вязкость, твердость и выносливость. Эти свойства определяют по результатам механических испытаний, при которых металлы подвер­гают воздействию внешних сил (нагрузок). Внешние силы могут быть ста­тическими, динамическими или циклическими (повторно-переменны­ми). Нагрузка вызывает в твердом теле напряжение и деформацию.

Напряжение — величина нагрузки, отнесенная к единице площади по­перечного сечения испытуемого образца. Деформация — изменение формы и размеров твердого тела под влиянием приложенных внешних сил. Различают деформации растяжения (сжатия), изгиба, кручения, среза (рис.8). В действительности материал может подвергаться одному или нескольким видам деформации одновременно.

Для определения прочности, упругости и пластичности металлы в виде образцов круглой или плоской формы испытывают на статическое растя­жение. Испытания проводят на разрывных машинах. В результате испы­таний получают диаграмму растяжения (рис. 9). По оси абсцисс этой диа­граммы откладывают значения деформации, а по оси ординат — нагруз­ки, приложенные к образцу.

Рис. 12. Виды деформаций: а — сжатие, б — растяжение, в — кручение, г — срез, д— изгиб

Прочность — способность материала сопротивляться разрушению под действием нагрузок оценивается преде­лом прочности и пределом текучести. Важным показателем прочности ма­териала является также удельная прочность — отношение предела прочности материала к его плотнос­ти. Предел прочности Од (временное сопротивление) — это условное напря­жение в МПа, соответствующее наи­большей нагрузке, предшествующей разрушению образца:σн=Рмах/f0), где Рmax — наибольшая нагрузка, H; F0 — начальная площадь поперечного сече­ния рабочей части образца, м². Истин­ное сопротивление разрыву Sk — это напряжение, определяемое отноше­ние нагрузки Рk в момент разрыва к площади минимального поперечного сечения образца после разрыва Fk(Sk=Pk/Fk).

Рис. 13. Диаграмма растяжения: а — условная диаграмма в координатах Р — Л1, б — условная диаграмма напряжений и диаграмма истинных напряжений

Предел текучести (физический) σт — это наименьшее напряжение (в МПа), при котором образец деформируется без заметного увеличения нагрузки: σт=Рт/F0, где Pт — нагрузка, при которой в диаграмме растяже­ния наблюдается площадка текучести, Н.

Площадку текучести имеют в основном только малоуглеродистая сталь и латуни. Другие сплавы площадки текучести не имеют. Для таких материалов определяют предел текучести (условный), при котором ос­таточное удлинение достигает 0,2% от расчетной длины образца:σ0.2=P0.2/F0.

Упругость — способность материала восстанавливать первоначальную форму и размеры после прекращения действия нагрузки Руп оценивают пределом пропорциональности σпц и пределом упругости σуп.

Предел пропорциональности σпц — напряжение (МПа), выше которого нарушается пропорциональность между прилагаемым напряжением и деформацией образца δпц=Pпц/F0.

Предел упругости (условный) σ_0,05 — это условное напряжение в МПа, соответствующее нагрузке, при которой остаточная деформация впер­вые достигает 0,05% от расчетной длины образца 1₀: σ _0,05=Р_0,05/F0, где Р0,05 — нагрузка предела упругости, Н.

Пластичность — это способность материала принимать новую форму и размеры под действием внешних сил не разрушаясь. Характеризуется относительным удлинением и относительным сужением.

Относительное удлинение (после разрыва) δ — это отношение прира­щения (lk-l0) расчетной длины образца после разрыва к его первоначаль­ной расчетной длине l0, выраженное в процентах: δ =[( lk-l0/ l0) 100%.

Относительное сужение (после разрыва) σ — это отношение разности начальной и минимальной площадей (F0—Fk) поперечного сечения об­разца после разрыва к начальной площади Fg поперечного сечения, выраженное в процентах: σ =[( F0—Fk / F0] 100%.

Чем больше значения относительного удлинения и сужения для мате­риала, тем он более пластичен. У хрупких материалов эти значения близки к нулю. Хрупкость конструкционного материала является отрицатель­ным свойством.

Ударная вязкость — это способность материала сопротивляться дина­мическим нагрузкам. Определяется как отношение затраченной на из­лом образца работы W (в МДж) к площади его поперечного сечения F (в м²) в месте надреза KC=W/F.

Для испытания изготовляют специальные стандартные образцы, име­ющие форму квадратных брусочков с надрезом. Испытывают образец на маятниковых копрах. Свободно падающий маятник копра ударяет по образцу со стороны, противоположной надрезу. При этом фиксируется работа, затраченная на излом.

Определение ударной вязкости особенно важно для некоторых метал­лов, работающих при минусовых температурах и проявляющих склон­ность к хладноломкости. Чем ниже порог хладноломкости, т.е. темпера­тура, при которой вязкое разрушение материала переходит в хрупкое, и чем больше запас вязкости материала, тем больше ударная вязкость ма­териала. Хладноломкость—снижение ударной вязкости материалов при низких температурах.

Циклическая вязкость — это способность материалов поглощать энер­гию при повторно-переменных нагрузках. Материалы с высокой цикли­ческой вязкостью быстро гасят вибрации, которые часто являются при­чиной преждевременного разрушения. Например, чугун, имеющий высокую циклическую вязкость, в некоторых случаях (для станин и других корпусных деталей) является более ценным материалом, чем уг­леродистая сталь.

Твердостью называют способность материала сопротивляться проник­новению в него другого, более твердого тела. Высокой твердостью должны обладать металлорежущие инструменты: резцы, сверла, фрезы, а также поверхностно-упрочненные детали. Твердость металла определяют спо­собами Бринелля, Роквелла и Виккерса (рис. 14).

Способ Бринелля основан на том, что в плоскую поверхность металла вдавливают под постоянной нагрузкой стальной закаленный шарик. Диаметр шарика и величину нагрузки устанавливают в зависимости от твердости и толщины испытываемого металла. Твердость по Бринеллю определяют на твердомере ТШ (твердомер шариковый). Испытание про­водят следующим образом. На поверхности образца, твердость которого нужно измерить, напильником или абразивным кругом зачищают пло­щадку размером 3—5 см².

