ПРОЧНОСТЬ

Методы определения прочности: разрушающий метод и неразрушающие методы контроля

ПРОЧНОСТЬ

Прочность – это способность материала, деталей машин, элементов строительных конструкций и т. д., сопротивляться внутренним напряжениям, возникающим под действием внешней нагрузки. В данной статье обязательно еще поговорим о внутренних напряжениях, как они определяются и какими должны быть, чтобы прочность материала, была обеспечена.

В рамках данной статьи, я расскажу более подробно о том, что такое прочность, какие существуют виды и способы расчета на прочность при простейших видах деформации: растяжении и сжатии, кручении и изгибе. Расскажу о понятии – «коэффициент запаса прочности».

Дам информацию по теориям прочности и современным способам расчета деталей и конструкций на прочность с помощью ЭВМ, в частности, программных продуктов для решения инженерных задач CAE.

Что такое прочность?

Ответ на этот вопрос неоднозначен и нужно рассмотреть несколько аспектов, чтобы понять ее природу. Прежде всего, это свойство твердого тела, характеризующее его способность противодействовать разрушению, под действием внутренних напряжений, возникающих от действия внешней нагрузки.

Природа прочности в физическом понимании, основана на силе микро взаимодействия между атомами и ионами, из которых состоит любой элемент и обусловлена не столько самим материалом, сколько типом напряжения, воздействующего на него (растяжение, изгиб, сжатие или кручение), а также условиями эксплуатации (температура, влажность).

При проведении испытаний на статические нагрузки, прочность измеряется тестированием шаблонных образцов (прямоугольной или круглой формы) с построением диаграммы, которая показывает зависимость напряжения и деформации образца. При построении такого графика определяются важные прочностные характеристики материала: предел текучести, предел упругости и предел прочности (временное сопротивление).

Специальные расчеты, такие, как выявление предельных напряжений под влиянием постоянных нагрузок, и расчет усталостной нагрузки под воздействием циклических нагрузок, показывают насколько прочен определенный материал.

Существует понятие общей прочности, которое означает устойчивость к разрушению всей системы связей, в целом. Ее нарушение приводит к поражениям различного рода, характер их может иметь хрупкую или вязкую природу. При хрупкости, любая поверхность теряет свою целостность, появляются надломы, трещины.

При вязких состояниях поверхность натягивается, имеет вяжущую структуру.

Наиболее прочные структуры имеют минимальные показатели пластичности и вязкости, хотя на эти свойства может оказывать серьезное влияние температурный режим, например, при более низких температурах некоторые сплавы металлов становятся более прочными.

Методы определения прочности материалов

На практике применяют два метода определения прочности изделий, с их помощью осуществляется контроль качества как отдельных элементов, так и уже готовых конструкций.

Разрушающий метод

Разрушающий метод — обнаружение предельно допустимых базовых способностей объекта, с применением испытаний на контрольных образцах, до абсолютного разрушения последних.

Проводится данное тестирование путем выделения ряда образцов, произведенных по аналогичной технологии и из тех же составляющих компонентов, отбор производится как из готового сооружения или изделия, так и специально изготавливается для тестирования.

Такой метод обладает наибольшей достоверностью и результаты, полученные при его выполнении максимально, подлинно отражают физические свойства материала, но на практике такой анализ требует дополнительных затрат и не всегда имеется возможность его провести.

Неразрушающие методы контроля

Второй способ — это неразрушающие испытания, которые позволяют сохранить рабочие характеристики объектов в неизменном виде, без каких-либо конструктивных изменений, что удобно при инспекции готовых конструкций.

https://www.youtube.com/watch?v=eXlOxMO47t4

Неразрушающие методики основаны на определении параметров, но только косвенным образом, и проводятся несколькими способами:

Капиллярный

Производится капиллярное проникновение жидкостей или газов в полости исследуемых элементов, затем регистрируются индикаторные следы либо при помощи преобразователя, либо визуально.

Таким образом, обнаруживаются поверхностные и сквозные дефекты, однако, это требует больших временных затрат, особенно при тщательных осмотрах поверхности с применением инструментов увеличения (дефектоскопа).

Механическая проверка

Существует несколько вариантов осуществления анализа локальных разрушений объекта — это отрыв со скалыванием, ультразвуковое анализирование, воздействие ударного импульса, упругий отскок, пластическая деформация.

Каждый способ проверки обладает как достоинствами, так и ограничениями в применении.

