Fémek mechanikai tulajdonságai és meghatározásuk módszerei. Fémek mechanikai tulajdonságai Fémek szilárdsági vizsgálatai

A mechanikai vizsgálatok a terhelés természetétől függően az idő múlásával a következők lehetnek:

statikus, amelyben a terhelés lassan történik, és a terhelés egyenletesen növekszik nulláról egy bizonyos maximumignagysága vagy hosszú ideig állandó marad alacsony alakváltozási sebesség mellett;

Dinamikus, amelyben a minta terhelése azonnal megnövekszik nagy nyúlási sebesség mellett;

- újraváltozó (vagy ciklikus), fáradtság,amelynél a terhelés nagysága és iránya megváltozik. A vizsgálati eredmények alapján meghatározzák a meghibásodásig tartó ciklusok számát különböző feszültségértékeknél vagy azon határfeszültségnél, amelyet a minta bizonyos számú terhelési cikluson keresztül roncsolás nélkül el tud viselni.

Ezen kívül vizsgálatokat végeznekkúszás és hosszú távú erőmagas hőmérsékleten egy fém vagy ötvözet hőállóságának meghatározása érdekében.

Statikai, dinamikus és kifáradási, valamint keménységi és hőállósági vizsgálatok során a fémek és ötvözetek standard mechanikai tulajdonságait határozzák meg: szilárdsági jellemzők - arányossági határ, rugalmassági tartomány, folyáshatár, szakítószilárdság, képlékeny jellemzők - relatív nyúlás és relatív összehúzódás, valamint keménység, szívósság, tartóssági határ, kúszási határ vagy szakítószilárdság.

Szakítópróba

A szakítóvizsgálat során a GOST 1497 szerint meghatározzák a fém kis képlékeny alakváltozásokkal szembeni ellenállását, amelyet a σ pc arányossági határ, a σ y rugalmassági határok és a σ t folyáshatár (vagy σ) jellemeznek. 0,2 ), valamint a jelentős képlékeny alakváltozásokkal szembeni ellenállás, amelyet az átmeneti ellenállás σ in fejez ki.

Nyújtáskor a fém plaszticitása is meghatározásra kerül, vagyis a tönkremenetel előtti képlékeny alakváltozás mértéke, amely a minta relatív nyúlásával becsülhető meg. δ és őtrelatív szűkület ψ (mintatörés után).

A szakítóvizsgálathoz standard mintákat használnak (lásd alább). A vizsgálógép olyan eszközzel van felszerelve, amely rögzíti a húzási diagramot.

A feszültség-nyúlás diagram a próbatestre ható húzóterhelés és a deformáció közötti összefüggést mutatja. Az ábrán a terhelést az ordináta tengelye mentén írjuk fel R ,az x tengely mentén pedig a minta Δ abszolút nyúlása l (Δl = l x -íme, hol l xés íme - áramláshossza (adott időpontban) és a minta kezdeti hossza) - Fig. 1

Rizs. 1. A szakítódiagram diagramja: a minta nyúlásának változása a terhelés függvényében

Az abszolút nyúlás változási görbe Δ l az alkalmazott terheléstől függően Rnyújtva egyenes szakaszból áll OAés görbe vonalú AB,megfelel a képlékeny (maradék) deformációk tartományába való átmenetnek, és a görbe abszcissza tengelyéhez viszonyított dőlésszögének tangensének fokozatos csökkenésével jellemezhető (lásd 1. ábra).

A képlékeny alakváltozás az a deformáció, amely a terhelés eltávolítása után megmarad.(ráadásul reverzibilis képlékeny deformáció figyelhető meg, amely a rugalmas deformációhoz hasonlóan a terhelés eltávolítása után eltűnik). Az anyag plaszticitásának mértéke a roncsolás (nyúlás, szűkület) pillanatában bekövetkező maradó alakváltozás nagysága. Ha a tönkremenetel előtti képlékeny alakváltozás mértéke kicsi, akkor az anyagot ridegnek nevezzük. A képlékeny deformáció megelőz minden típusú törést (képlékeny vagy kvázi rideg), de kvázi rideg törésnél nagyon kicsi, mikro- és szubmikrotérfogatokban lokalizálódik, és a makrodeformáció mérésének hagyományos módszerei nem mutatják ki. Ez utóbbi esetben kutatásra van szükség x vizsgálati körülmények (terhelési sebesség, vizsgálati hőmérséklet stb.), amelyek mellett az anyag plaszticitása feltárható volt.

