Как найти относительное удлинение стали

Прочность и относительное удлинение при растяжении

Сталь
обладает свойствами упругоиластичных
тел, для которых характерно наличие как
упругих (обратимых), так и
пластических
(необратимых) деформаций при испытании
на растяжение.

Стали
различных марок проявляют упругие и
пластичные свойства в разной степени
Так, малоуглеродистые стали Ст0 . Ст3
обладают заметной пластичностью и
большим удлинением при разрыве, в то же
время высокоуглеродистые и легированные
стали малопластичны и имеют небольшие
удлинения при разрыве.

На
диаграмме деформация – напряжение при
испытании сталей на растяжение, вначале
деформации пропорциональны напряжению.
Максимальное
напряжение, при котором сохраняется
эта зависимость, называется пределом
упругости σ_у.
По достижении определенного напряжения,
называемого пределом
текучести σ_т,
материал начинает интенсивно
деформироваться (течь) без заметного
увеличения напряжений.
Эти
деформации — пластические. По достижении
определенною значения деформации
процесс течения материала прекращается
— материал как бы вновь приобретает
прочность. Напряжения в материале растут
вплоть до значения σ_в
при котором материал разрушается.
Значение σ_в,
являющееся пределом прочности, у металлов
называют временным
сопротивлением разрыву. Деформации,
соответствующие временному сопротивлению
разрыву, называются относительным
удлинением при разрыве.

При
испытании стали на растяжение определяют
предел текучести σ_т,
временное сопротивление разрыву σ_в
и
относительное удлинение при разрыве
ε. Испытания образцов стальной арматуры
проводят на разрывных и универсальных
испытательных машинах разных систем,
которые должны обеспечивать точное
центрирование оси образца относительно
направления нагрузки; плавное возрастание
нагрузки без толчков и пульсации,
возможность приостановки нагружения
с точностью до одного деления шкалы
нагрузки и сохранения показания нагрузки
в течение 30 с; возможность измерения
деформаций образца.

Подготовка
образцов.
Для испытаний на растяжение применяют
образцы арматурной стали круглые,
гладкие или периодического профиля с
необработанной поверхностью диаметром
от 3 до 90 мм. Общую длину образцов арматуры
назначают с учетом рабочей длины, которая
должна составлять не менее 200 мм для
образцов диаметром до 20 мм и не менее
10d
(где
d
— диаметр
образца) для образцов диаметром свыше
20 мм. Начальную площадь поперечного
сечения S₀
(мм²)
необработанных образцов арматуры
определяют в зависимости от их массы т
(г)
и длины l
(мм) по формуле:

S₀
= m/(ρI),

где
ρ
— плотность стали, равная 7,85- 10^-1
г/мм³.

Если
образцы диаметром от 3 до 40 мм обточены
или они круглые и гладкие, то площадь
поперечного сечения арматуры определяют
по фактическому диаметру образца Для
этого диаметр измеряют в трех местах
по длине образца* в середине и по концам
рабочей части, в каждом месте в двух
взаимно перпендикулярных направлениях.
Площадь поперечного сечения S₀
находят по среднему значению диаметра.
Фактические диаметры образцов арматурной
стали определяют с погрешностью не
более 0,1 мм; начальную и конечную рабочие
длины образцов — с погрешностью не
более 0,5 мм.

Массу
образцов арматурной стали периодического
профиля для расчета диаметра вычисляют
с различной степенью точности в
зависимости от диаметра для стали
диаметром до 10 мм — с погрешностью не
более 1 г; диаметром от 10 до 20 мм — не
более 2 г; диаметром более 20 мм — не более
10 г.

Образцы
арматурной стали, имеющие искривления,
трещины расслоения, вмятины, а также
другие поверхностные дефекты, не
испытывают, они подлежат замене. Испытания
арматурной стали считают недействительными
при разрыве образца в захватах
испытательной машины или по разметочным
кернам (рискам) на рабочей длине образца
В таком случае испытания повторяют на
вновь подготовленных образцах из той
же партии.

Определение
предела текучести (физического).
Наименьшее напряжение, при котором
образец деформируется без видимого
увеличения нагрузки, называют пределом
текучести. Этот показатель определяют
для арматуры из низкоуглеродистых
сталей.

При
испытании образец арматурной стали
закрепляют в зажимах машины и после ее
включения следят за показаниями стрелки
силоизмерителя. По достижении металлом
предела текучести (деформация происходит
без увеличения нагрузки) стрелка
силоизмерителя останавливается, а затем
вновь начинает перемешаться. В момент
остановки стрелки нагрузку фиксируют,
принимая ее за нагрузку, соответствующую
пределу текучести (физическому) σ_т
(МПа), который вычисляют с погрешностью
не более 5 МПа по формуле:

σ_т=
F_т
/S_o

где
F_т
— нагрузка, соответствующая началу
текучести. H;

S_o
— начальная площадь поперечного сечения
образца в рабочей части, мм².

