Навігація
Головна
 
Головна arrow Техніка arrow Матеріалознавство в машинобудуванні

МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ МАТЕРІАЛІВ І МЕТОДИ ЇХ ВИЗНАЧЕННЯ

Визначення механічних властивостей виконується при різних умовах. Залежно від швидкості прикладання навантаження розрізняють статичні і динамічні випробування. Під час статичного випробування навантаження додається повільно і плавно зростає; при динамічних - з високою швидкістю. Випробування можуть виконуватися при нормальній (кімнатній), зниженою або підвищеній температурі.

Найбільш поширеними механічними характеристиками є: твердість, межі міцності і пружності, ударна в'язкість. Визначають також межа витривалості і межа повзучості.

Статичні випробування

Визначення прочноеті при випробуваннях на розтяг, стиск, вигин і крутіння

Значення межі міцності матеріалу залежить від схеми прикладання навантаження. Застосовують різні методи визначення міцності - при розтягуванні, стисненні, вигині, крученні. Ці випробування відрізняються співвідношенням між максимальними дотичними і нормальними напруженнями, що виникають при застосуванні навантаження, тобто різної "жорсткістю", яку характеризують коефіцієнтом жорсткості ; чим більше частка нормальних напружень, тобто менше значення , тим жорсткіше випробування.

Найбільш жорсткими є випробування на одноосьовий розтяг ( , тобто нормальні напруги в два рази перевищують дотичні); найбільш м'які - випробування на одновісний (α = 2, тобто величина дотичних напружень вдвічі перевершує нормальні). Між ними розташовуються випробування на крутіння (α = 0,8) і більш жорстке (ніж крутіння) випробування на вигин, при якому виникає неоднорідне напружений стан - від розтягування (α = 0,5 - частина зразка нижче нейтральної лінії) до стиснення (α = 2 - частина зразка вище нейтральної лінії).

Вибір методу випробувань визначається властивостями матеріалів - пластичністю, твердістю. Для визначення межі міцності слід вибирати найбільш інформативний метод випробувань. Чим пластичнее матеріал, тим більше "жорсткими" повинні бути випробування, і навпаки.

Для деяких матеріалів певні методи випробувань просто не застосовні. Так, наприклад, пластичні матеріали (мідь, алюміній і його сплави, м'які сталі) нс руйнуються при випробуваннях на вигин, вони згинаються до зіткнення решт зразка. Для них міцність визначається випробуваннями на розтяг.

Для твердих крихких матеріалів жорсткі випробування на розтягування неінформативні. Чим жорсткіше випробування, тим менше значення межі міцності; це знижує точність визначень і не дозволяє досить надійно виявити відмінність у властивостях різних матеріалів. Так, наприклад, межа міцності швидкорізальної сталі Р18 з високою твердістю (63 IIRC ) становить при випробуваннях на розтяг 1900 ... 2000 МПа, а при випробуваннях па вигин - 2700 ... 3000 МПа.

Випробування на розтяг виконують на розривних машинах. На цих же установках за допомогою спеціальних пристосувань проводяться випробування на вигин і стиск. Для випробувань на кручення потрібні спеціальні установки.

Випробування на розтяг (α = 0,5) - найбільш поширений метод визначення міцності конструкційних матеріалів. Поряд з межею міцності при цих випробуваннях визначають межу текучості і характеристики пластичності матеріалу - відносне подовження і звуження.

Випробування виконуються на розривних машинах з використанням спеціальних зразків (рис. 2.1). Головки зразків поміщаються в затискачі розривної машини, і зразки розтягують до руйнування.

В процесі прикладання навантаження в зразку виникає напруга (σ), що дорівнює відношенню прикладеної зусилля

Зразок для випробувань на розтяг

Мал. 2.1. Зразок для випробувань на розтяг

( P ) до площі поперечного перерізу зразка (F): [МПа або кгс / мм2]. Під дією прикладеного навантаження виникає деформація - зміна розмірів зразка. Деформація може бути пружною або пластичної.

Пружна деформація повністю знімається (зникає) після зняття навантаження і не призводить до змін в структурі і в властивостях матеріалу. Розрізняють абсолютну і відносну деформацію. Абсолютна ( ) - зміна розміру (довжини зразка при випробуваннях на розтяг), відносна ( ) - відношення абсолютної деформації до початкової довжині (/), тобто .

Між напругою і величиною відносної пружною деформації існує лінійна залежність - закон Гука: , де Е - модуль пружності, що характеризує жорсткість матеріалу, тобто здатність чинити опір пружним деформаціям.

Пластична деформація зникає після зняття навантаження (зігніть алюмінієвий дріт; після того як навантаження знята, дріт не розгинається - вона пластично деформована).