A különböző méretű minták vizsgálati eredményeinek összehasonlításához célszerű kapcsolatot teremteni a fajlagos és a relatív értékek, azaz a feltételes feszültségek között. σ , egyenlő P/F0,Ahol P- F 0 - a minta keresztmetszete a vizsgálat előtt és a relatív nyúlás δ , egyenlő Δ-vell/ I 0 ,ahol Δ l - a minta abszolút javítása; én 0- a minta hossza a vizsgálat előtt. A jelentése óta Rés Δ l az adott vizsgálati körülményekhez tartozó állandó értékekre vannak felosztva, akkor az ábrán látható diagram típusa. 1, nem változik (csak léptékben tér el), ha koordinátákról mozog P– Δ l σ koordinátákhoz - δ .

Feszültség pont alatt Agyakorlatilag nem okoznak mérhető maradó alakváltozást és ehhez a ponthoz viszonyítva megállapítható a rugalmassági határ (a mért alakváltozások pontosságának bizonyos tűrés mellett) σ nál nél , valamint az arányosság határaσ pc . Itt és lent a feszültségeket a megfelelő terhelés elosztásával kapjuk meg F 0- a minta keresztmetszete a vizsgálat előtt.

Rugalmas határσ nál nél - egy meghatározott értékű maradó alakváltozások megjelenésének megfelelő feltételes feszültség (0,05; 0,001; 0,003; 0,005%); a maradandó alakváltozás tűrését az index jelzi, amikorσ y .

Arányossági határσ pc - feltételes feszültség, ill.megfelel a deformációs görbe lineáris lefutásától való eltéréseknek (Hooke törvényétől), amelyet egy bizonyos tűrés határoz meg (például a deformációs görbe dőlésszögének a feszültségtengelyhez viszonyított tangensének 25 vagy 50%-os növekedése, ha egyenes szakaszról ívesre haladva).

Meg kell jegyezni, hogy a valódi polikristályos fémek definíciója σ y és σ pc jelentős módszertanijelentős nehézségeket okoz, mivel nagyon kicsi mérést igényeldeformációk. Ezért a gyakorlatban gyakran fordulnak olyan jellemzőhöz, mint a feltételes folyáshatár.

Hozamigazolás- ez az a feltételes feszültség, amelynél a maradó alakváltozás elér egy bizonyos értéket (általában 0, 2a minta munkahosszának %-a; akkor feltételesa folyáshatárt így jelöljük σ 0,2 ). σ értéke 0,2 általában olyan anyagokra van meghatározva, amelyeknek nincs platója vagy hozamfoga a diagramon.

Azokban az esetekben, amikor a szakítódiagram folyási platóval rendelkezik (2. ábra, A),intézkedésfizikai folyáshatárσ t , a folyási plató legalacsonyabb terhelésének megfelelő feltételes feszültség, amikor a terhelés növekedésével a minta deformációja következik be. Előfordul, hogy a deformáció terjedése a műanyag minták hosszában a folyási platónak megfelelő feszültségeknél hullámszerű jellegű: először a szelvény lokális elvékonyodása alakul ki, majd ez elvékonyodása átmegy a szomszédos anyagtérfogatba, és ez a folyamat addig tart, amíg egy ilyen hullám terjedése következtében A hozamterületnek megfelelő általános egyenletes nyúlás nincs. Ha van hozamfog (2. ábra, b), vezesse be a felső fogalmátσ t-ben és alacsonyabb σ n t a folyékonyság határai.

Rizs. 2. Az (a) fog területét adó fémek szakítódiagramjaib)forgalom

Ha a minták vizsgálatakor, például szakítóvizsgálatnál,lokális deformáció lép fel (nem képződnek nyakak - lokális keresztmetszet szűkülés), majd a törékeny fémek mintája a pontnak megfelelő valamilyen maximális terhelésnél megsemmisül. BAN BENábrán. 1. Ezt a terhelést elosztva a kezdeti keresztmetszeti területtel megkapjuk az únátmeneti ellenállásσ b (ez a minta által elviselt legnagyobb terhelésnek megfelelő feltételes feszültség). Azokban az esetekben, amikor a nyújtás végét a minta helyi elvékonyodása (nyakképződés) kíséri, a feszítési diagram az 1. ábrán látható formájú. 2, azaz a képlékeny fém szakadási pillanatában fellépő terhelés és a kezdeti szakaszra vonatkozó feszültség (a pontban D ),kisebb lehet, mint a feszültség a nyújtás valamely korábbi pillanatában. De még ebben az esetben is a ponthoz viszonyítva határozzuk meg az átmeneti ellenállást BAN BEN, azaz a maximális terheléshez viszonyítva, amelynek elérésének pillanata gyakorlatilag egybeesik a nyakképződés kezdetével egy műanyagból készült mintán. A nyak megjelenése határozza meg az átmenetet a minta teljes munkarészének egyenletes deformációjától egy bizonyos szakaszon a koncentrált deformációig.

A képlékeny alakváltozások tartományába való áttéréskor (az A ponttól jobbra a diagramon Fig. 1) a minta keresztmetszetében bekövetkezett változások jelentőssé válnak, és a terhelés a kezdeti (deformáció előtti) metszethez van rendelve F 0 csak ad feltételes időés én.Ha figyelembe vesszük a keresztmetszet alakváltozás során bekövetkező változását, és a terhelést nem az eredeti szelvényhez viszonyítjuk, hanem az egyes alakváltozási pillanatokban lévő metszethez Fx,akkor kapnakvalódi stresszek.Ez utóbbiak természetesen eltérnek a feltételes feszültségektől, és annál nagyobbak, minél képlékenyebb az anyag (annál jobban változik a keresztmetszete a deformáció során az eredetihez képest). Ennek megfelelően a feszítési diagram megjelenése megváltozik, amit vázlatosan a 1. ábra mutat be. 3. Törékeny anyagok (öntöttvas, öntött alumíniumötvözetek, stb.) esetén a valódi és a feltételes feszültségek közötti különbség kicsi lehet.

Által A szakítószilárdsági diagram, mint fentebb megjegyeztük, a fém plaszticitásának megítélésére is használható, amelyet a szakadás utáni relatív nyúlás jellemez. δ és relatív szűkületa minta keresztmetszete.

P odrelatív nyúlás δ megérteni az abso hozzáállásta minta abszolút nyúlása szakadás után Δ l = l to - lo (ahol l to a minta végső hossza) a kezdeti számított hosszra l o, százalékban kifejezve, azaz.

δ = ( l to - lo)*100%/ l o

„Rövid” (ötszörös) minták vizsgálata esetén (lásd alább) a relatív nyúlást jelöljük δ5 , amikor « hosszaknykh" (tízszeres) –δ 10.

Relatív szűkület szakadás után ψ képviseli o a törött próbatest keresztmetszeti területének csökkenésének aránya Δ F = F 0 - F K(Ahol F K- a minta minimális keresztmetszete a szakadás után) az eredeti keresztmetszeti területre Fo,százalékban kifejezve, azaz.

Ψ = ( F 0 - F K )*100%/ F 0

A tömörítési módok kiszámításakor a kard nyomással történő feldolgozása során a leggyakrabban használt mutató δ .

Egyenes dőlésszögének érintője OAaz abszcissza tengelyig (lásd 1. ábra) jellemziaz anyag rugalmassági modulusa E = σ / δ (Ahol δ - relatív alakváltozás egyenlő Δ-vel l/l 0 ). Az E rugalmassági modulus határozza meg az anyag merevségét: a feszültségnövekedés intenzitását a rugalmas alakváltozás növekedésével. Fizikai jelentés Eabban rejlik, hogy a fém rugalmas alakváltozással szembeni ellenállását jellemzi. A rugalmassági modulus gyakorlatilag független a fém szerkezetétől, és az atomközi kötési erők határozzák meg. Az összes többi mechanikai tulajdonság szerkezetérzékeny, és a szerkezettől függően nagymértékben változhat.

Rizs. 3. A feszültségdiagram (folytonos vonal) és a valódi feszültségdiagram (szaggatott vonal) szimbolikus ábrázolása

Meg kell jegyezni, hogy a feszültség és a deformáció arányossági törvénye csak első közelítésre érvényes. Pontos mérésekkel még kis feszültségeknél is a rugalmas tartományban eltérések figyelhetők meg az arányosság törvényétől. Ezt a jelenséget az únrugalmatlanság.Ez abban nyilvánul meg, hogy az alakváltozás, bár reverzibilis marad, a ható feszültséggel fázisban késik. Ebben a tekintetben a húzási diagramon a terhelés és a tehermentesítés során az egyenes helyett egy hiszterézis hurkot kapunk, mivel a terhelési és tehermentesítő vonalak nem esnek egybe egymással.

A fémek mechanikai tulajdonságait szakítóvizsgálatokban standard minták segítségével határozzuk meg, amelyek általános megjelenését az 1. ábra mutatja. 4.