Рис. 14. Определение твердости металш методами Бринелля (а), Роквелла (б) и Виккерса (в)

Образец ставят на столик прибора и поднима­ют до соприкосновения со стальным шариком, который укреплен в шпинделе прибора. Груз опускается и вдавливает шарик в испытывае­мый образец. На поверхности металла образуется отпечаток. Чем боль­ше отпечаток, тем металл мягче.

За меру твердости НВ принимают отношение нагрузки к площади по­верхности отпечатка диаметром d и глубиной t, который образуется при вдавливании силой Р шарика диаметра D (см. рис. 14, а).

Числовое значение твердости определяют так: измеряют диаметр от­печатка с помощью оптической лупы (с делениями) и по полученному значению находят в таблице соответствующее число твердости.

Преимущество способа Бринелля заключается в простоте испытания и точности получаемых результатов. Способом Бринелля не рекомендуется измерять твердость материалов с НВ>450, например закаленной стали, так как при измерении шарик деформируется и показания искажаются.

Для испытания твердых материалов применяют способ Роквелла. В об­разец вдавливают алмазный конус с углом при вершине 120″ или стальной закаленный шарик диаметром 1,59 мм. Твердость по Роквеллу измеряется в условных единицах. Условная величина единицы твердости соответст­вует осевому перемещению наконечника на 0,002 мм. Испытание прово­дят на приборе ТК. Значение твердости определяют по глубине отпечатка П и отсчитывают по циферблату индикатора, установленному на приборе. Во всех случаях предварительная нагрузка Р0 равна 100 Н.

При испытании металлов с высокой твердостью применяют алмазный конус и общую нагрузку Р=Р0+Р1=1500 Н. Твердость отсчитывают по шкале «С» и обозначают HRC. Если при испытании берется стальной шарик и общая нагрузка 1000 Н, то твердость отсчитывается по шкале «В» и обозначается HRB.

При испытании очень твердых или тонких изделий используют алмаз­ный конус и общую нагрузку 600 Н. Твердость отсчитывается по шкале «А» и обозначается HRA. Пример обозначения твердости по Роквеллу: Н RC 50 — твердость 50 по шкале «С».

При определении твердости способом Виккерса в качестве вдавливае­мого в материал наконечника используют четырехгранную алмазную пирамиду с углом при вершине 136°. При испытаниях применяют нагруз­ки от 50 до 1000 Н (меньшие значения нагрузки для определения твердо­сти тонких изделий и твердых, упрочненных поверхностных слоев ме­талла). Числовое значение твердости определяют так: замеряют длины обеих диагоналей отпечатка после снятия нагрузки и с помощью микро­скопа и по полученному среднему арифметическому значению длины диагонали находят в таблице соответствующее число твердости. Пример обозначения твердости по Виккерсу — HV 500.

Для оценки твердости металлов в малых объемах, например, на зернах металла или его структурных составляющих применяют способ определения микротвердости. Наконечник (индентор) прибора представляет со­бой алмазную четырехгранную пирамиду (с углом при вершине 136°, та­ким же, как и у пирамиды при испытании по Виккерсу). Нагрузка на индентор невелика и составляет 0,05-5 Н, а размер отпечатка 5-30 мкм. Испытание проводят на оптическом микроскопе ПМТ-3, снабженном механизмом нагружения. Микротвердость оценивают по величине диа­гонали отпечатка.

Усталостью называют процесс постепенного накопления повреж­дений материала под действием повторно-переменных напряжений, приводящий к образованию трещин и разрушению. Усталость металла обус­ловлена концентрацией напряжений в отдельных его объемах, в которых име­ются неметаллические включения, газовые пузыри, различные местные дефекты и т. д. Характерным является усталостный излом, образующийся по­сле разрушения образца в результате многократного нагружения и состоящий из двух разных по внешне­му виду частей. Одна часть излома с ровной (затертой) поверхностью обра­зуется вследствие трения поверхностей в области трещин, возникших от действия повторно-переменных нагрузок, другая часть с зернистым изло­мом возникает в момент разрушения образца. Испытания на усталость проводят на специальных машинах. Наиболее распространены ма­шины для повторно-переменного изгибания вращающегося образца, закрепленного одним или обоими концами, а также машины для ис­пытаний на растяжение-сжатие и на повторно-переменное кручение. В результате испытаний определяют предел выносливости, характе­ризующий сопротивление усталости.

Выносливость — свойство материала противостоять усталости. Предел выносливости — это максимальное напряжение, которое может выдер­жать металл без разрушения заданное число циклов нагружения. Между пределом выносливости и пределом прочности существует прибли­женная зависимость: σ_-1≈0,43δв; σ_-1p≈0.36δB, где σ_-1 и σ_-1p — соответст­венно пределы выносливости при изгибе и растяжении-сжатии.

Технологические и эксплуатационные свойства материалов

Технологические свойства. Эти свойства характеризуют способность металлов подвергаться обработке в холодном и горячем состояниях. Тех­нологические свойства определяют при технологических пробах, кото­рые дают качественную оценку пригодности металлов к тем или иным способам обработки. Образец, подвергнутый технологической пробе (рис. 15), осматривают. Признаком того, что образец выдержал испы­тание, является отсутствие трещин, надрывов, расслоения или излома. К основным технологическим свойствам относят: обрабатываемость резанием, свариваемость, ковкость, литейные свойства и др.

Обрабатываемость резанием — одно из важнейших технологических свойств, потому что подавляющее большинство заготовок, а также дета­лей сварных узлов и конструкций подвергается механической обработ­ке. Одни металлы обрабатываются хорошо до получения чистой и глад­кой поверхности, другие же, имеющие высокую твердость, плохо. Очень вязкие металлы с низкой твердостью также плохо обрабатываются: по­верхность получается шероховатой, с задирами. Улучшить обрабатывае­мость, например, стали можно термической обработкой, понижая или повышая ее твердость.

Свариваемость — способность металлов образовывать сварное соеди­нение, свойства которого близки к свойствам основного металла. Ее оп­ределяют пробой сваренного образца на загиб или растяжение.

Ковкость — способность металла обрабатываться давлением в холод­ном или горячем состоянии без признаков разрушения. Ее определяют

Рис. 15. Технологические пробы: а — изгиб на определенный угол, б — изгиб до параллельности сторон, в — изгиб до соприкосновения сторон, г— на навивание, д — на сплющивание труб, е — на осадку

Кузнечной пробой на осадку до заданной степени деформации. Высота образца для осадки равна обычно двум его диаметрам. Если на боковой поверхности образца трещина не образуется, то такой образец считается выдержавшим пробу, а испытуемый металл — пригодным для обработки давлением.

Литейные свойства металлов характеризуют способность их образо­вывать отливки без трещин, раковин и других дефектов. Основными литейными свойствами являются жидкотекучесть, усадка и ликвация.

Жидкотекучесть — способность расплавленного металла хорошо за­полнять полость литейной формы.

Усадка при кристаллизации — это уменьшение объема металла при пе­реходе из жидкого состояния в твердое; является причиной образования усадочных раковин и усадочной пористости в слитках и от­ливках.

Ликвация — неоднородность химического состава сплавов, воз­никающая при их кристаллизации, обусловлена тем, что сплавы, в отли­чие от чистых металлов, кристаллизуются не при одной температуре, а в интервале температур. Чем шире температурный интервал кристаллиза­ции сплава, тем сильнее развивается ликвация, причем наибольшую склонность к ней проявляют те компоненты сплава, которые наиболее сильно влияют на ширину температурного интервала кристаллизации (для стали, например, сера, кислород, фосфор, углерод).

Механические свойства — Скачать PDF бесплатно

Транскрипция

1 Механические свойства

2 Твердость Твердость может быть определена как сопротивление деформации или вдавливанию или сопротивление царапинам.Твердость вдавливание Отскок от царапины Твердость вдавливания представляет особый интерес для инженеров и используется чаще всего. Твердость вдавливания можно измерить разными методами. Классифицируется в зависимости от того, как это измеряется.

3 Шкала твердости Мооса Твердость по Моосу Минерал Химическая формула Абсолютная твердость 1 Тальк Mg 3 Si 4 O 10 (OH) Гипс CaSO 4 2H 2 O 3 3 Кальцит CaCO Флюорит CaF Апатит Ca 5 (PO 4) 3 (OH, Cl, F ) 48 6 Ортоклаз Полевой шпат KAlSi 3 O Кварц SiO Топаз Al 2 SiO 4 (OH, F) Корунд Al 2 O Алмаз C 1600

4 Твердость по Роквеллу В этом типе испытаний в качестве меры твердости принимается глубина вдавливания при постоянной нагрузке.Сначала прикладывают небольшую нагрузку в 10 кг для хорошего контакта индентора с поверхностью образца. Затем прикладывается основная нагрузка, и глубина вдавливания записывается на циферблате в виде произвольного числа. Циферблат состоит из 100 делений, каждое деление соответствует глубине проникновения в миллиметр.

5 Индентор твердости по Роквеллу и шкала твердости Два типа инденторов 120 алмазный конус, называемый индентором Брэле и 1.Стальные шарики диаметром 6 и 3,2 мм. Сочетание индентора и основной нагрузки приводит к различным шкалам твердости. C — Нагрузка в кг на индентор Scale Brale, обозначенная как R C. Диапазон: R C 20 R C 70. Используется для твердых материалов, таких как закаленная сталь. Шкала B Стальной шариковый индентор, кг нагрузка, обозначенная как R B. Диапазон составляет от R B 0 до R B 100. Незначительные нагрузки в шкалах R C и R B составляют 10 кг и 3 кг соответственно.

Твердость по Бринеллю 6 Индентирование выполняется стальным шариком диаметром 10 мм.Нагрузка 3000 кг (500 кг для более мягких материалов) применяется на s. Диаметр вдавливания измеряется для получения твердости (№ твердости по Бринеллю) из соотношения PP BHN DDD d Dt (кгс / м 2) (1) DP = приложенная нагрузка D = диаметр шарика d = диаметр вдавливания t = глубина отпечатка d

7 Твердость по Бринеллю BHN зависит от нагрузки. Значение P / D 2 необходимо поддерживать постоянным в соответствии с ур.(2). P 1 / D 12 = P 2 / D 22 = P 3 / D 3 2 BHN 2 D 2 1 P cos (2) D d d = D sin

8 Твердость по Виккерсу В испытании по Виккерсу используется алмазный пирамидальный индентор с квадратным основанием, имеющий угол 136 между противоположными гранями. Этот угол приблизительно соответствует идеальному соотношению d / d (0,375) в тесте Бринелля (рис. A). Твердость, называемая DPH или VHN (номер твердости по алмазной пирамиде или твердость по Виккерсу).), получается делением нагрузки (1120 кг) на площадь отпечатка. Площадь поверхности рассчитывается по длине диагоналей слепка. (а) DPH VHN 2 Psi n / L 2 2 D d L 2 P (б)

9 Микротвердость Иногда требуется определение твердости на очень небольшой площади. Например, твердость науглероженной стальной поверхности, покрытий или отдельных фаз или компонентов материала.Прилагаемая нагрузка намного меньше макротвердости. Отступ очень маленький. Для его наблюдения используется оптический микроскоп. Требуется подготовка образца. Испытания на микротвердость проводятся двумя методами.

10 Микротвердость Индентатор Кнупа Индентор Кнупа представляет собой индентор алмазной пирамиды. Создает ромбовидный отпечаток с длинной и короткой диагональю в соотношении 7: 1. Твердость называется числом твердости по Кнупу (KHN) и получается делением нагрузки (g) на площадь проекции поверхности отпечатка.P P KHN A L C (кгс / м 2) p 2 A p = Расчетная площадь вдавливания L = Увеличенная длина диагонали C = Удельная постоянная для индентора

11 Микротвердость Микротвердость по Виккерсу Такая же, как и твердость по Виккерсу, за исключением того, что приложенная нагрузка намного меньше, чтобы покрыть небольшую площадь. Диапазон приложенных нагрузок g.

12 Свойства при растяжении Напряжение и деформационное напряжение, s = P / A (1) где P — приложенная нагрузка, а A — исходная площадь поперечного сечения образца.L L e L o Деформация, L L (2) L o = Исходная длина L = Конечная длина L = L L o — удлинение o Они называются инженерными напряжениями и инженерными деформациями. o

13 Упругие и пластические свойства Все материалы деформируются под действием внешней нагрузки. До определенной нагрузки материал восстанавливает свои первоначальные размеры при снятии нагрузки. Это известно как эластичное поведение.Нагрузка, при которой материалы остаются эластичными, является пределом упругости. Деформация или деформация, возникающая в пределах предела упругости, пропорциональна нагрузке или напряжению. Это известно как закон Крюка, напряжение-деформация или напряжение = E * деформация. E известен как модуль упругости. Когда нагрузка превышает предел упругости, деформация остается постоянной. Это называется пластической деформацией. Закон Крюка больше не действует в пластиковом регионе.