Определение
временного сопротивления. Временное
сопротивление характеризует напряжение,
соответствующее наибольшей нагрузке
F_max,
которая
предшествует разрушению образца.

При
испытании для определения временного
сопротивления σ_в
образец растягивают под действием
плавно возрастающей нагрузки до
разрушения, при этом по силоизмерителю
фиксируют максимальную нагрузку F_mах
предшествующую
разрушению. Временное сопротивление
определяют с погрешностью не более 5МПа
по формуле

σ_т=
F_max
/S_o

Определение
относительного удлинения после разрыва.
Отношение
приращения расчетной длины образца к
ее первоначальной длине называют
относительным удлинением.

Относительное
удлинение после разрыва определяют на
начальной расчетной длине образца l₀,
в пределах которой произошел разрыв
Начальную расчетную длину образца l₀
принимают равной: для арматурной стали
диаметром до 10 мм — 100 мм, для стали
большего диаметра — равной пяти
диаметрам. При испытании горячекатаной
арматурной стали классов А-I
и А-III
диаметром 6…9 мм начальную расчетную
длину принимают также равной пяти
диаметрам.

Для
определения приращения при разрыве
образцы (рис. 1, а)
перед
испытанием размечают на длину несколько
большую, чем их рабочая длина. Разметка
производится на п
равных
частей с помощью рисок, наносимых керном,
делительной машиной или иным способом.
Расстояние между рисками принимают для
стержней диаметром 10 мм и более не больше
их диаметра, для стержней диаметром
менее 10 мм — не более 5 мм.

Число
интервалов, соответствующее начальной
расчетной длине образца l₀,
обозначают п.
Если
число интервалов получается дробным,
n
округляют
до целого числа в большую сторону.

Рис.1.
Образцы арматурной стали при определении
относительного
удлинения
после разрыва

а
– при
месте разрыва близком к середине образца
(больше чем n/2
от
захватов машины).

б
–
при
месте
разрыва на
расстоянии,
меньшем, чем n/2
от
захвата машины

После
разрыва образца полученные половинки
тщательно складывают вместе так, чтобы
их оси образовали одну прямую линию
Если между сложенными концами половинок
имеется зазор, получившийся в результате
выкрашивания металла при испытании или
других причин, то зазор включают в длину
расчетной (конечной) части образца после
разрыва. От места разрыва в одну сторону
откладывают n/2
интервалов
и ставят метку а.
Дробную
величину n/2
округляют
до целого числа в большую сторону.
Участок от места разрыва до первой риски
принимают для расчета за полный интервал
От метки а
откладывают
в сторону разрыва п
интервалов
и славят вторую метку b.
Длина
отрезка аb
будет
составлять конечную расчетную длину
стержня l_к.

В
том случае, если место разрыва будет
ближе, чем величина n/2
к
краю захвата машины, то конечную расчетную
длину образца l_к,
полученную после разрыва, определяют
следующим образом (рис 17 1,б) Устанавливают
число интервалов от места разрыва до
крайней риски q
и
обозначают его т/2.
Затем
от точки q
к месту разрыва откладывают метку с.
После этого от метки с
откладывают
(n/2
т/2)
интервалов
и ставят метку с.
Конечную
расчетную длину образца l_к
в этом случае вычисляют по формуле

l_к=
сq+2
се

где
сq
и
се
—
длины участков образна соответственно
между метками с
и
q
и
с
и
е.

Если
разрыв происходит на расстоянии от
захвата меньшем, чем длина двух интервалов,
расчетную длину нельзя точно определить,
для этого необходимо провести повторное
испытание.

Определив
конечную длину l_к,
находят относительное удлинение ε
(%).

ε=[(
l_к
–
l₀)/l₀]100,

где
l₀
и l_к

соответственно начальная и конечная
расчетная длина образца,мм

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

ПРЕДИСЛОВИЕ

При работе стали в конструкциях характеристика относительного равномерного удлинения играет важную роль для оценки способности металла пластически деформироваться. Эта характеристика имеет большее значение, чем нормируемое в настоящее время полное относительное удлинение согласно ГОСТ 1497-73. До настоящего времени для определения равномерного относительного удлинения в основном использовалась методика, описанная в стандарте на арматурные стали, где не предусмотрены плоские образцы.

Настоящее руководство распространяется на стальной толстолистовой, широкополосный универсальный и фасонный (уголок, швеллер, балка) прокат толщиной от 4 до 40 мм, независимо от его прочностных свойств, предназначенный для изготовления строительных металлических конструкций, и устанавливает методы определения относительного равномерного удлинения при статических испытаниях на растяжение при нормальных температурах .

Применение методов определения относительного равномерного удлинения предусматривается в стандартах и технических условиях на соответствующие виды проката, предназначенного для строительных металлических конструкций.

Термины и определения, принятые в настоящих рекомендациях, согласованы с ГОСТ 1497-73 «Металлы. Методы испытания на растяжение».

Относительное равномерное удлинение определяется одновременно с относительным удлинением после разрыва.

Настоящие рекомендации разработаны Отделением прочности и новых форм металлических конструкций и Отделением испытаний конструкций ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР (составили кандидаты технических наук Потапов В.Н. и Жулев Ю.К.) на основании материалов исследований, выполненных в период 1976-78 гг.

Дирекция ЦНИИСК им. Кучеренко

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕРМИНОВ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

1.1. При испытании на растяжение по определению относительного равномерного удлинения принимаются следующие обозначения и определения:

l — рабочая длина в мм — часть образца с постоянной площадью поперечного сечения между его головкой или участком для захвата;

l — начальная расчетная длина образца в мм, на которой определяется удлинение после разрыва;

l _пр — начальная расчетная длина участка образца в мм, на которой определяется равномерное удлинение;

l _кр — конечная расчетная длина участка образца в мм, не включающая место разрыва;

l _т — установочная база измерителя деформаций в мм;

d — начальный диаметр рабочей части цилиндрического образца до разрыва в мм;

F — начальная площадь поперечного сечения рабочей части образца в мм 2 ;

F _кр — конечная площадь поперечного сечения рабочей части образца после разрыва, определяемая в расчетной части равномерного относительного удлинения в мм 2 .

1.2. Характеристики механических свойств, получаемых при испытании на растяжение, имеют следующие обозначения и определения:

δ_р — относительное равномерное удлинение после разрыва в % — отношение приращения расчетной длины образца ( l _кр — l _нр ) на участке, не включающем место разрыва, к соответствующей первоначальной длине l _нр ;

ψ _p — относительное равномерное сужение в % — отношение изменения площади поперечного сечения образца ( F — F _кр ) после разрыва на участке, не включающем место разрыва, к начальной площади поперечного сечения;

P _вр — максимальная осевая растягивающая нагрузка в кГс, действующая на образец до образования шейки.

2. ФОРМА И РАЗМЕРЫ ОБРАЗЦА

2.1. Для определения относительного равномерного удлинения при испытании на растяжение применяют пропорциональные плоские образцы типов I и II с начальной расчетной длиной а также пропорциональные цилиндрические образцы типов I — VII с l = 10 d по ГОСТ 1497-73.

2.2. Рабочая длина плоского образца должна составлять

2.3. При испытании толстолистового широкополосного и уголкового проката применяют, как правило, плоские образцы. При испытании швеллерного и двутаврового проката применяют, в основном, цилиндрические образцы; допускается применение плоских образцов с одной прокатной и другой обработанной поверхностями.

Плоские образцы должны сохранять поверхностные слои проката. При толщине проката свыше 25 мм:

— испытания проводят на плоских образцах толщиной 25 мм с одной прокатной поверхностью;

— допускается применять плоские образцы с обеими прокатными поверхностями, принимая при этом ширину образца не менее 50 мм и расчетную длину .

2.4. Измерение начальной и конечной расчетных длин, размеров поперечного сечения образца производят с точностью до 0,1 мм.

2.5. На рабочей части образца рекомендуется наносить разметку — неглубокие керны, риски или иные метки через каждые 5 или 10 мм.

3. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ

3.1. Для испытаний применяют разрывные и универсальные машины всех систем, если они соответствуют требованиям ГОСТ 1497-73, ГОСТ 7855-74 и требованиям стандартов на стали для строительных металлических конструкций.

3.2. При проведении испытаний должны соблюдаться следующие основные условия:

а) надежное центрирование образца в захватах испытательной машины;

б) плавность нагружения;

в) скорость перемещения активного захвата при испытании до предела текучести долина быть не более 0,01, за пределом текучести не более 0,2 длины расчетной части образца, выраженной в мм/мин.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОГО РАВНОМЕРНОГО УДЛИНЕНИЯ

4.1. При текущих испытаниях определение относительного равномерного удлинения может производиться по одному из следующих методов:

Относительное равномерное удлинение δ_р определяют вне участка разрыва (предпочтительней на большей части разрушенного образца) на начальной расчетной длине, равной 50 мм.

При этом расстояние от места разрыва до ближайшей точки (риски) начальной расчетной длины l _пр должно быть не менее 3 b *) (с округлением до ближайшей удаленной разметочной риски от места разрыва образца где b — начальная ширина образца (рис. 1).

*) В случае цилиндрических образцов вместо b следует d.

Относительное равномерное удлинение δ _р в процентах вычисляют по формуле

Относительное равномерное удлинение δ _р в % вычисляют по следующей формуле

где ψ _р — относительное равномерное сужение в %, вычисленное по формуле

Измерение площади F _кр производится на расстоянии от места разрыва не менее 4 b .

*) Этот метод допускает использование образцов с пятикратной расчетной длиной.

Относительное равномерное удлинение δ _р определяют графически по диаграмме растяжения (рис. 2), записываемой соответствующим измерителем деформаций, установленным непосредственно на образце.

Масштаб по оси деформаций должен быть не менее 50:1.

Примечание . Определение δ_р производится на участке диаграммы растяжения, заканчивающемся точкой В, которая соответствует началу достижения максимальной нагрузки Р_вр.

4.2. Относительное равномерное удлинение вычисляют с округлением до 0,5 %. При этом доли до 0,25 % отбрасывают, а доли в 0,25 % и более принимают за 0,5 % (см. приложение).

4.3. Испытание считается недействительным:

— при разрыве образца по кернам (рискам), если при этом какая-либо характеристика механических свойств по своей величине не отвечает установленным требованиям;

— при разрыве образца в захватах испытательной машины или за пределами расчетной длины;

— при обнаружении ошибок в проведении испытаний или записи результатов испытаний.

В указанных случаях испытание на растяжение должно быть повторено на отобранных от той же партии или плавки новых образцах.

Приложение

Пример определения относительного равномерного удлинения

По первому методу (рис. 1)

Начальная расчетная длина l _нр = 50 мм;

Конечная расчетная длина l _кр = 58,4 мм,

По второму методу

Начальная площадь поперечного сечения (10×30 мм) образца F = 300 мм 2 .

Конечная площадь поперечного сечения образца (замеренная на расстоянии 4 b от места разрыва) F _кр = 258 мм 2

Источник

Образовательный портал

К механическим свойствам металлов относят их способность сопротивляться деформациям (изменению формы или размеров) и разрушению под действием внешних нагрузок. Такими свойствами являются прочность, пластичность, твердость, вязкость (ударная), усталость, ползучесть.

Деформации, которые исчезают после снятия нагрузки, при этом материал принимает первоначальную форму, называют упругими. Деформации, которые остаются после снятия нагрузки, называют остаточными.

Для определения механических свойств материалов специальные образцы или готовые изделия испытывают в соответствии с требованиями ГОСТов. Испытания образцов могут быть статическими, когда на образец действует постоянная или медленно возрастающая нагрузка, динамическими, когда на образец действует мгновенно возрастающая (ударная) нагрузка, и повторно-переменными (усталостными), при которых нагрузка на образец многократно изменяется по величине и направлению.

В зависимости от характера действия приложенных к образцу или изделию сил (нагрузок) различают деформации сжатия, растяжения, изгиба, сдвига (среза), кручения.

Виды деформаций металла в зависимости от направления действующей нагрузки:

а — сжатия, б — растяжения, в — изгиба, г — сдвига (среза), д — кручения

Механические свойства оцениваются численным значением напряжения.

Напряжение — мера внутренних сил, возникающих в образце под влиянием внешних воздействий (сил, нагрузок).

Напряжение служит для оценки нагрузки, не зависящей от размеров деформируемого тела. Напряжения, действующие вдоль оси образца, называют нормальными и обозначают буквой σ (сигма).

Нормальные напряжения определяются отношением сил, действующих вдоль оси детали или образца, к площади их поперечного сечения:

σ = P/F,

где σ — нормальное напряжение, Па (1 Па = H/м²; 1 кгс/см² = 10 5 Па);

P — сила, действующая вдоль оси образца, H;

F — площадь поперечного сечения образца, м².

Нормальные напряжения в зависимости от направления действующих нагрузок бывают сжимающими и растягивающими.

Напряжения, действующие перпендикулярно оси образца, называют касательными и обозначают буквой τ.

Под действием касательных напряжений происходит деформация среза.

Напряжения определяют при механических испытаниях образцов на специальных машинах. Эти напряжения используют при расчетах деталей машин на прочность.

Усилия, нагрузки, действующие на детали, создают в них напряжения, которые в свою очередь вызывают деформацией деталей.

Например, канат автомобильного крана при поднятии груза под действием растягивающей нагрузки испытывает напряжение растяжения, поэтому и подвергается деформации растяжения. Под действием сжимающих напряжений деформацию сжатия испытывают станины и фундаменты станков, опорные колонны, колеса и катки машин. В стреле автомобильного или башенного крана, поднимающего груз, возникают напряжения изгиба, которые вызывают деформацию изгиба стрелы. Деформации изгиба испытывают балки, на которые положен груз, рельсы под тяжестью
поезда, башенного или козлового крана. На срез работают заклепочные соединения, стопорные болты.