Szigorúan be kell tartani bizonyos összefüggéseket a minta kezdeti tervezési hossza l 0 és a kezdeti keresztmetszeti terület között a minta munkarészében F 0.Kétféle mintát használnak: hengeres és lapos. Mindkét típusú figuratív szakítószilárdsági vizsgálatot alkalmazzák a kezdeti mérőhossz lo = 5,65 √F 0 vagy lo = 11,3 √F 0 átmérővel csináld= 3...25 mm vagy vastagság A O = 0,5. ..25 mm és szélesség b 0 = 20...30 mm. A névleges értéknél az lo = 5, √F 0 tervezési hosszúságú mintákat „rövidnek”, a lo = 11,3 √F 0 értékű mintákat „hosszúnak” nevezzük, és az előbbi használata előnyös. Öntött minták és törékeny fémekből készült minták lo = 2,82√F 0 kezdeti tervezési hosszúsággal gyárthatók.

Hengeres minták esetén az átmérőjű minták csináld= 10mmés a kezdeti tervezési hossz l 0 = 5 csinálni(rövid) és lo = 10 d 0(hosszú); az első esetben a szakadás utáni relatív nyúlás hozzárendelt értéke van kijelölve δ 5, a másodikban - δ 10.

Rizs. 4. A szakítóvizsgálathoz használt standard minták általános képe: a - csillókndrites minta; b -lakás

Kompressziós teszt

A tömörítési vizsgálatot általában a rideg anyagok mechanikai tulajdonságainak meghatározására használják. A 10...25 mm átmérőjű és az átmérővel megegyező magasságú hengeres mintákat összenyomásnak vetjük alá, miközben rögzítjük a rugalmas és maradó alakváltozásokat A minták végfelületei köszörültek, síkkal párhuzamosak és merőlegesek a tengelyre a minta. A minták végén lévő súrlódás nagy hatással van a vizsgálati eredményekre. A súrlódás csökkentése érdekében használjon speciális tömítéseket (ólom), vagy kenje meg a végeket.

A nyomáspróbát ugyanazokon a gépeken végzik el, mint a szakítóvizsgálatot, olyan eszközök (fordító) segítségével, amelyek a húzóterhelést nyomóterheléssé alakítják át. Az összenyomódás vizsgálatakor egy összenyomási diagramot kapunk (5. ábra), amelyből meghatározzuk a vizsgált anyag főbb mechanikai jellemzőit. A képlékeny fém mintának a folyáshatár alatti feszültséggel történő összenyomása során a fém ugyanúgy viselkedik, mint feszítés alatt. A folyáshatár elérése után a minta plasztikusan deformálódik, hordó alakú formát vesz fel. Ha a végeket kenjük, vagy puha távtartók vannak a végén, a minta magassági deformációja egyenletesebb.

Képlékeny fémek kompressziós vizsgálatakor (lásd az 5. ábra görbéit 2 És 3) Általában az arányossági és a folyáshatárokat úgy határozzuk meg, mint a szakítópróbánál, és az ülepedési fokot (relatív alakváltozást) az összefüggésből kapjuk meg:

ε = (h 0 -h 1)*100%/h 0,

ahol ho és h 1- minta magassága előttés csapadék után.

Rizs. 5. Különféle fémek összenyomási diagramjainak összehasonlító diagramjai: 1 - öntöttvas; 2 - réz; 3 - acél

Törékeny fémek kompressziós vizsgálata esetén (lásd pl. 5. ábra, 1. görbe) pont elérése BAN BENσ in feszültség a minta pusztulásával jár. A minta meghibásodása általában a nyomóerő hatásvonalához képest 45°-os szögben következik be.

A fémek mechanikai vizsgálata a fémötvözetek (röviden fémek) mechanikai tulajdonságainak, a különböző típusú terhelések bizonyos határokon belüli ellenálló képességének meghatározása. A fémre gyakorolt ​​hatás jellege szerint a terhelések és ennek megfelelően a vizsgálatok statikus (feszítés, nyomás, hajlítás, csavarás), dinamikus (ütőszilárdság, keménység), kifáradás (ismételt ciklikus terhelés), hosszú vizsgálatokra oszthatók. -távú (légköri környezetnek való kitettség, kúszás, relaxáció) és speciális. A különféle tesztek közül a fő a szakítószilárdság, a keménység, az ütés, a hajlítás és néhány más.

