Испытания на изгиб можно производить на любой универсальной испытательной машине, используемой для испытаний на растяжение. Образец устанавливают на опорную плиту в нижнем захвате и деформируют изгибающим ножом, крепящимся в верхнем захвате машины. Образец изгибается при поднятии нижнего или опускании верхнего захвата. При этом на диаграммной ленте может быть записана диаграмма изгиба в координатах нагрузка Р - стрела прогиба f. Для пластичного материала диаграмма изгиба выглядит так, как показано на рисунке 8. Если материал хрупкий, то диаграмма обрывается в точке b. Знание величины нагрузок Р_пц, Р_упр, Р_т, Р_b позволяет определять пределы пропорциональности, упругости, текучести и прочности при изгибе. Напряжения на стадии упругой деформации рассчитывают по обычным формулам сопротивления материалов.

При испытаниях на изгиб, как и в случае сжатия, достаточно пластичные материалы не разрушаются. Образец при этом загибается вплоть до параллельности его частей, расположенных по обе стороны ножа.

Простота испытаний на изгиб и наглядность получаемых при этом характеристик пластичности привели к разработке ряда технологических проб, которые применяются в заводских условиях. Задача всех этих проб -оценить пластичность деформированных полуфабрикатов, отливок и изделий (листов, проволоки, труб и др.). ГОСТ 14019 - 80 "Методы испытаний на изгиб" предусматривает изгиб сосредоточенной силой плоских образцов из проката, поковок и отливок, помещенных на две опоры. Критерием годности продукции может быть: 1)заданный угол загиба образцов (β) появление первой трещины при загибе на угол β, равный или больший заданного; 3) возможность загиба пластины до параллельности или соприкосновения сторон. Существуют также пробы на перегиб листа, ленты (ГОСТ 13813 - 68) и проволоки (ГОСТ 1579 - 80), в которых фиксируют заданное число перегибов, после которых появились трещины или образец разрушился.

ИСПЫТАНИЯ НА КРУЧЕНИЕ

Кручение осуществляется двумя разными по величине и противоположно направленными крутящими моментами, которые

опор (рис.7.б). Экспериментально первую схему реализовать проще, поэтому она и нашла наибольшее распространение, следует учитывать, что вторая схема "чистого изгиба" во многих случаях обеспечивает более надежные результаты, поскольку здесь максимальный изгибающий момент возникает на определенном участке длины образца, а не в одном сечении, как при использовании первой схемы.

Образцы для испытаний на изгиб не имеют головок, это еще одно преимущество по сравнению с растяжением, т.к. изготовление образцов с головками, особенно из хрупких материалов, значительно сложнее. Для определения свойств отливок из чугуна используют цилиндрические образцы диаметром 30±1мм и длиной 340 или 650 мм (при расстоянии между опорами 300 и 600 мм соответственно). Для оценки характеристик конструкционной прочности рекомендуется применять образцы большого сечения до 30x30 мм.

---

Испытания на изгиб можно производить на любой универсальной испытательной машине, используемой для испытаний на растяжение. Образец устанавливают на опорную плиту в нижнем захвате и деформируют изгибающим ножом, крепящимся в верхнем захвате машины. Образец изгибается при поднятии нижнего или опускании верхнего захвата. При этом на диаграммной ленте может быть записана диаграмма изгиба в координатах нагрузка Р - стрела прогиба f. Для пластичного материала диаграмма изгиба выглядит так, как показано на рисунке 8. Если материал хрупкий, то диаграмма обрывается в точке b. Знание величины нагрузок Р_пц, Р_упр, Р_т, Р_b позволяет определять пределы пропорциональности, упругости, текучести и прочности при изгибе. Напряжения на стадии упругой деформации рассчитывают по обычным формулам сопротивления материалов.

При испытаниях на изгиб, как и в случае сжатия, достаточно пластичные материалы не разрушаются. Образец при этом загибается вплоть до параллельности его частей, расположенных по обе стороны ножа.

Простота испытаний на изгиб и наглядность получаемых при этом характеристик пластичности привели к разработке ряда технологических проб, которые применяются в заводских условиях. Задача всех этих проб -оценить пластичность деформированных полуфабрикатов, отливок и изделий (листов, проволоки, труб и др.). ГОСТ 14019 - 80 "Методы испытаний на изгиб" предусматривает изгиб сосредоточенной силой плоских образцов из проката, поковок и отливок, помещенных на две опоры. Критерием годности продукции может быть: 1)заданный угол загиба образцов (β) появление первой трещины при загибе на угол β, равный или больший заданного; 3) возможность загиба пластины до параллельности или соприкосновения сторон. Существуют также пробы на перегиб листа, ленты (ГОСТ 13813 - 68) и проволоки (ГОСТ 1579 - 80), в которых фиксируют заданное число перегибов, после которых появились трещины или образец разрушился.