Напряжения кручения вызывают деформацию кручения, например, когда у стяжных болтов
затягивают гайки.

Прочность — способность металлов или сплавов сопротивляться разрушению при действии внешних сил, вызывающих внутренние напряжения и деформации.
В зависимости от характера действия внешних сил различают прочность на растяжение, сжатие, изгиб, кручение, ползучесть и усталость.

Определение характеристик прочности при растяжении — наиболее важный и распространенный вид механических испытаний металлов. Испытывают образцы определенной формы и размеров на специальных разрывных машинах (ГОСТ 1497—73). Стандартный образец (рис. Стандартный образец для испытания на растяжение) закрепляют головками в машине и медленно нагружают с постоянной скоростью.

В результате возрастающей нагрузки происходит растяжение образца вплоть до разрушения.
При испытании производится автоматическая запись диаграммы растяжения, представляющей собой график изменения абсолютной длины образца в зависимости от приложенной нагрузки.

Определенные точки на диаграмме растяжения p, c, s, b отражают наиболее важные характеристики прочности: предел пропорциональности, условные пределы упругости, текучести и прочности.

Предел пропорциональности σ пц (точка p на диаграмме растяжения) — это наибольшее напряжение, возникающее под действием нагрузки P пц, до которого деформации в металле растут прямо пропорционально нагрузке. При этом в образце происходят только упругие деформации, т.е. образец после снятия нагрузки принимает свои первоначальные размеры. При дальнейшем увеличении нагрузки деформации образца будут остаточными.

Условный предел упругости σ 0,05 (точка c на диаграмме растяжения) — это напряжение, при котором образец получает остаточное удлинение, равное 0,05% первоначальной длины образца.

Практически предел упругости очень близок пределу пропорциональности.

Условный предел текучести (точка s на диаграмме растяжения) — это напряжение, при котором остаточное
удлинение достигает заданного значения, обычно 0,2%, но иногда 0,1 или 0,3% и более при нагрузках Рt.

В соответствии с этим условный предел текучести обозначается σ 0,2, σ о,1, σ 0,3 и т. д.

Следовательно, условный предел текучести отличается от условного предела упругости только заданным значением остаточного удлинения.
Условный предел текучести соответствует напряжению, при котором происходит наиболее полный переход к пластической деформации металла.

Условный предел прочности σ в (точка b на диаграмме растяжения) — это условное наибольшее напряжение, при котором происходит наибольшая равномерная по всей длине деформация образца.

После точки s на участке sb диаграммы растяжения при дальнейшем увеличении нагрузки в образце развивается интенсивная пластическая деформация. До точки b образец удлиняется равномерно по всей длине. В точке b начинается резкое уменьшение поперечного сечения образца на коротком участке с образованием так называемой шейки.

Предел прочности определяют по формуле:

σ в = Pв/Fo,

где σ в — предел прочности материала, Па;

Pв — нагрузка в точке b, H;

Fo — площадь поперечного сечения образца до испытания, м².

Характеристиками прочности пользуются при изготовлении деталей машин. Практическое значение пределов пропорциональности, упругости и текучести сводится к тому, чтобы определить численное значение напряжений, под действием которых могут работать детали машинах, не подвергаясь остаточной деформации (предел пропорциональности) или подвергаясь деформации на небольшую допустимую величину σ 0,о5, σ о,2 и т. д.

Пластичность — способность металлов сохранять изменение формы, вызванное действием деформирующих сил после того, как силы сняты.

Пластические свойства испытываемого образца металла определяют при испытаниях на растяжение. Под действием нагрузки образцы удлиняются, при этом поперечное сечение их соответственно уменьшается. Чем больше удлиняется образец при испытании, тем более пластичен материал. Характеристиками пластичности материалов служат относительное удлинение и относительное сужение образцов.

Относительным удлинением называется отношение приращения длины образца после разрыва к его перво-
начальной длине.

Относительное удлинение δ (дельта) выражают в процентах и вычисляют по формуле:

δ = [ (l1 — l0)/l0 ] • 100%

где l1 — длина образца после разрыва, м;

l0 — длина образца до начала испытания, м.

Относительным сужением называется отношение уменьшения площади поперечного сечения образца после разрыва к площади поперечного сечения образца до начала испытания.

Относительное сужение ψ (пси) выражают в процентах и вычисляют по формуле

ψ = [ (F0 — F1)/F0 ] • 100%

где F0 — площадь поперечного сечения образца до начала испытания, м²;

F1 — площадь поперечного сечения образца после разрыва, м².