A fémek szakítószilárdságának vizsgálatakor szabványos mintákat és speciális gépeket használnak. A tesztelés során az erő növekedésével a fémmintával fellépő összes változást diagram formájában rögzítjük (2.5. ábra) koordinátákkal: terhelés az ordináta tengely mentén és nyúlás az abszcissza tengely mentén. A diagram segítségével meghatározzuk az apt arányossági határt, a folyáshatárt at, a maximális erőt - átmeneti ellenállást aD és a szakadást. Az arányossági határ a legnagyobb feszültség (az erő aránya a minta keresztmetszeti területén), ameddig a feszültség és az alakváltozás közötti egyenes arányosság megmarad, amikor a minta a terhelés arányában rugalmasan deformálódik, pl. A terhelés növekedésével a nyúlás ugyanannyival nő. A terhelés megszüntetése esetén a minta hossza visszaáll a kezdeti értékre, vagy kismértékben megnő (0,03... 0,001%-kal), meghatározva a rugalmassági határt.

A folyáshatár az a feszültség, amelynél a minta deformálódik (megnyúlik) a húzóterhelés észrevehető növekedése nélkül (a diagramon vízszintes terület). Ha eltávolítjuk a terhelést, a minta hossza gyakorlatilag nem csökken. A minta terhelésének további növelésével olyan feszültség jön létre, amely megfelel a minta tönkremenetelét megelőző legnagyobb húzóterhelésnek, amelyet szakítószilárdságnak ab (szakítószilárdság) nevezünk. Továbbá a minta nyúlása nő, nyak alakul ki, amely mentén a minta eltörik.

A feszítési diagram lehetővé teszi egy fém törés nélküli deformálódási (nyúlási) képességének megítélését, pl. plasztikus tulajdonságait jellemzi, ami kifejezhető a minta relatív nyúlásával és szűkülésével is a szakadás pillanatában (mindkét paraméter százalékban van kifejezve).

A relatív nyúlás a minta szakadás előtti hosszának az eredeti hosszához viszonyított aránya. A relatív összehúzódás a minta nyakának keresztmetszete csökkenésének aránya a szakadás helyén a minta eredeti keresztmetszeti területéhez viszonyítva.

A keménységvizsgálat egyszerű és gyors módszer egy fémanyag (a továbbiakban röviden fém) szilárdságának tesztelésére összetett igénybevételi körülmények között. A gyártás során a legszélesebb körben használt módszerek a Brinell, a Rockwell, a Vickers és néhány más. A vizsgált fém felületi rétegeiben nem lehetnek felületi hibák (repedések, karcolások stb.).

A Brinell-módszerrel (HB keménység) végzett keménységmeghatározási módszer lényege, hogy adott üzemmódban (terhelési nagyság, terhelési időtartam) egy edzett acélgolyót nyomunk a vizsgált mintába (termékbe). A vizsgálat befejezése után meg kell határozni a golyón lévő lenyomat (lyuk) területét, és a golyót megnyomó erő és a vizsgálati mintában (termékben) lévő lenyomat területéhez viszonyított arányt. kiszámításra kerül.

A vizsgálati minta tapasztalati alapján várható keménységét figyelembe véve különböző átmérőjű (2,5, 5 és 10 mm) és 0,6...30 kN (62,5...3000 kgf) terhelésű golyókat használnak. A gyakorlatban táblázatokat használnak a bemélyedés átmérőjének HB keménységi számmá való konvertálására. Ennek a keménységmeghatározási módszernek számos hátránya van: a golyó lenyomata károsítja a termék felületét; a keménységmérés ideje viszonylag hosszú; lehetetlen megmérni a termékek keménységét a golyó keménységével arányosan (a labda deformálódik); A vékony és kisméretű termékek keménységét nehéz megmérni (deformálódnak). A rajzokon és a műszaki dokumentációban a Brinell-keménység HB-vel van jelölve.

A keménység Rockwell módszerrel történő meghatározásakor olyan eszközt használnak, amelyben egy bemélyedés - egy kemény hegy 6 (2.6. ábra) terhelés hatására behatol a vizsgált fém felületébe, és nem az átmérőbe, hanem a mélységébe. a behúzás meg van mérve. A készülék asztali típusú, 8-as mutatója van három skálával - A. B, C az olvasási keménységhez, 20...50 tartományban;

25... 100; 20 ... 70 mértékegység. A keménység mértékegysége a behúzó 2 μm-es tengelyirányú mozgásának megfelelő értéket jelenti. Az A és C skálákkal végzett munka során a csúcs egy gyémánt kúp, amelynek csúcsa 120°-os szöget zár be, vagy egy keményfém kúp. A gyémánt kúpot keményötvözetek vizsgálatánál, a keményfém kúpot pedig 20...50 egység keménységű, nem kritikus alkatrészekhez használják.