14 Испытание на растяжение Нагрузка прикладывается одноосно к раме для испытания на растяжение, и смещение регистрируется.Напряжение и деформация вычисляются с использованием уравнений (1) и (2). Напряжение наносится в зависимости от деформации для построения кривой деформации. По этой кривой рассчитываются различные свойства.

15 Испытание на растяжение (а) (б)

16 Свойства при растяжении E L = предел упругости, до которого действует закон Крюка (деформация напряжением).При снятии нагрузки материал возвращается к первоначальной форме. Предел упругости определить сложно. Предел пропорциональности P L, нагрузка, при которой кривая отклоняется от линейности, принимается за упругую часть. Наклон линейной области — это модуль Юнга или модуль упругости (E). Нагрузка сверх P L вызывает остаточную или пластическую деформацию. Точка начала пластической деформации известна как предел текучести (YS). В некоторых материалах, таких как низкоуглеродистая сталь, заметен предел текучести (кривая 1 на рис.б)

17 Свойства при растяжении У многих других металлов и сплавов предел текучести не отличается (кривая 2, рис. B). В таких случаях линия, параллельная линейному участку, проводится при деформации = (0,2%), и ее пересечение на пластической области принимается за предел текучести (рис. B). Это называется испытательным напряжением 0,2%. Напряжение при максимальной нагрузке называется пределом прочности при растяжении (UTS).Напряжение до UTS — это однородная пластическая деформация. Помимо этого, площадь поперечного сечения уменьшается, и происходит сужение. Деформация разрушения e f = (L f -L o) / L o, где L f — длина после разрушения, принимается в качестве меры пластичности.

18 Свойства при растяжении Устойчивость: способность материала поглощать энергию в упругой области. Это определяется энергией деформации на единицу объема U o = ½ s o e o (= s o 2 / 2E), которая является площадью упругой области. Вязкость: способность поглощать энергию в пластическом диапазоне.Это определяется общей площадью под кривой напряжения-деформации. Высокая упругость — это свойство, необходимое для пружинных сталей, тогда как конструкционные стали имеют высокую ударную вязкость, но более низкую упругость.

19 Дуктиль Vs. Хрупкое разрушение Деформация разрушения e f = (L f -L o) / L o, или уменьшение площади разрушения, q = (A A o) / A o, принимается в качестве меры пластичности. Пластичный материал демонстрирует высокую деформацию разрушения, то есть подвергается значительной пластической деформации перед разрушением.Хрупкий материал — это материал, который до разрушения практически не деформируется.

20 Истинное напряжение и деформация Инженерное напряжение и деформация основаны на исходных размерах образца, которые изменяются во время испытания. С другой стороны, истинное напряжение и деформация основаны на фактических или мгновенных размерах и, следовательно, лучше отражают деформационное поведение материала.LLLLLL Истинная деформация, 1 o Lo dl ln LLL o 2 L 1 LL o 1 ln (3 L 2 e 1 2) … Техническое напряжение, s = P / A o Истинное напряжение, = P / A = (P / A o) (A o / A) = s (A o / A) Объем, AL, остается постоянным, A o L o = AL A o / A = L / L o = (e + 1) = s (e + 1 )

21 Кривая истинного напряжения-деформации Поскольку инженерная кривая напряжения-деформации основана на исходной площади, она спускается после максимальной нагрузки, так как несущая способность образца уменьшается из-за уменьшения площади.Однако истинная кривая напряжения-деформации (синяя) продолжает расти до разрушения, поскольку основана на фактической площади.

22 Кривая потока Истинная кривая напряжения-деформации также известна как кривая потока. Пластический участок кривой течения можно описать как = K n n, известный как показатель деформационного упрочнения, а K — коэффициент прочности. График регистрации до максимальной нагрузки даст прямую линию. Наклон линии равен n. K — истинное напряжение при = 1. n = 0, идеально пластичное твердое тело, n = 1, упругое твердое тело.Для большинства металлов n =

23 Коэффициент Пуассона Растягивающая сила в направлении x вызывает удлинение вдоль этой оси, в то время как она вызывает сжатие вдоль поперечных осей y и z. Отношение поперечной деформации к осевой — это коэффициент Пуассона. Для большинства металлов это около 0,33 y x z x

24 Напряжение сдвига и деформация Деформация тела также может привести к изменению начального угла между любыми двумя линиями.Угловое изменение известно как деформация сдвига, которая создается напряжением сдвига. a t an h = G G — модуль сдвига a h

25 Корреляция между структурой и свойством Нечувствительность к структуре: модуль упругости Свойства, чувствительные к структуре: предел текучести, UTS, пластичность. Эти свойства меняются в зависимости от структуры материала. Например, тот же материал, имеющий более мелкий размер зерна, будет иметь более высокую прочность в соответствии с соотношением — kd o i 1/2. Это известно как уравнение Холла-Петча, которое связывает предел текучести с размером зерна.o — предел текучести, d — размер зерна, а i и k — константы, зависящие от материала. Более мелкий размер зерна большая площадь границы зерна / единица объема. Поскольку границы зерен препятствуют движению дислокаций, напряжение, необходимое для перемещения дислокаций, увеличивается в мелкозернистом материале и, следовательно, увеличивается прочность.

26 Механические свойства некоторых широко используемых материалов Материал E, ГПа YS, МПа UTS, МПа% удлинн. Коэффициент Пуассона Сталь C Незакрашивающаяся сталь Легированные стали Сплавы Al Al Сплавы Ti Ti Сплавы Mg Mg Ni-Ni сверхсплав Al 2 O ПЭТ

27 Ссылки Механическая металлургия, Джордж Э. Дитер.МакГроу Хилл, Лондон l% 20properties.pdf MADRAS / Design_Steel_Structures_I / 1_introduction / 3_properti es_of_steel.pdf Ключевые слова: механические свойства; Твердость; Истинный стресс; Истинное напряжение; Показатель деформационного упрочнения; Кривая потока; Коэффициент Пуассона; Соотношение Холла-Петча

28 Примеры Пример 1. Образец длиной 15 мм и диаметром 13 мм показывает следующее поведение при испытании на растяжение. Нагрузка при 0,2% смещении 6800 кг, максимальная нагрузка 8400 кг, разрушение происходит при 7300 кг, диаметр и длина после разрыва 8 мм и 65 мм соответственно.Найдите стандартные механические свойства. Решение: A o = (13) 2/4 = мм 2, A f = (8) 2/4 = 50,3 мм 2 UTS = P max / A o = (8400 x 9,8) /132,7 = 620 Н / мм 2 = 620 МПа 0,2% условное напряжение = (6800 x 9,8) / 132,7 = 502 Н / мм 2 = 502 МПа Разрывное напряжение = (7300 x 9,8) / 132,7 = 539 МПа% удлинения = 100 * (L f L o) / L o = 100 x (65 50) / 50 = 30% уменьшения площади = 100 * (A f A o) / L o = 100 () /132,7 = 62%

29 Примеры Пример 2. Металл испытывает истинную деформацию 0,16 при истинном напряжении 500 МПа.Каков показатель деформационного упрочнения металла? К = 825 МПа. Какой будет истинная деформация при напряжении 600 МПа? Решение: n = (log -logk) / log = (log 500 log 825) / log 0,16 = = K n Деформация при 600 МПа: 600 = 825 () 0,271, деформация = 0,3

30 Тест 1. Определите твердость. Что такое шкала твердости Мооса? 2. Почему необходимо указывать комбинацию нагрузки и индентора в испытании на твердость по Роквеллу? 3. Как измеряется твердость по Бринеллю. Покажите, что BHN изменяется как P / D 2, где P — нагрузка, а D — диаметр индентора.4. Почему угол между противоположными сторонами индентора Виккерса 136 составляет? 5. Что такое микротвердость? Зачем когда-нибудь это нужно? 6. Что такое инженерное напряжение и деформация? 7. Что такое закон Хука? 8. Что такое эластичный и пропорциональный предел? 9. Как измеряется модуль упругости по кривой напряжения-деформации? 10. Что такое предел текучести?

31 Контрольный опрос 11. Что такое условное сопротивление 0,2%? 12. Как измеряется пластичность? 13. Что такое пластичное и хрупкое поведение? 14.Что такое устойчивость? Что такое стойкость? 15. Что такое истинный стресс и напряжение. Выведите взаимосвязь между истинным и инженерным напряжением и деформацией. 16. Почему инженерная кривая «напряжение-деформация» имеет пики и спад, тогда как истинная кривая «напряжение-деформация» продолжает расти? 17. Что такое кривая потока? 18. Что такое напряжение сдвига и деформация 19. Что такое коэффициент Пуассона? 20. Какие свойства чувствительны к структуре и нечувствительны к структуре? 21. Что такое коэффициент Пуассона?

32 Викторина 22.Цилиндрический стержень длиной 15 мм и диаметром 120 мм подвергается растягивающей нагрузке 35 кН. Он не должен подвергаться пластической деформации или уменьшению диаметра более чем на мм. Какой из перечисленных материалов подходит для такого требования и почему? Al (E = 70 ГПа, YS = 250 МПа, = 0,33), Ti (E = 105 ГПа, YS = 850 МПа, = 0,36), Сталь (E = 205 ГПа, YS = 550 МПа, = 0,27), Mg ( E = 45 ГПа, YS = 170 МПа, = 0,35). 23. Металл испытывает истинную деформацию 0,1 при истинном напряжении 415 МПа. Каков показатель деформационного упрочнения металла? К = 1035 МПа.Какой будет истинная деформация при напряжении 600 МПа?

33 Тест 24. Следующие данные были получены при испытании на растяжение низкоуглеродистой стали диаметром 12 мм и расчетной длиной 50 мм. Нагрузка, кн Удлинение, мм Нагрузка, кн Удлинение, мм Постройте кривую инженерного и истинного напряжения-деформации и найдите свойства при растяжении.

.

Минутку …

Включите файлы cookie и перезагрузите страницу.

Этот процесс автоматический. Ваш браузер в ближайшее время перенаправит вас на запрошенный контент.

Подождите до 5 секунд…

+ ((! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! []) + (+ !! []) + (! + [] — (!! [])) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [ ] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (+ !! [])) / + ((! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + []) + (! + [] — (!! [])) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (+ !! []) + (! + [] + (!! []) — []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) — []))

+ ((! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] +! ! [] + !! [] + !! [] + []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [ ] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] — (!! [])) + (! + [] + (!! []) + !! [])) / + ((! + [] + (!! []) — [] + [ ]) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (+ !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! []) + (! + [] + (! ! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []))

+ ((! + [] + (!! [ ]) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + []) + (! + [] + (!! []) + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] —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

+ ((! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + []) + (! + [] + (!! []) — []) + (! + [] — (!! [])) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! []) + (+ !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] +! ! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) — []) + (! + [] + (!! []) + !! [])) / + ((! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + []) + (! + [] + (!! []) — []) + (! + [] + (! ! []) + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) — []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! []))

+ ((! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + []) + (! + [] + (!! []) + !! []) + (! + [] + ( !! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] — (!! [])) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! []) + (+ !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! []) + (+ !! [])) / + ((! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + []) + (! + [] + (!! []) + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (! ! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] +! ! [] + !! []) + (! + [] — (!! [])) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [ ] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] — (!! [])))

+ ((! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + []) + (! + [] + (!! []) + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] +! ! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] —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— (!! [ ])) + (! + [] + (!! []) — []))

+ ((! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + []) + (+ !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] — (!! [])) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) — [ ]) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [])) / + (( ! + [] + (!! []) + !! [] + []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) — []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! []))

+ ((! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) +! ! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] — (!! [])) + (! + [] —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— []))

+ ((! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! []) + (+ !! []) + ( ! + [] —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— []) + (! + [] — (!! [])) + (! + [] + (!! [] ) + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! []))

+ ((! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + [ ]) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! []) + (+ !! []) + (! + [] — (!! [])) + ( ! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + ( !! []) + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] +! ! []) + (+ !! [])) / + ((! + [] + (!! [ ]) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + []) + (! + [] + (!! []) — []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] — (!! [])) + (! + [ ] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [ ]) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []))

+ ((! + [ ] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! []) + (+ !! []) + (! + [] — (!! [])) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (+ !! [])) / + ((! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] +! ! [] + []) + (! + [] + (!! []) + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! []) + (+ !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [ ] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (+ !! []) + (! + [] + (!! []) + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! []))

+ ((! + [] + (! ! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + []) + (! + [] + (!! []) + !! [ ] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] + (!! []) + !! [] + !! [] + !! [] + !! [] + !! []) + (! + [] — (!! [])) + (! + [] —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

.