Единственный эталонный и для которого в ГОСТе закреплены градуированные зависимости — это метод отрыва со скалыванием, в основном, он применяется для бетона.

Магнитный (магнитопорошковый)

Применяется магнитный индикатор для конструкций, изготовленных из сталей ферромагнитного типа, ограничен формой плоскости намагничивания и не может использоваться для неферромагнитных соединений.

Акустический — резонансный

Определяет колебания упругости образца и частоту продольных или изгибных колебаний, основной плюс такой проверки — это обнаружение дефектов, находящихся еще только в стадии развития (от десятых долей миллиметра), но для качественного проведения такого изучения необходимо дорогостоящее оборудование.

Радиационный

Проводится рентгеновским аппаратом, в основном используется для установления внутренних деформаций соединений, которые получены посредством сварки (непровары, поры, шлаковые включения, трещины).

Тепловой

Делается с помощью тепловизора, выявляются места проходимости тепла, протечек, нарушений изоляционных покрытий, участков нагрева электрических контактов, но на корректность измерений влияют погодные условия, при проведении не всегда удается исключить такие влияния.

Вихретоковый

Используется вихретоковый дефектоскоп, обнаруживает поверхностные повреждения и изъяны, находящиеся на небольших глубинах (глубина -1 – 4 мм), но ограниченно, только в токопроводящих изделиях.

Оценивая все вышеописанные методики, можно сделать вывод, что прочность должна измеряться способом, наиболее подходящим к конкретному исследуемому объекту и при обязательном учете влияния факторов внешней среды, в которой он эксплуатируется.

Важнейшая задача современных производств — это улучшение прочности любых конструкций, она решается включением легирующих элементов в сплавы, радиоактивным облучением, использованием армирующих и композиционных материалов, термической и механической обработкой.

Предел прочности стали

ПРОЧНОСТЬ

Прочность металлических конструкций – один из важнейших параметров, определяющих их надежность и безопасность.

Издревле вопросы прочности решались опытным путем — если какое-либо изделие ломалось — то следующее делали толще и массивнее.

С 17 века ученые начали планомерное исследование проблемы, прочностные параметры материалов и конструкций из них можно рассчитать заранее, на этапе проектирования. Металлурги разработали добавки, влияющие на прочность стальных сплавов.

Предел прочности стали

Предел прочности

Предел прочности — это максимальное значение напряжений, испытываемых материалом до того, как он начнет разрушаться. Его физический смысл определяет усилие растяжения, которое нужно приложить к стрежневидному образцу определенного сечения, чтобы разорвать его.

Каким образом производится испытание на прочность

Прочностные испытания на сопротивление разрыву проводятся на специальных испытательных стендах. В них неподвижно закрепляется один конец испытываемого образца, а к другому присоединяют крепление привода, электромеханического или гидравлического. Этот привод создает плавно увеличивающее усилие, действующее на разрыв образца, или же на его изгиб или скручивание.

https://www.youtube.com/watch?v=x4w3sdk80Ko

Испытание на разрыв

Электронная система контроля фиксирует усилие растяжения и относительное удлинение, и другие виды деформации образца.

Виды пределов прочности

Предел прочности — один из главных механических параметров стали, равно как и любого другого конструкционного материала.

Эта величина используется при прочностных расчетах деталей и конструкций, судя по ней, решают, применим ли данный материал в конкретной сфере или нужно подбирать более прочный.

Различают следующие виды предела прочности при:

  • сжатии — определяет способность материала сопротивляться давлению внешней силы;
  • изгибе — влияет на гибкость деталей;
  • кручении – показывает, насколько материал пригоден для нагруженных приводных валов, передающих крутящий момент;
  • растяжении.

Виды испытаний прочности материалов

Научное название параметра, используемое в стандартах и других официальных документах — временное сопротивление разрыву.

На сегодняшний день сталь все еще является наиболее применяемым конструкционным материалом, понемногу уступая свои позиции различным пластмассам и композитным материалам. От корректного расчета пределов прочности металла зависит его долговечность, надежность и безопасность в эксплуатации.

Предел прочности стали зависит от ее марки и изменяется в пределах от 300 Мпа у обычной низкоуглеродистой конструкционной стали до 900 Мпа у специальных высоколегированных марок.

На значение параметра влияют:

  • химический состав сплава;
  • термические процедуры, способствующие упрочнению материалов: закалка, отпуск, отжиг и т.д.

Некоторые примеси снижают прочность, и от них стараются избавляться на этапе отливки и проката, другие, наоборот, повышают. Их специально добавляют в состав сплава.

Кроме предела прочности, в инженерных расчетах широко применяется связанное с ним понятие-предел текучести, обозначаемый σт. Он равен величине напряжения сопротивления разрыву, которое необходимо создать в материале, для того, чтобы деформация продолжала расти без наращивания нагрузки. Это состояние материала непосредственно предшествует его разрушению.

На микроуровне при таких напряжениях начинают рваться межатомные связи в кристаллической решетке, а на оставшиеся связи увеличивается удельная нагрузка.

Общие сведения и характеристики сталей

С точки зрения конструктора, наибольшую важность для сплавов, работающих в обычных условиях, имеют физико-механические параметры стали.

В отдельных случаях, когда изделию предстоит работать в условиях экстремально высоких или низких температур, высокого давления, повышенной влажности, под воздействием агрессивных сред — не меньшую важность приобретают и химические свойства стали.

Как физико-механические, так и химические свойства сплавов во многом определяются их химическим составом.

Влияние содержание углерода на свойства сталей

По мере увеличения процентной доли углерода происходит снижение пластичности вещества с одновременным ростом прочности и твердости. Этот эффект наблюдается до приблизительно 1% доли, далее начинается снижение прочностных характеристик.

Повышение доли углерода также повышает порог хладоемкости, это используется при создании морозоустойчивых и криогенных марок.

Влияние углерода на механические свойства стали

Рост содержания С приводит к ухудшению литейных свойств, отрицательно влияет на способность материала к механической обработке.

Добавки марганца и кремния

Mn содержится в большинстве марок стали. Его применяют для вытеснения из расплава кислорода и серы. Рост содержания Mn до определенного предела (2%) улучшает такие параметры обрабатываемости, как ковкость и свариваемость. После этого предела дальнейшее увеличение содержания ведет к образованию трещин при термообработке.

Влияние кремния на свойства сталей

Si применяется в роли раскислителя, используемого при выплавке стальных сплавов и определяет тип стали. В спокойных высокоуглеродистых марках должно содержаться не более 0,6% кремния. Для полуспокойных марок этот предел еще ниже — 0,1 %.

При производстве ферритов кремний увеличивает их прочностные параметры, не понижая пластичности. Этот эффект сохраняется до порогового содержания в 0,4%.

Влияние легирующих добавок на свойства стали

https://www.youtube.com/watch?v=6fNbd57kBms

В сочетании с Mn или Mo кремний способствует росту закаливаемости, а вместе с Сг и Ni повышает коррозионную устойчивость сплавов.

Азот и кислород в сплаве

Эти самые распространенные в земной атмосфере газы вредно влияют на прочностные свойства. Образуемые ими соединения в виде включений в кристаллическую структуру существенно снижают прочностные параметры и пластичность.

Легирующие добавки в составе сплавов

Это вещества, намеренно добавляемые в расплав для улучшения свойств сплава и доведения его параметров до требуемых. Одни из них добавляются в больших количествах (более процента), другие — в очень малых. Наиболее часто применяю следующие легирующие добавки:

  • Хром. Применяется для повышения прокаливаемости и твердости. Доля – 0,8-0,2%.
  • Бор. Улучшает хладноломкость и радиационную стойкость. Доля – 0,003%.
  • Титан. Добавляется для улучшения структуры Cr-Mn сплавов. Доля – 0,1%.
  • Молибден. Повышает прочностные характеристики и коррозионную стойкость, снижает хрупкость. Доля – 0,15-0,45%.
  • Ванадий. Улучшает прочностные параметры и упругость. Доля – 0,1-0,3%.
  • Никель. Способствует росту прочностных характеристик и прокаливаемости, однако при этом ведет к увеличению хрупкости. Этот эффект компенсируют одновременным добавлением молибдена.

Металлурги используют и более сложные комбинации легирующих добавок, добиваясь получения уникальных сочетаний физико-механических свойств стали. Стоимость таких марок в несколько раз (а то и десятков раз) превышает стоимость обычных низкоуглеродистых сталей. Применяются они для особо ответственных конструкций и узлов.

, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Прочность

ПРОЧНОСТЬ
Испытание образца на прочность при сжатии.

Прочность — способность материала сопротивляться необратимый ( пластической, вязкой) деформации и разрушению (разделению на части) под действием нагрузок или других факторов (усадка, неравномерное температурное поле и т. д.). Потеря прочности или превышение ее предельного значения приводит к разрушению материала и детали или конструкции из него изготовленной.

Различают прочность собственно материала и конструкционную прочность, а по способу приложения нагрузки: кратковременную, длительную и прочность в условиях циклических нагрузок и усталости.

Показатели прочности: временное сопротивление или предел прочности, граница упругости, предел текучести, граница длительной прочности, предел выносливости.

1. Допустимые напряжения

Наибольшие напряжения в материале детали из условия надежной ее работы следует ограничивать допустимыми значениями. При растяжении и сжатии допустимые напряжения обозначают соответственно и . При смещении — .

Если известны допустимые напряжения и есть формулы, определяющие напряжение через усилия и моменты в сечении, то можно, в принципе, рассчитать на прочность любую деталь.

2. Оценка прочности при различных видах деформации

При растяжении или сжатия стержня находят опасные сечения, в которых напряжения достигают наибольших по модулю значений, и для этих сечений записывают условие прочности в виде:

Для случая сдвига (среза)

При сгибании

При кручении

При поверхностном смятии деталей

В этих уравнениях:

  • , и — Крупнейшие расчетные нормальное, касательное напряжение или напряжение смятия, соответственно;
  • и — Допустимые нормальное и касательное напряжение, безопасны с точки зрения прочности детали;
  • — Наибольшее усилие растяжения, среза или морщины;
  • — Крупнейший изгибающий момент;
  • — Наибольший крутящий момент;
  • — Осевой момент сопротивления сечения;
  • — Полярный момент сопротивления сечения детали;
  • А — площадь сечения (поверхности смятия).

Для случая сложного напряженного состояния, когда вектор напряжения в материале произвольно направлен в трехмерных координатах, эквивалентное напряжение и условие наступления предельного состояния определяют руководствуясь теориями прочности.

3.1. Образцы для испытаний

Разрывная машина для испытаний образцов на растяжение

Важной характеристикой материала является предел прочности, которую определяют в результате разрушения образцов при статических испытаний на специальных разрывных машинах.

Чаще всего испытывают на растяжение, реже на сжатие, изгиб или кручения. В случае растяжения стандартный образец круглого (реже прямоугольного) сечения нагружают двумя одинаковыми и противоположно направленными силами вдоль его оси. Эти силы плавно растут до тех пор, пока образец не разрушится.

Чаще используют длинные образцы, в которых отношение длины к поперечному диаметру l / d = 10, реже — короткие, в которых l 0 / d 0 = 5, где l 0 — начальная расчетная длина и d 0 — начальный диаметр образца; S 0 — начальная площадь поперечного сечения образца).

Перед испытанием вроде наносят отметки, которыми обозначают величину l 0, затем измеряют l 0 и d 0.

3.2. Диаграмма растяжения

Диаграмма растяжения металлического образца

На основе испытаний образцов на разрывных машинах строится диаграмма растяжения ( диаграмма деформирования) в координатах напряжение — деформация. Характер диаграммы зависит от свойств испытуемого материала. Типичный такой диаграммы изображен на рисунке. Диаграмма растяжения имеет ряд характерных участков.

https://www.youtube.com/watch?v=kt_kzACKgJQ

С начала погрузки до определенного значения напряжений имеет место прямо пропорциональна зависимость между напряжением и деформацией. На этой стадии растяжения справедливый закон Гука.

Далее эта линейная зависимость теряется и предел называется граница пропорциональности. Итак границей пропорциональности называется напряжение, после которого нарушаетсязакон Гука.

При дальнейшем увеличении нагрузки, в материале появляются остаточные деформации, не исчезающие после разгрузки. Наибольшее напряжение, к которому остаточная деформация не оказывается, называется пределом упругости.

Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к появлению горизонтальной площинкы текучести на диаграмме деформирования.

Такой процесс деформации называют текучестью материала сопровождается остаточным удлинением, не исчезающей после разгрузки.

Итак, пределом текучести (Yield Strength) σ Т называется наименьшее напряжение, при котором деформация образца происходит при постоянном растягивающие напряжения.

Начало пластической деформации соответствует наступлению некоторого критического состояния, которое можно обнаружить не только за появлением остаточных деформаций, но и за повышением температуры, изменением электропроводности и магнитных свойств при этом.

После стадии текучести материал снова приобретает способность увеличивать сопротивление (Strain Hardening) в некоторой границы.

Напряжение, соответствующее максимальному сопротивлению материала называется временное сопротивление или предел прочности (Ultimate Strenght) и обозначается σ в.

Дальнейшее растяжение образца сопровождается появлением шейки (локализации деформации), его разупрочнения и разрушением (Fracture).

Граница (предел) прочности при сжатии плотных изверженных и метаморфических горных пород составляет около 100 МПа, а для особо прочных пород, например, базальтов, достигает 500 МПа.

Прочность осадочных пород существенно зависит от ихнои структуры и пористости и лежит в пределах 5-200 МПа.

Теории прочности разрабатывались многими учеными, среди которых были Галилео Галилей, Сен-Венана, Кулон, Максвелл, Мор, Риттингер и др..

Литература

Слово прочность

ПРОЧНОСТЬ

Слово прочность английскими буквами(транслитом) — prochnost

Слово прочность состоит из 9 букв: н о о п р с т ч ь

Значения слова прочность. Что такое прочность?

Прочность

Прочность горных пород (a. rock strength, tenacity; н. Gesteinsfestigkeit; ф. resistance des roches, durete des roches; и. dureza de rocas, fuerza de rocas) — свойство горн. пород в определённых условиях, не разрушаясь…

Геологический словарь. — 1978

ПРОЧНОСТЬ, способность материала (или конструкции) сопротивляться внеш. мех. воздействиям, не деформируясь необратимо выше заданного предела, т.е. не разрушаясь (см. Деформация механическая, Механические свойства).

Химическая энциклопедия

Про́чность (в физике и материаловедении) — свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих под воздействием внешних сил.

ru.wikipedia.org

ПРОЧНОСТЬ — св-во материалов в определ. условиях и пределах, не разрушаясь, воспринимать те или иные воздействия (нагрузки, неравномерные температурные, магнитные, электрич. и др. поля, неравномерные высыхание или набухание…

Большой энциклопедический политехнический словарь

ПРОЧНОСТЬ — напряжённость электрич. однородного поля Е пр, при к-рой наступает электрич. пробой среды. У слюды, кварца и др. «хороших» диэлектриковв очищенных и обезгаженных жидких диэлектрикахв газах Э. п. зависит от давления и темп-ры…

Физическая энциклопедия. — 1988

ПРОЧНОСТЬ СУДНА

ПРОЧНОСТЬ СУДНА — Способность судна воспринимать действующие на него внешние силы без разрушения. Различают общую и местную П. С. Нарушение общей П. С. приводит к разрушению корпуса и, как правило, к гибели судна…

www.marineterms.ru

Прочность на разрыв

Прочность на разрыв Термин прочность на разрыв Термин на английском tensile strength Синонимы Аббревиатуры Связанные термины Определение сопротивление, которое материал способен оказать растягивающему напряжению.

Энциклопедический словарь нанотехнологий. — 2010

ПРОЧНОСТИ ПРЕДЕЛ напряжения или деформации, соответствующие максимальному (до разрушения образца) значению нагрузки. При растяжении цилиндрич. образца из металла разрушению (разрыву) обычно предшествует образование шейки…

Физическая энциклопедия. — 1988 Эти показатели практически никогда не подразумеваются под термином предел прочности. Значения предельных напряжений на растяжение и на сжатие обычно различаются.
ru.wikipedia.org

ПРОЧНОСТЬ И РАЗРУШЕНИЕ

ПРОЧНОСТЬ И РАЗРУШЕНИЕ. Прочность тела – это его способность сохранять свою целостность под действием внешних факторов, не разделяясь на отдельные фрагменты, в противном случае говорят, что наступило разрушение.

Энциклопедия Кругосвет

Статическая прочность

Статическая прочность авиационных конструкций — способность конструкции воспринимать однократно приложенные максимальные внешние силы, не разрушаясь и не получая недопустимых остаточных деформаций.

Энциклопедия техники

Усталостная прочность

Уста́лостная про́чность (уста́лостная долгове́чность) — свойство материала не разрушаться с течением времени под действием изменяющихся рабочих нагрузок. В большинстве случаев это циклические нагрузки.

ru.wikipedia.org

Электрическая прочность

Электрическая прочность — характеристика диэлектрика, минимальная напряжённость электрического поля, при которой наступает электрический пробой. Все газы, а также все твёрдые и жидкие диэлектрики обладают конечной электрической прочностью.

ru.wikipedia.org

Электрическая прочность, напряжённость однородного электрического поля, при которой наступает пробой диэлектриков. При определении Э. п. для исключения теплового пробоя измерения производятся, как правило, в импульсном режиме…

БСЭ. — 1969—1978

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ — минимальная напряженность однородного электрического поля, при которой наступает пробой диэлектриков.

Большой энциклопедический словарь

Предел длительной прочности

Пределом длительной прочности называется напряжение, подсчитанное по первоначальной площади сечения образца, при котором происходит разрушение образца при данной температуре через заранее заданный промежуток времени.

ru.wikipedia.org ПРЕДЕЛ ДЛИТЕЛЬНОЙ ПРОЧНОСТИ — механич. хар-ка материалов: условное напряжение, равное отношению нагрузки, при к-рой происходит разрушение образца через определ. промежуток времени, к первонач площади поперечного сечения.
Большой энциклопедический политехнический словарь

Русский язык

Про́чность, -и.

Орфографический словарь. — 2004

Про́чн/ость/.

Морфемно-орфографический словарь. — 2002

Примеры употребления слова прочность

Костистая часть покрыта щитками, обеспечивающими дополнительную прочность и защиту.

Одновременно с этим моментом Жюль Бьянки тоже проверил заграждения на прочность.

Не проверяйте свой организм на прочность, не идите на поводу у вредных привычек.

17 мая этого года «медведи» уже тестировали этот уровень на прочность, и он им не поддался.

Плюс прочность и долговечность и, что немаловажно, очень привлекательная, выгодная цена!

От мастерства сварщика зависит прочность конструкций, в том числе жилых зданий.

Хотя персонально оборонительная прочность была обеспечена хорошо знакомыми людьми.

Pereosnastka.ru

ПРОЧНОСТЬ

Прочность и твердость металла

Категория:

Слесарно-инструментальные работы

Прочность и твердость металла

Металлы, применяемые в машиностроении и инструментальном производстве, обладают разнообразными ценными свойствами, но самые главные из них — прочность и твердость.

Расскажем коротко об этих свойствах.

Прочность, как известно, есть способность материала сопротивляться разрушению. Если металл не рвется при растяжении и не разрушается при ударе, говорят, что металл прочен.

Но в технике нельзя полагаться только на общее впечатление о том, прочен или недостаточно прочен металл, с которым имеют дело.

Прочность материала должна быть точно измерена, причем должны быть отдельно определены его способность сопротивляться разрыву и его способность, противостоять ударным нагрузкам.

Чтобы определить прочность металла, изготовленные из него образцы подвергают растяжению на специальных машинах до тех пор, пока они не разорвутся. Проследив при действии какой силы разорвался образец и изучив изменение его размеров в месте разрыва, можно получить полную и точную характеристику прочности металла, из которого образец изготовлен.

Затем, разделив величину силы, разорвавшей образец, выраженную в килограммах, на площадь поперечного сечения образца, выраженную в квадратных миллиметрах, узнают то напряжение, которое выдержал образец, т. е. прочность материала на разрыв.

Величина этой силы, отнесенная к единице площади сечения и измеренная поэтому уже не в кг, а в кг/мм2, называется пределом прочности при растяжении и обозначается во всей технической литературе, чертежах и технологических документах буквой зв (сигма бэ).

Знание величины предела прочности при растяжении з8 того или иного металла позволяет не только рассчитать изделие на прочность, но и подобрать необходимые режимы резания при его обработке. Это имеет большое значение потому, что прочность сталей весьма различна. Так, например, Ст. 1 имеет = 32 40 кг/мм2, а некоторых высоколегированных сталей доходит до 200 кг/мм2.

Изучая дальше разорванный образец, можно обнаружить, что его сечение в месте разрыва несколько сузилось, а общая длина увеличилась. Это явление говорит о том, насколько данный материал способен противостоять разрушению и изменять свою форму, не нарушая молекулярной связи между его частицами, т. е. быть пластичным.

Если же теперь подсчитать насколько уменьшилась площадь поперечного сечения образца, а затем эту величину разделить на его первоначальную площадь, то получится результат, выраженный в.

процентах и называемый относительным сжатием поперечного сечения. Относительное сжатие поперечного сечения обозначается буквой ф (пси) и характеризует вязкость материала.

Величина у самых мягких низкоуглеродистых сталей доходит до 60%, у наименее вязких — до 30%.

Измерение увеличенной длины образца характеризует относительное удлинение и обозначается буквой 8 (дельта). Чем больше относительное удлинение, тем больше пластичность металла. По величине относительного удлинения 5 и относительного сжатия , косвенно, можно судить и о вязкости металла. Под вязкостью металла понимают свойство материала противоположное хрупкости.

Второе главное свойство металлов — это твердость. Чем выше твердость, тем деталь долговечнее, тем медленнее она изнашивается.

Режущий инструмент только потому снимает стружку с детали, что твердость его намного выше твердости обрабатываемого материала.

Уже небольшое изменение твердости существенно сказывается на эксплуатационных свойствах детали и инструмента. Все это заставляет производственников тщательно следить за состоянием твердости детали.

Твердость металла определяется вдавливанием какого-нибудь, предмета в испытываемый материал. По глубине вдавливания судят насколько велика эта твердость. На этом принципе работают существующие приборы для измерения твердости: пресс Бринелля и приборы Роквелла.

При помощи пресса Бринелля твердость незакаленных сталей, а также чугуна измеряется вдавливанием в них стального шарика диаметром 10 мм с силой 3000 кг.

Для других материалов сила вдавливания шарика меняется: для меди, латуни и им подобных она составляет 1000 кг, а для мягких сплавов 250 кг. Прибор Рок-велла определяет твердость закаленных материалов вдавливанием) специального алмазного конуса.

Результатом измерения, характеризующим величину твердости материала, служат соответствующие числа твердости: число твердости по Бринеллю (Нв ) и число твердости по Роквеллу (HR ).

Число твердости по Бриннелю Я в представляет результат от деления нагрузки (в кг) на площадь отпечатка шарика, выраженную в мм2. Чтобы избежать вычислений при определении числа Нв, пользуются специальными таблицами, в которых можно найти это число по диаметру полученного отпечатка. Наивысшая твердость, которая может быть испытана на этом прессе, равна: Ив = 450.

Пресс Бринелля (рис. 15) действует следующим образом. Зачищенная до получения плоской и ровной поверхности деталь устанавливается на шаровую опору и маховиком, вращающим винт, поднимается до соприкосновения с шариком наконечника.

Затем закрывают винтелем выход для масла из цилиндра в резервуар и создают давление на поршень и шариковый наконечник, действуя насосом.

Приведенный в действие насос нагнетает масло в цилиндр из резервуара, создает давление на поршень и одновременно передает его манометру и рычагу с грузами. Величина давления соответствует весу грузов.

Через некоторое время открывается винтель, часть масла из цилиндра уходит в резервуар и давление падает до нуля. После этого опускают маховиком винт, освобождают деталь и при помощи специальной лупы замеряют диаметр отпечатка.

Рис. 1. Схематическое изображение гидравлического пресса Бринелля.

Рис. 2. Схема действия прибора Роквелла.

Процесс испытания начинается с подвода предмета к алмазному наконечнику и приложения предварительного усилия (10 кг). Это усидчив создается пружиной, находящейся во втулке шпинделя прибора. Рабочий рычаг 6 действует на шпиндель прибора, причем точка его опоры находится на оси 7, а место передачи силы наконечнику —-на призме. На этот рычаг действует груз.

В нерабочем положении рычаг опирается на серьгу и давление на шпиндель не передается. Во время испытания рукоятку освобождают и тогда рычаг вместе с серьгой и рычагом опускается.

Плавному опусканию всей этой системы способствует масляный успокоитель 8, позволяющий регулировать скорость приложения силы на испытываемый предмет. Получив возможность перемещения, алмазный конус, опускаясь, проникает в металл.

Величина этого перемещения передается рычажком индикатору.

Однако, следует сказать, что далеко не у всех деталей можно проверять твердость описанными приборами. Нельзя, например, с. их помощью определять твердость на режущей кромке инструмента или на внутренней поверхности какой-нибудь матрицы. В подобных случаях прибегают к проверке твердости с помощью тарированных напильников.

На этом можно закончить описание двух, наиболее важных свойств стали — ее прочности и твердости. Однако эти свойства непостоянны. Они могут изменяться с изменением структуры стали, т. е. ее строения. Что же заставляет изменяться структуру стали?

Реклама:

Термическая и химико-термическая обработка стали

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.

×
Рекомендуем посмотреть