Rizs. 2.6. Rockwell keménységmérő:
I - tehermentesítő fogantyú; 2 - terhelés; 3 - lendkerék; 4 - emelőcsavar; 5 - asztal; 6 - a készülék csúcsa; 7 - minta a vizsgált fémből; 8 - jelző

Ha B skálával dolgozik, a behúzó egy kis acélgolyó, amelynek átmérője 1,588 mm (1/16 hüvelyk). A B skála viszonylag lágy fémek keménységének mérésére szolgál, mivel jelentős keménység esetén a golyó deformálódik és gyengén, 0,06 mm-nél kisebb mélységig hatol be az anyagba. C skála használatakor a csúcs gyémánt kúp, ebben az esetben a készülék az edzett részek keménységét méri. Gyártási körülmények között általában a C skálát használják, a hegyeket meghatározott terhelés mellett benyomják. Tehát az A, B és C skálán mérve a terhelés rendre 600; 1 LLC; 1500 N, a keménység a skála szerint van megjelölve - HRA, HRB, HRC (értékei mérettelenek).

A Rockwell műszeren végzett munka során a 7 vizsgálófém mintáját az 5 asztalra helyezzük, és a lendkerék 3 segítségével a 4 emelőcsavar és a 2 terhelés a szükséges erőt a 6 hegyen hozzuk létre, rögzítve annak mozgását az indikátoron. skála 8. Ezután a 7 fogantyú elfordításával a vizsgált fémből eltávolítjuk az erőt, és meghatározzuk a keménységi értéket a keménységmérő skáláján (jelző).

A Vickers-módszer egy anyag keménységének meghatározására szolgáló módszer, amelynek során a vizsgált termékbe egy szabályos tetraéderes piramis alakú, 136°-os diéderszögű, gyémántcsúcsot (behúzót) nyomnak. A Vickers-keménység HV a bemélyedés terhelésének és a bemélyedés piramisfelületének területéhez viszonyított aránya. A préselési terhelés kiválasztása

50...1000 N (5...100 kgf) a vizsgált minta keménységétől és vastagságától függ.

A fémek keménységének vizsgálatára más módszerek is ismertek, például a Shore eszköz és a labda dinamikus bemélyedése. Azokban az esetekben, amikor egy edzett vagy edzett és köszörült alkatrész keménységét úgy kell meghatározni, hogy a mérés nyoma nem marad, Shore-féle készüléket alkalmazunk, amelynek működési elve a rugalmas visszarúgáson – a könnyű ütő visszapattanásának magasságán – alapul. (ütő) meghatározott magassággal a vizsgálati test felületére esve.

A Shore eszközön a keménységet hagyományos mértékegységekkel értékelik, amelyek arányosak a gyémánthegyű csatár felpattanási magasságával. A becslés hozzávetőleges, mivel például egy vékony lemez és egy masszív, nagy vastagságú, azonos keménységű rész rugalmassági foka eltérő lesz. De mivel a Shore eszköze hordozható, kényelmesen használható nagy alkatrészek keménységének tesztelésére.

Nagyon nagy termékek (például hengermű tengelye) keménységének hozzávetőleges meghatározásához használhat egy kézi Poldi eszközt (2.7. ábra), amelynek működése a labda dinamikus benyomódásán alapul. Egy speciális 3 tartóban van egy gallérral ellátott 2 elütőcsap, amelyre 7 rugó támaszkodik. A 3 tartó alsó részén található résbe egy 6 acélgolyó és egy ismert keménységű 4 referencialemez van behelyezve. A keménység meghatározásakor az eszközt a mérési helyen a vizsgálandó 5 alkatrészre szerelik fel és a 2 ütő felső részét közepes erővel 1 kalapáccsal egyszer megütik. Ezt követően a vizsgált részen 5 és a 4 referencialemezen lévő lyukak lenyomatainak méreteit hasonlítják össze, amelyeket a csatár eltalálásakor egyidejűleg kapunk a labdából. Ezután egy speciális táblázat segítségével meghatározzuk a vizsgált termék keménységi számát.

A figyelembe vett keménységmérők mellett a gyártásban használatosak a TEMP-2, TEMP-Z univerzális hordozható elektronikus keménységmérők, amelyek különböző anyagok (acél, réz, alumínium, gumi stb.) és az ezekből készült termékek keménységének mérésére szolgálnak. (csővezetékek, sínek, fogaskerekek, öntvények, kovácsolt anyagok stb.) a Brinell (HB), Rockwell (HRC), Shore (HSD) és Vickers (HV) skálák használatával.