ИСПЫТАНИЯ НА КРУЧЕНИЕ

Кручение осуществляется двумя разными по величине и противоположно направленными крутящими моментами, которые прикладываются к концам образца в плоскостях, нормальных его продольной оси.

Особенно часто эти испытания используют для оценки свойств материалов валов и проволоки. Методика испытаний образцов из любых материалов диаметром не менее 5 мм стандартизирована (ГОСТ 3565 - 80). Образцы должны иметь цилиндрическую рабочую часть и квадратные головки. Образец с диаметром рабочей части 10 и расчетной длиной 100 или 50 мм принят за нормальный. Допускается использование образцов пропорциональных, геометрически подобных нормальному, а также трубчатых.

Испытания на кручение проводят на специальных машинах, которые должны обеспечивать надежную центровку образца, плавность нагружения и отсутствие изгибающих усилий, возможность достаточно точного задания и измерения величины крутящего момента. Используются машины с горизонтальным и вертикальным расположением образца. Максимальный крутящий момент меняется от 60 Н·м до 2 Н·м.

---

В качестве меры деформации в процессе испытания фиксируется угол закручивания φ.

Во время испытания каждый захват машины поворачивается на определенный угол (больший у активного захвата). Угол закручивания образца равен разности этих углов. Зная текущие значения крутящего момента и угла закручивания, можно построить диаграмму кручения в координатах М_кр - φ (рис.9). Эта диаграмма состоит из участка упругой (Ор) и пластической деформации (рк). Из-за отсутствия значительного местного сужения ниспадающего участка на диаграмме кручения не бывает, хотя после образования первых трещин деформация становится неравномерной, сосредотачиваясь вблизи излома.

По аналогии с другими статическими испытаниями при кручении определяют условные пределы пропорциональности, упругости, текучести, прочности, а также истинный предел прочности. Но все эти свойства выражают не через нормальные, а через касательные напряжения.

Предел пропорциональности при кручении τ_пц - это условное касательное напряжение, при котором отступление от касательной зависимости между напряжениями и деформациями достигает такой величины, когда тангенс угла, образуемого касательной к диаграмме кручения и осью деформаций, превышает первоначальное значение на 50%.

Предел упругости при кручении τ_упр - условное касательное напряжение, при котором образец подвергается остаточной сдвиговой деформации на заданную величину:

Определяемый при кручении предел текучести обычно условный. Это касательное напряжение, которому соответствует остаточный относительный сдвиг на 0,3% (τ_о,з), что эквивалентно удлинению равному 0,2%.

Условный предел прочности при кручении τ_пч соответствует моменту кручения перед разрушением, его рассчитывают без учета пластической деформации.

Основной характеристикой пластичности при кручении является относительный сдвиг.

Разновидностью испытаний на кручение является проба на скручивание проволоки диаметром d менее 10 мм (ГОСТ 1545 - 80). Образец длиной 100d зажимается в твердых губках захватов и скручивается при вращении одного из них с постоянной скоростью (30 - 90 об/мин). В результате испытания определяют число оборотов активного захвата до момента разрушения проволоки. Это число и считают критерием ее качества (пластичности).

ТВЕРДОСТЬ

Под твердостью понимают свойство поверхностного слоя материала сопротивляться упругой и пластической деформации или разрушению при местных контактных воздействиях со стороны другого, более твердого и не получающего остаточной деформации тела (индентора) определенной формы и размера. Эта формулировка пригодна не для всех существующих методов определения твердости. Разнообразие этих методов и разный физический смысл чисел твердости затрудняют выработку общего определения твердости как механического свойства. В разных методах и при различных условиях проведения испытания числа твердости могут характеризовать упругие свойства, сопротивление большим и малым пластическим деформациям, сопротивление материала разрушению.

---

По широте применения испытания на твердость, особенно при комнатной температуре, конкурируют с наиболее распространенными испытаниями на статическое растяжение. Это объясняется простотой, высокой производительностью, отсутствием разрушения образца, возможностью оценки свойств отдельных структурных составляющих и тонких слоев на малой площади, легко устанавливаемой связью результатов определения твердости с результатами других испытаний. При измерении твердости в поверхностном слое образца под индентором возникает сложное напряженное состояние близкое к объемному сжатию, которое характеризуется наибольшим коэффициентом мягкости (α > 2) по сравнению с другими видами механических испытаний. Поэтому возможны получение "пластических" состояний, исключение разрушения и возможность измерениия твердости практически любых, в том числе и хрупких металлических материалов.

Способы определения твердости делят на статические и динамические - в зависимости от скорости приложения нагрузки, а по способу приложения на методы вдавливания и царапания. Наиболее распространены методы, в которых используется статическое вдавливание индентора нормально поверхности образца.