Механические свойства металлов Механические свойства относятся к поведению материала при приложении внешних сил

Стресс-деформационные отношения

Взаимосвязь напряжений и деформаций Испытания на растяжение Одним из основных ингредиентов в изучении механики деформируемых тел являются резистивные свойства материалов.Эти свойства относятся к напряжениям

Дополнительная информация

Решение для домашнего задания №1

Решение домашнего задания № 1 Глава 2: Вопросы с несколькими вариантами ответов (2.5, 2.6, 2.8, 2.11) 2.5 Какие из следующих типов облигаций классифицируются как первичные (более одной)? (а) ковалентная связь, (б) водород

Дополнительная информация

РЕЗЮМЕ ЛЕКЦИИ 30 сентября 2009 г.

РЕЗЮМЕ ЛЕКЦИИ 30 сентября 2009 г. Основные темы лекции Кристаллические структуры в связи с системами скольжения. Решенное напряжение сдвига с использованием стереографической проекции для определения плоскостей скольжения активной системы скольжения

Дополнительная информация

Концепции стресса и напряжения

ГЛАВА 6 МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ МЕТАЛЛОВ Понятия напряжения и деформации 6.4 Цилиндрический образец из титанового сплава, имеющий модуль упругости 107 ГПа (15,5 10 6 фунтов на кв. Дюйм) и исходный

Дополнительная информация

СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ

1 СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ 1.1 СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ Различные материалы обладают разными свойствами в разной степени и, следовательно, ведут себя по-разному в данных условиях. Эти объекты

Дополнительная информация

ПРАКТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ НА РАСТЯЖЕНИЕ

ПРАКТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ НА РАСТЯЖЕНИЕ MTK 2B — Наука о материалах Ц эпо Мпуцое 215024596 Резюме Материалы имеют разные свойства, от механических до химических.Особый интерес к

Дополнительная информация

Испытание стали на растяжение

C 265 Лаборатория № 2: Испытание стали на растяжение См. На сайте типичный формат отчета, включая: TITL PAG, ABSTRACT, TABL OF CONTNTS, LIST OF TABL, LIST OF FIGURS 1.0 — INTRODUCTION См. Общий формат лабораторного отчета

Дополнительная информация

Свойства материалов

ГЛАВА 1 Свойства материалов ВВЕДЕНИЕ Материалы являются движущей силой технологических революций и ключевыми ингредиентами производства.Материалы повсюду вокруг нас, и

Дополнительная информация

Лаборатория испытаний на растяжение

Лаборатория испытаний на растяжение Стефан Фавилла 0723668 ME 354 AC Дата представления лабораторного отчета: 11 февраля 2010 г. Дата лабораторных занятий: 28 января 2010 г. 1 Краткое содержание Испытания на растяжение являются фундаментальными

Дополнительная информация

Lösungen Übung Verformung

Lösungen Übung Verformung 1.а) Что означает T G? (б) К каким материалам он применяется? (c) Как это влияет на ударную вязкость и на диаграмму напряжения-деформации? 2. Назовите четыре основных

Дополнительная информация

σ y (ε f, σ f) (ε f

Типичные кривые напряжение-деформация для мягкой стали и алюминиевого сплава по результатам испытаний на растяжение LL (1 + ε) A = — A uu 0 1 E l Излом мягкой стали u (ε f, f) (ε f, f) ε 0 ε 0,2 = 0,002 излом алюминиевого сплава

Дополнительная информация

КЕРАМИКА: Свойства 2

КЕРАМИКА: Свойства 2 (Анализ хрупкого разрушения) S.К. БЕЙН, 1 J.Y. Томпсон 2 1 Школа стоматологии Мичиганского университета, Анн-Арбор, Мичиган 48109-1078 [email protected] 2 Юго-восточный стоматологический колледж Нова

Дополнительная информация

Лекция 14. Глава 8-1.

Лекция 14 Усталость и ползучесть технических материалов (Глава 8) Глава 8-1 Усталость Усталость = разрушение под действием приложенного циклического напряжения. сжатие образца на верхнем подшипнике подшипника двигателя встречная гибкая муфта

Дополнительная информация

ПОДХОД STRAIN-LIFE (e -N)

ПОДХОД ЦИКЛИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ И ДЕФОРМАЦИИ (e -N) ИСПЫТАНИЕ НА МОНОТОННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ И МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ НА ДЕФОРМАЦИЮ С УПРАВЛЕНИЕМ НА ДЕФОРМАЦИЮ ЦИКЛИЧЕСКУЮ ДЕФОРМАЦИЮ И НАПРЯЖЕНИЕ-ДЕФОРМАЦИЮ НА ОСНОВЕ НАПРЯЖЕНИЯ ПОДХОД К

Дополнительная информация

Затвердевший бетон.Лекция № 14

Лекция по затвердевшему бетону № 14 Прочность бетона Прочность бетона обычно считается его наиболее ценным свойством, хотя во многих практических случаях и другие характеристики, такие как долговечность

Дополнительная информация

Met-2023: Концепции материаловедения I Примеры вопросов и ответов, (2009) (Met, PR, FC, MP, CNC, McE)

1 Met-223: Концепции материаловедения I Примеры вопросов и ответов, (29) (Met, PR, FC, MP, CNC, McE) Q-1.Определите следующее. (i) Точечные дефекты (ii) Вектор Бюргерса (iii) Система скольжения и скольжения (iv)

Дополнительная информация

15. МОДУЛЬ УПРУГОСТИ.

Глава 5 Модуль упругости 5. МОДУЛЬ УПРУГОСТИ Модуль упругости (= модуль Юнга) E — это свойство материала, которое описывает его жесткость и, следовательно, является одним из наиболее важных

Дополнительная информация

ME349 Проекты инженерного дизайна

ME349 Проекты инженерного проектирования Введение в выбор материалов Проблема выбора материалов Проектирование инженерного компонента включает три взаимосвязанные проблемы: (i) выбор материала, (ii)

Дополнительная информация

МЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ

T dition CHTR MCHNICS OF MTRIS Ferdinand.Пиво. Рассел Джонстон-младший. Джон Т. ДеВольф. Примечания к лекциям: Дж. Уолт Олер, Техасский технологический университет. Стресс и деформация, осевое нагружение — содержание. Стресс и деформация: осевое нагружение

. Дополнительная информация

УСТАЛОСТЬ В ДИЗАЙНЕ

РАССМОТРЕНИЕ УСТАЛОСТИ В ЦЕЛЯХ И ОБЪЕМЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ В этом модуле мы обсудим аспекты проектирования, связанные с усталостным разрушением, важным видом отказа в технических компонентах.Усталостное разрушение

Дополнительная информация

Мартенсит в сталях

Материаловедение и металлургия http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2002/martensite.html Х. К. Д. Х. Бхадешия Мартенсит в сталях Название «мартенсит» происходит в честь немецкого ученого Мартенса. Было использовано

Дополнительная информация

Ускорение силы тяжести

Ускорение свободного падения 1 Объект Определить ускорение свободного падения различными методами.2 Весы для приборов, шарикоподшипник, зажимы, электрические таймеры, счетчик, бумажные полоски, точность

Дополнительная информация

КРИВЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ-ДЕФЕКТА

КРИВЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ-НАПРЯЖЕНИЯ Дэвид Ройланс Департамент материаловедения и инженерии Массачусетского технологического института Кембридж, Массачусетс 02139 23 августа 2001 г. Введение Кривые напряжения-деформации очень сильно отличаются Дополнительная информация

Североамериканский нержавеющий

Североамериканский плоский прокат из нержавеющей стали Лист из нержавеющей стали T409 ВВЕДЕНИЕ NAS 409 — это стабилизированная ферритная нержавеющая сталь с содержанием 11% хрома.Он не так устойчив к коррозии или высокотемпературному окислению

Дополнительная информация

Ударные испытания КРАТКАЯ ИНФОРМАЦИЯ

КРАТКАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ДЕЯТЕЛЬНОСТИ Испытания на удар Наука в действии Испытания на удар имеют огромное значение. Столкновение двух объектов часто может привести к повреждению одного или обоих. Повреждение могло быть царапиной,

Дополнительная информация .

Краткое содержание главы. Механические свойства металлов Как металлы реагируют на внешние нагрузки?

Стресс-деформационные отношения

Взаимосвязь напряжений и деформаций Испытания на растяжение Одним из основных ингредиентов в изучении механики деформируемых тел являются резистивные свойства материалов.Эти свойства относятся к напряжениям

Дополнительная информация

Решение для домашнего задания №1

Решение домашнего задания №1 Глава 2: Вопросы с несколькими вариантами ответов (2.5, 2.6, 2.8, 2.11) 2.5 Какие из следующих типов облигаций классифицируются как первичные (более одной)? (а) ковалентная связь, (б) водород

Дополнительная информация

Свойства материалов

ГЛАВА 1 Свойства материалов ВВЕДЕНИЕ Материалы являются движущей силой технологических революций и ключевыми ингредиентами производства. Материалы повсюду вокруг нас, и

Дополнительная информация

Концепции стресса и напряжения

ГЛАВА 6 МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ МЕТАЛЛОВ Понятия напряжения и деформации 6.4 Цилиндрический образец из титанового сплава, имеющий модуль упругости 107 ГПа (15,5 10 6 фунтов на кв. Дюйм) и исходный

Дополнительная информация

СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ

1 СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ 1.1 СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ Различные материалы обладают разными свойствами в разной степени и, следовательно, ведут себя по-разному в данных условиях. Эти объекты

Дополнительная информация

Испытание стали на растяжение

C 265 Lab No.2: Испытания стали на растяжение См. Типичный формат отчета на веб-сайте, включая: TITL PAG, ABSTRACT, TABL OF CONTNTS, LIST OF TABL, LIST OF FIGURS 1.0 — INTRODUCTION См. Общий формат лабораторного отчета

Дополнительная информация

σ y (ε f, σ f) (ε f

Типичные кривые напряжение-деформация для мягкой стали и алюминиевого сплава по результатам испытаний на растяжение LL (1 + ε) A = — A uu 0 1 E l Излом мягкой стали u (ε f, f) (ε f, f) ε 0 ε 0.2 = 0,002 излом алюминиевого сплава

Дополнительная информация

Лаборатория испытаний на растяжение

Лаборатория испытаний на растяжение Стефан Фавилла 0723668 ME 354 AC Дата представления лабораторного отчета: 11 февраля 2010 г. Дата лабораторных занятий: 28 января 2010 г. 1 Краткое содержание Испытания на растяжение являются фундаментальными

Дополнительная информация

ПРАКТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ НА РАСТЯЖЕНИЕ

ПРАКТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ НА РАСТЯЖЕНИЕ MTK 2B — Наука о материалах Ц эпо Мпуцое 215024596 Резюме Материалы имеют разные свойства, от механических до химических.Особый интерес к

Дополнительная информация

КРИВЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ-ДЕФЕКТА

КРИВЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ-НАПРЯЖЕНИЯ Дэвид Ройланс Департамент материаловедения и инженерии Массачусетского технологического института Кембридж, Массачусетс 02139 23 августа 2001 г. Введение Кривые напряжения-деформации очень сильно отличаются Дополнительная информация

МЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ

T dition CHTR MCHNICS OF MTRIS Ferdinand.Пиво. Рассел Джонстон-младший. Джон Т. ДеВольф. Примечания к лекциям: Дж. Уолт Олер, Техасский технологический университет. Стресс и деформация, осевое нагружение — содержание. Стресс и деформация: осевое нагружение

. Дополнительная информация

ПОДХОД STRAIN-LIFE (e -N)

ПОДХОД ЦИКЛИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ И ДЕФОРМАЦИИ (e -N) ИСПЫТАНИЕ НА МОНОТОННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ И МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ НА ДЕФОРМАЦИЮ С УПРАВЛЕНИЕМ НА ДЕФОРМАЦИЮ ЦИКЛИЧЕСКУЮ ДЕФОРМАЦИЮ И НАПРЯЖЕНИЕ-ДЕФОРМАЦИЮ НА ОСНОВЕ НАПРЯЖЕНИЯ ПОДХОД К

Дополнительная информация

Анализ структурной целостности

Анализ структурной целостности 1.КОНЦЕНТРАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЙ Игорь Кокчаров 1.1 НАПРЯЖЕНИЯ И КОНЦЕНТРАТОРЫ 1.1.1 Напряжение Приложенная внешняя сила F вызывает внутренние силы в несущей конструкции. Внутренние силы

Дополнительная информация

Законы напряжения-деформации материалов

5 Законы о растяжении-деформации материалов 5 Лекция 5: ЗАКОНЫ О НАПРЯЖЕНИИ-НАДЕЖНОСТИ МАТРИАЛОВ ТАБЛИЦА СОДЕРЖАНИЯ Стр. 5. Введение ………………… 5 3 5.2. …………… 5 3 5.2. Поведение материала

Дополнительная информация

РЕЗЮМЕ ЛЕКЦИИ 30 сентября 2009 г.