Rizs. 2.7. Kézi Poldi készülék keménység meghatározásához:
1 - kalapács; 2- csatár; 3 - klip; 4- referenciatábla; 5 - alkatrész ellenőrzés alatt áll; 6 - labda; 7 - rugó; -- -irány
erőfeszítést a lőtűn

A keménységmérők működési elve dinamikus, a 6 ütköző (2.8. ábra) ütközési sebességének és visszapattanásának arányának meghatározásán alapul (3 mm átmérőjű 7 golyó), amelyet az 1 elektronikus egység alakít át a feltételes keménység háromjegyű száma, amely a folyadékkristály (LC) 2 jelzőjén jelenik meg (például 462). A feltételes keménység mért száma alapján konverziós táblázatok segítségével megkeresik az ismert keménységi skáláknak megfelelő keménységi számokat.

Rizs. 2.8. Hordozható elektronikus keménységmérő TEMP-Z:
1 - elektronikus egység; 2 - LCD kijelző; 3 - toló; 4 - kioldó gomb; 5 - érzékelő; 6 - dobos; 7 - labda; 8 - tartógyűrű; 9 - a termék tesztelt felülete

A keménység ezzel a módszerrel történő méréséhez az eszközt a következőképpen kell elkészíteni. Az 1 elektronikus egységen elhelyezett 3 nyomógomb segítségével az 5 érzékelőben található 7 golyót a befogópatronba nyomjuk, és ezzel egyidejűleg az 5 érzékelő tetején található 4 kioldógombot felcsavarjuk, majd az érzékelőt szorosan rögzítjük. a 8 támasztógyűrűvel a termék 9 tesztfelületéhez nyomjuk és a kioldógombot megnyomjuk 4. A 6 ütőnek a termék tesztfelületével való ütközését követően az eredmény megjelenik az LCD kijelzőn a következő formában: a feltételes keménység háromjegyű száma.

A mért feltételes keménység végső értéke öt mérés számtani átlaga. Évente egyszer az eszköz időszakos ellenőrzésére kerül sor, szabványos keménységmérők használatával, amelyek nem alacsonyabbak a megfelelő keménységi skála második kategóriájában (Brinell, Rockwell, Shore és Vickers), a szabványos feltételek betartása mellett. Ezekkel a műszerekkel a keménység mellett a szakítószilárdság (szakítószilárdság) és a folyáshatár meghatározása is lehetséges.

A keménységmérőkkel együtt kalibrált reszelőket is használnak a gyártás során az anyag keménységének meghatározására. Segítségükkel ellenőrizhető az acél alkatrészek keménysége olyan esetekben, amikor nincs keménységmérő, vagy nagyon kicsi a mérési terület, vagy a hely nem hozzáférhető a készülék bemélyedései számára, valamint ha a termék nagyon jelentős méretekkel rendelkezik. . A tárázott reszelő ismert keménységű, U10-es acélból készült reszelő, háromszögletű, négyzet alakú és kerek, meghatározott bevágással. A reszelő bevágásának a szabályozott fémhez való tapadását a karcolásnyomok jelenléte határozza meg a szabályozott részen anélkül, hogy a reszelő fogainak tetejét összenyomná. Működés közben a reszelő fogainak élességét időnként ellenőrizni kell a kontrollmintákhoz (gyűrűkhöz) való tapadás szempontjából. A reszelőket két keménységi csoportban gyártják, hogy szabályozzák a termékek keménységének alsó és felső határát. A vezérlőgyűrűk (lemezek) 57...59 keménységű típusokat készítenek; 59...61 és 61...63 HRC kalibrált reszelők ellenőrzésére, amelyek keménysége megfelel a kontrollminták keménységi határainak.

Ütésvizsgálat (ütős hajlítás) a fémek (dinamikus) szilárdságának egyik legfontosabb jellemzője. Különösen fontos a lökés és váltakozó terhelés mellett, valamint alacsony hőmérsékleten működő termékek tesztelése is. Ebben az esetben azt a fémet, amely ütés hatására könnyen törik, észrevehető képlékeny alakváltozás nélkül, ridegnek, a jelentős képlékeny alakváltozás után ütés hatására törő fémet pedig képlékenynek nevezzük. Megállapítást nyert, hogy a statikus körülmények között jól működő fém ütési terhelés hatására tönkremegy, mivel nincs ütésállósága.