Твердость — сопротивление поверхностных слоев материала местным деформациям.

Твердость обычно оценивается сопротивлением вдавливанию в поверхность металла индикатора из более твердого материала.

Измерение твердости металлов и сплавов как метод щенки их механических свойств широко используется в технике.
По твердости судят о других свойствах металла и сплава. Например, для многих сплавов, чем выше твердость, тем больше прочность на растяжение, выше износостойкость; как правило, сплавы с меньшей твердостью легче обрабатываются резанием.

Твердость определяют непосредственно на деталях без их разрушения. Поэтому испытание на твердость является незаменимым производственным методом оценки механических свойств материалов.

На практике в зависимости от используемого прибора твердость определяют двумя способами. Если твердость исследуемого материала меньше, чем твердость закаленной стали, то используют твердомер шариковый — ТШ, если твердость исследуемого материала больше, чем твердость закаленной стали, то пользуются твердомером конусным — ТК.

При определении твердости по Бринеллю на приборах ТШ (ГОСТ 9012—59) стальной закаленный шарик диаметром D (2,5; 5 или 10 мм) вдавливают в испытуемый металл под действием нагрузки P в течение определенного времени.

После удаления нагрузки на поверхности испытуемого металла остается отпечаток.
Измерив под микроскопом диаметр отпечатка а, по таблицам стандарта определяют твердость металла.
Отношение приложенной к шарику нагрузки (кгс) к площади поверхности отпечатка шарика (мм²) называется числом твердости по Бринеллю и обозначается HB.

Если на шарик диаметром 0-10 мм действует нагрузка Р=3000 кгс в течение 10 с, то определяемое по таблицам число твердости по Бринеллю записывают так: HВ400, HВ250, HВ500 и т. д.

При других условиях испытания к обозначению НВ добавляют цифры, характеризующие диаметр шарика (мм), нагрузку (кгс) и продолжительность выдержки (с).

Например, HВ5/750/30—350 обозначает, что число твердости по Бринеллю равно 350 при испытании вдавливанием шарика диаметром D = 5 мм под нагрузкой Р = 750 кгс в течение t = 30 с.

При определении твердости по Роквеллу на приборах ТК (ГОСТ 9013—59) алмазный конус с углом при вершине 120° вдавливают в испытуемый металл сначала под действием предварительной нагрузки Р0, равной
10 кгс, которая не снимается до конца испытания.

Под нагрузкой Р0 алмазный конус вдавливается на глубину h0. Затем к предварительной нагрузке добавляется основная нагрузка Р1, равная 140 или 50 кгс — для очень твердых и хрупких материалов. Алмазный конус вдавливается на глубину h1. Через 1 — 3 с, после того как стрелка прибора замедлит свое движение, основную нагрузку снимают. Стрелка прибора показывает на шкале твердость металла в условных единицах.

За условную единицу твердости по Роквеллу принимается глубина вдавливания алмазного конуса на величину 0,002 мм ≈ h0. Все шкалы прибора отградуированы в безразмерных условных единицах твердости.

Твердость, определяемая на приборах ТК. методом вдавливания алмазного конуса, называется твердостью по Роквеллу и обозначается НR. Отсчет твердости ведут по двум шкалам в зависимости от применяемой общей нагрузки Р.

Если Р = Р0 + Р1= 10 + 140= 150 кгс, то отсчет твердости ведут по шкале С и твердость обозначают НРС, если Р = Ро+Р1 = 10+50 = 60 кгс, то отсчет твердости ведут также по шкале С, но твердость обозначают НРА.

Если необходимо измерить твердость по Роквеллу мягких материалов, то алмазный конус заменяют шариком диаметром 1,6 мм. Основная нагрузка Р1 = 90 кгс, значит, общая нагрузка Р = Р0 + Р1 = 10 + 90 = 100 кгс.

Отсчет твердости ведут по специальной шкале B, а твердость обозначают НRB.

Твердость по Роквеллу НR записывают таким образом:
HRC65, HRB30, HRA80 и т. д., где цифры обозначают твердость, а буквы А, С, В — соответствующую шкалу.

Ударная вязкость — способность металлов сопротивляться действию ударных нагрузок. При ударных нагрузках напряжения, возникающие в металле, действуют мгновенно, поэтому их трудно определить. Ударную вязкость определяют работой, затраченной на излом образца.

Для определения ударной вязкости при нормальной температуре (ГОСТ 9454—78) предусмотрено 20 типоразмеров образцов квадратного и прямоугольного сечения. Чаще применяют образцы квадратного сечения 10 х 10 мм длиной 55 мм с концентратором (надрезанные с одной стороны посередине длины на глубину 2 мм).

Образец 1 стандартной формы

укладывают горизонтально в специальный шаблон маятникового копра, обеспечиваюший установку надреза образца строго в середине пролета между опорами 3. Маятник 2 копра закрепляется в исходном верхнем положении на высоте H.

Затем маятник сбрасывается, и он, свободно падая под действием собственной тяжести, наносит удар по образцу 1 со стороны, противоположной надрезу. В результате удара образец изгибается и ломается, а маятник после разрушения образца продолжает двигаться дальше и поднимается на высоту h.

Работа, затраченная на разрушение образца, определяется разностью потенциальных энергий маятника в начальный (после подъема на угол α) и конечный моменты испытания (после взлета на угол β) и выражается формулой:

k = P (H — h)

k — работа, затраченная на разрушение образца, Дж (кгс · м)

Р — вес маятника, кгс

H и h — высоты подъема и взлета маятника, м

Основную характеристику при испытании на ударную вязкость — определяют по формуле:

kcu = k/So

kc — ударная вязкость, Дж/м² (1 Дж/м² ≈ 0,1 кгс · м/см²)

u — форма концентратора

So — площадь поперечного сечения образца в месте надреза до испытания, м²

Многие детали машин и конструкции во время работы подвергаются ударным нагрузкам, действие которых на детали происходит мгновенно. В результате изменяются условия, при которых работают такие детали.

Ударные нагрузки испытывают инструменты типа штампов. некоторые зубчатые передачи и т.д.

Усталость — разрушение металлов под действием многократных повторно-переменных (циклических) нагрузок, при напряжениях меньших предела прочности на растяжение.

В условиях действия повторно-переменных нагрузок в работающих деталях образуются и развиваются трещины, которые приводят к полному разрушению деталей. Подобное разрушение опасно тем, что может происходить под действием напряжений, намного меньших пределов прочности и текучести.

Свойство противостоять усталости называется выносливостью. Сопротивление усталости характеризуется пределом выносливости, т. е. наибольшим напряжением, которое может выдержать металл без разрушения заданное число раз.

Под действием повторно-переменных нагрузок работают коленчатые валы двигателей, многие детали машин — валы, шатуны, пальцы, шестерни и т. д.

Цель испытаний на усталость (ГОСТ 2860-65) — количественная оценка способности материала (образца) работать при повторно-переменных нагрузках без разрушения.

Цикл напряжений — совокупность переменных значений напряжении за один перепад их изменения. Заданное число циклов нагружения при испытании называют базой испытания. Обычно база испытания составляет 10 8 циклов нагружения. Если материал выдержал базовое число циклов без разрушения, то он хорошо противостоит усталости и деталь из этого материала будет работать надежно.

Ползучесть — способность металлов и сплавов медленно и непрерывно пластически деформироваться под действием постоянной, длительно действующей нагрузки.

Изделия из металлов и сплавов, работающие при повышенных или высоких температурах, обладают меньшей прочностью. При эксплуатации любой материал под действием постоянной нагрузки (напряжения) может в определенных условиях прогрессивно деформироваться с течением времени.

Испытания на ползучесть при растяжении (ГОСТ 3248-60) заключаются в том, что испытуемый образец в течение длительного времени подвергается действию постоянного растягивающего усилия при постоянной высокой температуре.

В результате испытания определяют предел ползучести металла, т. е. наибольшее растягивающее напряжение, при котором скорость ползучести или относительное удлинение за определенный промежуток времени достигает заданной величины.

Если задаются скоростью ползучести, то предел ползучести обозначают σνп,

где νп — заданная скорость ползучести, %/ч; t — температура испытания, °С.

Например, — это предел ползучести при температуре 1000°С и скорости ползучести νп = 1 · 10 -4 %/ч.

Если задаются относительным удлинением, то в обозначении предела ползучести используют три индекса:

температуру испытания t, °С

относительное удлинение σ, %

продолжительность испытания τ, ч

Например, — предел ползучести при температуре 800° С, когда относительное удлинение σ = 1% достигается за 1000 ч.

Источник

3.2 Диаграмма растяжения низкоуглеродистой стали

На рис. 14 изображена диаграмма растяжения низкоуглеродистой стали, записанная с помощью специального устройства на испытательной машине.

В начальной стадии нагружения до некоторой точки А диаграмма растяжения представляет собой наклонную прямую, что указывает на пропорциональность между нагрузкой и деформацией – справедливость закона Гука. Нагрузка, при которой эта пропорциональность еще не нарушается, на диаграмме обозначена через F_пц и используется для вычисления предела пропорциональности:

                                     (3.1)

где А₀ – площадь поперечного сечения образца до испытания.

Пределом пропорциональности  называется наибольшее напряжение, до которого существует прямо пропор­циональная зависимость между нагрузкой, и деформацией. Для Ст3 предел пропорциональности приблизительно равен   МПа.  

Зона ОА называется зоной упругости. Здесь возникают только упругие, очень незначительные деформации. Данные, характеризующие эту зону, позволяют определить значение модуля упругости Е.

После достижения предела пропорциональности де­формация начинает расти быстрее, чем нагрузка, я диа­грамма становится криволинейной. На этом участке в не­посредственной близости от точки А находится точка В, соответствующая пределу упругости.

Рекомендуемые материалы

Пределом упругости  называется максимальное на­пряжение, при котором в материале не обнаруживается признаков пластической (остаточной) деформации.

Предел упругости существует независимо от закона прямой пропорциональности. Он характеризует начало перехода от упругой деформации к пластической.

У большинства металлов значения предела пропорци­ональности и предела упругости незначительно отлича­ются друг, от друга. Поэтому обычно считают, что они практически совпадают. Для стали СтЗ   МПа.

При дальнейшем нагружении криволинейная часть диаграммы переходит в почти горизонтальный участок CD – площадку текучести. Здесь деформации растут практически без увеличения нагрузки. Нагрузка F_т, соот­ветствующая точке D, используется при определении фи­зического предела текучести:

                                                                                             (3.2)

Физическим пределом текучести   называется на­именьшее напряжение, при котором образец деформиру­ется без заметного увеличения растягивающей нагрузки.

Предел текучести является одной из основных механических характеристик прочности металлов. Для стали Ст3    МПа.

Зона BD называется зоной общей текучести. В этой зоне значительно развиваются пластические деформации. При этом у образца повышается температура, изменяются электропроводность и магнитные свойства.

Диаграмма после зоны текучести снова становится кри­волинейной. Образец приобретает способность восприни­мать возрастающее усилие до значения F_max – точка E на диаграмме. Усилие F_max  используется для вычисления временного сопротивления:

                                                 (3.3)

Напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца, называется временным сопротивлением.

Для стали марки Ст3 временное сопротивление   МПа.

Зона DE называется зоной упрочнения. Здесь удлине­ние образца происходит равномерно по всей его длине, первоначальная цилиндрическая форма образца сохраня­ется, а поперечные сечения изменяются незначительно и также равномерно.

При максимальном усилии или несколько меньшем его на образце в наиболее слабом месте возникает локальное уменьшение поперечного сечения – шейка (а иногда и две). Дальнейшая деформация происходит в этой зове образца. Сечение в середине шейки продолжа­ет быстро уменьшаться, но напряжения в этом сечении все время растут, хотя растягивающее усилие и убывает. Вне области шейки напряжения уменьшаются, и поэтому удлинение остальной, части образца не происходит. Нако­нец, в точке К образец разрушается. Сила, соответст­вующая точке К, называется разрушающей F_к, а напря­жения – истинным сопротивлением разрыву (истинным пределом прочности), которые равны:

,                                          (3.4)

где     А_к – площадь поперечного сечения в месте разрыва.

Зона ЕК называется зоной местной текучести, Истин­ные напряжения в момент разрыва (в шейке) в образце из стали Ст3 достигают 900… 1000 МПа.

Интересен механизм разрушения образца из низкоуглеродистой стали. Образец разрушается, как правило, с образованием «чашечки» на одной его части и «кону­са» — на другой. Этот излом называют чашечным или изломом «чашечка — конус».

Помимо указанных характеристик прочности, после разрушения образца определяют характеристики пластичности.

В лекции “3.1. Общие положения методики оценки инженерной обстановки” также много полезной информации.

Относительное удлинение после разрыва  (%) – это отношение приращения расчетной длины образца после разрыва к ее первоначальному значению, вычисляемое по формуле:

.                                    (3.5)

Заметим, что относительное удлинение после разрыва зависит от отношения расчетной длины образца к его диаметру. С увеличением этого отношения значение  уменьшается, так как зона шейки (зона местной пласти­ческой деформации) у длинных образцов занимает от­носительно меньше места, чем в коротких образцах. Кро­ме того, относительное удлинение зависит и от места расположения шейки (разрыва) на расчетной длине об­разца. При возникновении шейки в средней части образца местные деформации в области шейки могут свободно развиваться и относительное удлинение будет больше, чем в случае, когда шейка возникает ближе к головке образца, тогда местные деформации будут стеснены.

Другой характеристикой пластичности является от­носительное сужение после разрыва  (%), представля­ющее собой отношение уменьшения площади попереч­ного сечения образца в месте разрыва к начальной пло­щади поперечного сечения образца:

.                                   (3.6)

Для стали марки Ст3 характеристики пластичности следующие:   (при испытании коротких образ­цов); .