При випробуваннях на розтягнення будується діаграма в координатах "відносне подовження - напруга " (рис. 2.2). Визначаються: межа міцності (тимчасовий опір розриву); межа пропорційності ( ) - максимальне напруження, при якому відсутня

діаграма розтягування

Мал. 2.2. Діаграма розтягування:

- Межа пропорційності; - Межа тякучесті; - межа міцності; - Пружна деформація; - Пластична деформація

пластична деформація. Оскільки точне визначення межі пропорційності утруднено, в практиці вимірюють межа плинності ( ) - напруга, що викликає залишкову деформацію певної величини, наприклад ( ) - напруга, при якому залишкова деформація дорівнює 0,2% від первісної довжини зразка. Для більш точного визначення меж пропорційності визначають , чи .

Перед руйнуванням зразок зазнає пластичну деформацію, він подовжується, при цьому відбувається утворення шийки (рис. 2.3) - зменшення діаметру. Відносне подовження і відносне звуження (тут і - початкова до випробувань і кінцева мінімальна площа зразка, тобто площа шийки після руйнування) характеризують пластичність матеріалу. Чим більше ці характеристики, тим матеріал пластичнее.

Зруйнований зразок після випробувань на розтяг

Мал. 2.3. Зруйнований зразок після випробувань на розтяг

Випробування на вигин (α від 0,5 до 2) проводять для матеріалів з високою твердістю - понад 52 ... 53 HRC. Це загартовані інструментальні та леговані стали, тверді сплави і ін. Переваги цього методу при визначенні міцності твердих інструментальних матеріалів полягають в тому, що напружений стан матеріалу при випробуваннях і виникає при роботі інструмента близькі. При випробуваннях на вигин твердих матеріалів досягається велика точність, ніж при випробуваннях на розтяг. По-перше, усувається істотний недолік випробувань на розтяг - перекоси (від неточності установки образу) при додатку навантаження, а по-друге, за рахунок більших значень межі міцності внаслідок більш м'яких умов випробувань на вигин.

Випробування проводять в основному на зосереджений вигин (рис. 2.4). Межа міцності ( ) визначають за відомою формулою опору матеріалів: , де М - руйнує вигинає момент, (Р - виміряна при випробуванні руйнівна сила; l - відстань між опорами); W - момент опору перерізу.

Для зразків прямокутного перерізу , для круглого . Ці значення моменту опору справедливі для випадків, коли руйнування відбувається без пластичного деформування, тобто для матеріалів з вельми високою твердістю - понад 65 ... 66 HRC (це тверді сплави, ріжучий кераміка). Для матеріалів з меншою твердістю, руйнування яких передує пластична деформація (більшість випадків), слід використовувати виправлене збільшене значення моменту опору. Для зразків прямокутного перетину ; для зразків круглого перетину .

Випробування на кручення (α = 0,8) виконують як для тендітних, так і для пластичних матеріалів. Вони доцільні для визначення меж міцності, плинності матеріалів, з яких виготовляють деталі, що працюють на кручення (наприклад, торсіонні вали). Стандартні випробування проводять на циліндричних зразках з головками. Один кінець зразка закріплений нерухомо, другий затиснутий під обертається частини випробувальної машини (рис. 2.5).

При крученні циліндричного зразка виникає напружений стан чистого зсуву. У випробуваннях визначають межі плинності і міцності при зсуві Ці характеристики визначають з наступних рівнянь:

де - руйнує крутний момент; - Крутний момент, визиваю-

Схема випробувань на зосереджений вигин

Мал. 2.4. Схема випробувань на зосереджений вигин

Схема випробувань на кручення

Мал. 2.5. Схема випробувань на кручення

щий залишкову деформацію певної величини, наприклад 0,2% (тоді отримаємо межа плинності при зсуві ); - Момент опору крученню (полярний момент ;. Для круглого перетину .

Випробування на крутіння можуть виконуватися як натурні - на готових деталях або інструментах. Так визначають, зокрема, міцність свердел, побічно оцінюючи міцність за величиною руйнівного крутного моменту.

Випробування на стиск (α = 2) є м'яким видом випробувань. Його використовують для визначення міцності крихких матеріалів - чавун, бетон. Пластичні матеріали при стисненні можуть не руйнуватися, а сплюснутися.

Зразки з металевих матеріалів - циліндричні з відношенням висоти до діаметра 1 ... 2. Так, для стандартних випробувань чавуну рекомендуються зразки діаметром 10 ... 25 мм і висотою, що дорівнює діаметру.

Межа міцності при стисненні визначається як відношення руйнує сили до площі первісного перетину: (МПа або кгс / мм2].

На стиснення відчувають досить крихкі матеріали, зокрема алмаз, при цьому досягається велика точність, ніж при випробуваннях па вигин, через великі абсолютних значень межі міцності при стисненні. Так, межі міцності алмазу при стисненні і вигині відповідно рівні 2000 і 500 МПа. Ці випробування виконують на спеціальних установках для малих зразків.

 
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Нерухомість
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Техніка
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук