Вопрос № 4 Классификация механических свойств металлов

Статическими называют испытания, при которых прилагаемая к образцу нагрузка возрастает медленно и плавно. Чаще – это испытания на растяжение s_0,2, s_В, d, y, Е – базовые характеристики материала, включены в ГОСТ.

Относительное удлинение d - отношение абсолютного удлинения к его первоначальной расчетной длине l₀ в процентах

Относительное сужение y - отношение абсолютного сужения образца к первоначальной площади его поперечного сечения в процентах .

Испытания на сжатие – применяют для материалов, хрупких при растяжении (чугуны, алюминиевые сплавы и др.). При сжатии образцы разрушаются срезом. Определяют предел прочности при сжатии.

Испытания на изгиб – применяют для хрупких материалов (чугун, инструментальные стали после поверхностного упрочнения). Испытания проводят сосредоточенной нагрузкой на образцах, лежащих на двух опорах. Предел прочности при изгибе

s_изг(s_max) = М_max/w,

где М_max – максимальный изгибающий момент; w - характеристика сечения образца (для прямоугольного сечения w=bh²/6 – для прямоугольного сечения и w=pr³/32 – для круглого сечения).

Надежность конструкций во многом определяется сопротивлением металла распространению уже имеющейся опасной (острой) трещины (т.е. вязкостью разрушения), а не ее зарождению.

По Ирвину, явления, происходящие у устья трещины могут быть описаны с помощью параметра К – это коэффициент интенсивности напряжений в вершине трещины, или локальное повышение интенсивности напряжений в вершине трещины, или локальное повышение растягивающих напряжений у ведущего конца трещины.

К = Ys_НÖpс,

где Y – безразмерный коэффициент, зависящий от типа (размеров) образца и трещины, s_Н – номинальное (среднее) напряжение вдали трещины, с – длина трещины.

К_С – критическое значение коэффициента, когда трещина начинает расти. При испытаниях в условиях плоского дефформированного состояния обозначают К_1С – вязкость разрушения. Эта величина определяет способность металла противостоять развитию трещиныю (поэтому называют трещиностойкостью). Это структурно чувствительная характеристика материала.

Испытания проводят на образцах с надрезом.

Твердость металлов – это свойство материала оказывать сопротивление пластической деформации при контактном воздействии в поверхностном слое.

По Бринелю – вдавливание стального шарика, измерение диаметра отпечатка после снятия нагрузки.

По Роквеллу – вдавливание алмазного конуса или стального шарика, измеряют глубину вдавливания (точнее остаточное увеличение глубины внедрения после снятия основной нагрузки и сохранения предварительной нагрузки).

По Виккерсу – вдавливание алмазного наконечника, имеющего форму правильной четырехгранной пирамиды и измерение диагонали отпечатка после снятия нагрузки.

Микротвердость – определение твердости в микроскопических оъемах, определение твердости по Виккерсу, только при небольших нагрузках и с помощью металлографического микроскопа.

Динамические испытания – испытания, при которых скорость деформирования значительно выше, чем при статических испытаниях.

Динамические испытания на ударный изгиб определяют склонность сталей к хрупкому разрушению. Метод основан на разрушении образца с надрезом (крнцентратором напряжений) ударом маятникого копра. По шкале маятникого копра определяют полную работу К, затраченную при ударе.

Рисунок 6 – Схема хрупкого (I) и вязкого (II) разрушений металла в зависимости от температуры испытания

Ударная вязкость КС (Дж/м²) – это работа, отнесенная к начальной площади поперечного сечения образца в месте концентратора напряжений. Является интегральной характеристикой, включающей работу зарождения и работу распространения вязкой трещины

КС = а_З + а_Р.

Порог хладноломкости – это температура, при которой в изломе образца после испытаний имеется 50% волокна (рисунок 9).

Циклические нагрузки. Усталостью называют постепенное накопление повреждений в металле под действием циклических нагрузок, приводящих к образованию трещин и разрушению (это может происходить при напряжениях гораздо менее s_0,2). Свойство металла сопротивляться усталости называют выносливостью.

Испытания на усталость проводят при переменных напряжениях. Цикл напряжения – это совокупность переменных значений напряжений за один период их изменения.(рисунок 8в)