Способы определения твердости делят на статические и динамические - в зависимости от скорости приложения нагрузки, а по способу приложения на методы вдавливания и царапания. Наиболее распространены методы, в которых используется статическое вдавливание индентора нормально поверхности образца.

Во всех методах испытаний на твердость очень важно правильно подготовить поверхностный слой образца. Он должен по возможности полно характеризовать материал, твердость, которого необходимо определить. Все поверхностные дефекты (окалина, выбоины, вмятины, грубые риски ит.д.) должны быть удалены. Требования к качеству испытуемой поверхности зависят от применяемого индентора и величины прилагаемой нагрузки. Чем меньше глубина вдавливания индентора, тем выше требуется чистота поверхности и тем более строго надо следить, чтобы свойства поверхностного слоя не изменялись вследствие наклепа или разогрева при шлифовании и полировке.

Нагрузка прилагается по оси вдавливаемого индентора перпендикулярно испытуемой поверхности. Для соблюдения этого условия плоскость испытуемой поверхности образца должна быть строго параллельна опорной поверхности. Неплоские образы крепят на специальных опорных столиках, входящих в комплект твердомеров.

Результаты проведения испытаний зависят от продолжительности приложения нагрузки к вдавливаемому индентору и выдержки под нагрузкой. В зависимости от времени выдержки индентора под нагрузкой различают кратковременную и длительную твердость. В стандартных испытаниях определяют кратковременную твердость при комнатной температуре. Здесь обычно время выдержки составляет 10 ÷ 30 с. Длительная твердость определяется при повышенных температурах и используется как характеристика жаропрочности материала.

---

Определяя твердость всеми методами (кроме микротвердости), измеряют суммарное сопротивление металла внедрению в него индентора, усредняющее твердость всех имеющихся структурных составляющих. Поэтому получающийся после снятия нагрузки отпечаток должен быть по размеру значительно больше размеров зерен отдельных структурных составляющих. Неизбежные различия в структуре различных участков образца приводят к разбросу значений твердости, которые тем больше, чем меньше размер отпечатка.

Как было указано выше, наиболее распространенным методом измерения твердости является метод вдавливания. Его осуществляют на следующих приборах - Бринеля, Роквелла, Виккерса, ПМТ (микротвердрмер). Подробно методика измерения твердости на этих приборах будет рассмотрена на лабораторной работе.

ДРУГИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТВЕРДОСТИ

Помимо определения твердости методами статического вдавливания индентора, ограниченно применяют также методы царапания и динамические способы определения твердости.

Метод царапания состоит в нанесении царапины на поверхности образца алмазным или другим недеформирующимся индентором, находящимся под постоянной нагрузкой. Метод не стандартизирован и на практике используют различные критерии твердости, определяемые царапанием Н_ц. Часто за Н_ц принимают одну из следующих характеристик:

1. величину нагрузки Р, при которой получается царапина заданной
   ширины (обычно b = 10 мкм);

2. ширину царапины при заданной нагрузке;

3. величину обратно пропорциональную ширине или квадрату ширины царапины при определенной нагрузке.

В качестве индентора используются обычно либо конус с углом при вершине 90° (реже 120°), либо трех- или четырехгранную пирамиду. Образцы перед испытанием полируют. Для измерения ширины царапины, не превышающей обычно несколько десятков микрометров, применяют измерительный микроскоп.

Твердость царапанием определяют в условиях местного разрушения металла, а не в условиях упругого или пластического деформирования. При образовании царапины металл сначала пластически деформируется, а затем, когда напряжения достигают величины, соответствующей сопротивлению разрушению, происходит разрыв. Так как для одного и того же металла сопротивление разрыву S_к практически не зависит от степени предварительного наклепа, величина Н_ц не связана со способом подготовки поверхности.

Величина Н_ц характеризует также износостойкость материала, его обрабатываёмость резанием.

Из динамических методов определения твердости наиболее известен метод упругого отскока бойка (твердость по Шору, ГОСТ 2373 - 78). Твердость определяется при помощи бойка с алмазным наконечником, который падает на поверхность образца с фиксированной высоты. Энергия бойка расходуется на упругую и пластическую деформацию в месте удара и на последующее поднятие бойка. Чем больше высота подъема бойка после удара, тем, следовательно, меньшая энергия израсходована на деформацию образца и тем больше должна быть его твердость. Число твердости по Шору НSD измеряют в условных единицах, соответствующих высоте подъема бойка, причем НSD = 100 принято для закаленной на мартенсит эвтектоидной инструментальной стали.

---

Смотрите также файлы

• рентгенография металлов.doc

• Теория вероятностей в заданиях и решениях.doc

• Инновационный мкенеджмент.doc

• 2011ЭВарМУ Стратан ФН-07заоч.doc

• Микроэкономика 1часть.doc