РЕЗЮМЕ ЛЕКЦИИ 30 сентября 2009 г. Основные темы лекции Кристаллические структуры в связи с системами скольжения. Решенное напряжение сдвига с использованием стереографической проекции для определения плоскостей скольжения активной системы скольжения

Дополнительная информация

ОБЪЯСНЕНИЕ СОВМЕСТНЫХ ДИАГРАММ

ОБЪЯСНЕНИЕ СХЕМ СОЕДИНЕНИЙ Когда болтовые соединения подвергаются внешним растягивающим нагрузкам, какие силы и упругая деформация действительно существуют? Большинство инженеров в производстве крепежа

Дополнительная информация

КРИТЕРИИ ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ БОЛТОВ

Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства Линдон Б.Космический центр Джонсона, Хьюстон, Техас, 77058, ПЕРЕСМОТР А 6 ИЮЛЯ 1998 ГОДА ЗАМЕНЯЕТ КРИТЕРИИ БАЗОВОГО КОСМИЧЕСКОГО ШАТТАЖА ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ БОЛТОВ СОДЕРЖАНИЕ 1.0 ВВЕДЕНИЕ …………………….. ………………..

Дополнительная информация

15. МОДУЛЬ УПРУГОСТИ.

Глава 5 Модуль упругости 5. МОДУЛЬ УПРУГОСТИ Модуль упругости (= модуль Юнга) E — это свойство материала, которое описывает его жесткость и, следовательно, является одним из наиболее важных

Дополнительная информация

МАТЕРИАЛЫ И МЕХАНИКА ГИБКИ

ГЛАВА Проектирование железобетонных конструкций Пятое издание МАТЕРИАЛЫ И МЕХАНИЗМЫ ИЗГИБА A.Инженерная школа им. Дж. Ларка Департамент гражданской и экологической инженерии Часть I Проектирование и анализ бетона b FALL

Дополнительная информация

Долговременные характеристики полимеров

1.0 Введение Долговременные характеристики полимеров Полимерные материалы показывают поведение в зависимости от времени. Напряжение и деформация, возникающие при приложении нагрузки, зависят от времени. В самом общем виде

Дополнительная информация

КЕРАМИКА: Свойства 2

КЕРАМИКА: Свойства 2 (Анализ хрупкого разрушения) S.К. БЕЙН, 1 J.Y. Томпсон 2 1 Школа стоматологии Мичиганского университета, Анн-Арбор, Мичиган 48109-1078 [email protected] 2 Юго-восточный стоматологический колледж Нова

Дополнительная информация

УСТАЛОСТЬ В ДИЗАЙНЕ

РАССМОТРЕНИЕ УСТАЛОСТИ В ЦЕЛЯХ И ОБЪЕМЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ В этом модуле мы обсудим аспекты проектирования, связанные с усталостным разрушением, важным видом отказа в технических компонентах.Усталостное разрушение

Дополнительная информация

Лекция 14. Глава 8-1.

Лекция 14 Усталость и ползучесть технических материалов (Глава 8) Глава 8-1 Усталость Усталость = разрушение под действием приложенного циклического напряжения. сжатие образца на верхнем подшипнике подшипника двигателя встречная гибкая муфта

Дополнительная информация

Lösungen Übung Verformung

Lösungen Übung Verformung 1.а) Что означает T G? (б) К каким материалам он применяется? (c) Как это влияет на ударную вязкость и на диаграмму напряжения-деформации? 2. Назовите четыре основных

Дополнительная информация

8.2 Энергия упругой деформации

Раздел 8. 8. Энергия упругой деформации Энергия деформации, запасенная в упругом материале при деформации, вычисляется ниже для ряда различных геометрических форм и условий нагружения.Эти выражения для

Дополнительная информация

Затвердевший бетон. Лекция № 14

Лекция по затвердевшему бетону № 14 Прочность бетона Прочность бетона обычно считается его наиболее ценным свойством, хотя во многих практических случаях и другие характеристики, такие как долговечность

Дополнительная информация

HW 10. = 3,3 ГПа (483000 фунтов на кв. Дюйм)

HW 10 Проблема 15.1 Модуль упругости и предел прочности полиметилметакрилата при комнатной температуре [20 C (68 F)]. Сравните их с соответствующими значениями в таблице 15.1. Рисунок 15.3 является точным;

Дополнительная информация

Напряжение изгиба в балках

936-73-600 Напряжение изгиба в балке Вывести зависимость для напряжения изгиба в балке: Основные допущения :. Прогибы очень малы по сравнению с глубиной балки.Плоские разрезы перед гибкой

Дополнительная информация

Основы теории упругости

G22.3033-002: Темы компьютерной графики: Лекция № 7 Геометрическое моделирование Лекция по основам теории упругости Нью-Йоркского университета № 7: 20 октября 2003 г. Лектор: Денис Зорин Скрайб: Адриан Секорд, Йотам Гинголд

Дополнительная информация

3 Теория упругопластичности при малых деформациях 3.1 Анализ напряжений и деформаций 3.1.1 Инварианты напряжений Рассмотрим тензор напряжений Коши σ. Характеристическое уравнение для σ: σ 3 I 1 σ + I 2 σ I 3 δ = 0,

. Дополнительная информация

ES240 Механика твердого тела, осень 2007 г. Поле напряжений и баланс импульса. Снова представьте себе трехмерное тело. В момент времени t материальная частица (x, y,

S40 Механика твердого тела Падение 007 Поле напряжений и баланс импульса.Снова представьте себе трехмерное тело. В момент времени t материальная частица ,,) находится в состоянии напряжения ij ,,, силы на единицу объема b b ,,,.

Дополнительная информация .