Az ütőszilárdság (anyagállóság az ütési terhelésekkel szemben) tesztelésére Charpy inga ütőműszert használnak.
(2.9. ábra), amelyen egy speciális minta megsemmisül - mena, amely egy téglalap alakú acélrúd, középen egyoldalú U- vagy V-alakú vágással. A cölöpverő ingája meghatározott magasságból a vágással ellentétes oldalon üti a mintát, tönkretéve azt. Ebben az esetben az inga ütközés előtti és utáni munkáját határozzuk meg, figyelembe véve annak tömegét, valamint a minta megsemmisülése utáni H esés és h emelkedés magasságát. A munkakülönbség a minta keresztmetszeti területének tulajdonítható. Az osztással kapott hányados jellemzi a fém ütőszilárdságát: minél kisebb a viszkozitása, annál ridegebb az anyag.

A hajlítási vizsgálatokat rideg anyagokon (edzett acél, öntöttvas) végezzük, amelyek észrevehető képlékeny alakváltozás nélkül meghibásodnak. Mivel a roncsolás kezdetének pillanatát nem lehet meghatározni, a hajlítást a hajlítási nyomaték és a megfelelő kihajlás aránya alapján ítéljük meg. Ezenkívül torziós vizsgálatot végeznek annak az anyagnak az arányossági, rugalmassági, folyékonysági és egyéb jellemzőinek határainak meghatározására, amelyekből a kritikus részek (főtengelyek, hajtórudak) nagy torziós terhelés mellett készülnek.

Rizs. 2.9. Charpy inga cölöpverő:
1 - inga; 2 - minta; H, h - az inga esési és emelkedési magassága; ---- - az inga pályája

A tárgyaltakon kívül más fémvizsgálatokat is végeznek, például a kifáradásra, a kúszásra és a tartós szilárdságra. A kifáradás egy termék anyagának megsemmisülése előtti állapotváltozása ismétlődő váltakozó (ciklikus) terhelés hatására, amely nagyságrendben vagy irányban, illetve nagyságában és irányában egyaránt változik. A hosszú élettartam eredményeként a fém műanyagból fokozatosan rideg állapotba kerül („abroncsok”). A kifáradási ellenállást egy tartóssági határ (fáradási határ) jellemzi - a legnagyobb ciklusfeszültség, amelyet egy anyag roncsolás nélkül képes ellenállni, adott számú ismétlődő változó terhelés (terhelési ciklus) esetén. Például az acélnál 5 millió, a könnyűöntött ötvözeteknél 20 millió terhelési ciklust állapítanak meg.Az ilyen vizsgálatokat speciális gépeken végzik, amelyekben a mintát váltakozó nyomó- és húzófeszültségnek, váltakozó hajlításnak, csavarásnak, ismételt ütési terhelésnek, ill. más típusú erők.

A kúszás (kúszás) egy anyag képlékeny alakváltozásának lassú növekedése hosszú távú terhelés hatására bizonyos hőmérsékleten, kisebb, mint a maradó alakváltozást okozó terhelés (azaz kisebb, mint az alkatrészanyag adott folyáshatára). hőfok). Ebben az esetben a képlékeny deformáció olyan értéket érhet el, amely megváltoztatja a termék alakját és méreteit, és megsemmisüléséhez vezet. Szinte minden szerkezeti anyag ki van téve a kúszásnak, de az öntöttvas és az acél esetében ez 300 °C fölé hevítve jelentős, és a hőmérséklet emelkedésével növekszik. Az alacsony olvadáspontú fémekben (ólom, alumínium) és polimer anyagokban (gumi, kaucsuk, műanyagok) szobahőmérsékleten kúszás lép fel. A fém kúszását egy speciális berendezésben tesztelik, amelyben a mintát egy adott hőmérsékleten állandó tömegű terheléssel terhelik hosszú ideig (például 10 ezer óráig). Ugyanakkor precíz műszerekkel időszakosan mérik az alakváltozás mértékét. A terhelés növekedésével és a minta hőmérsékletének növekedésével a deformáció mértéke növekszik. A kúszási határ olyan feszültség, amely 100 ezer óra alatt a minta megnyúlását okozza bizonyos hőmérsékleten, legfeljebb 1%. A hosszú távú szilárdság egy olyan anyag szilárdsága, amely hosszú ideig kúszó állapotban van. A hosszú távú szilárdsági határ az a feszültség, amely a minta tönkremeneteléhez vezet adott hőmérsékleten a termékek működési körülményeinek megfelelő ideig.

Az anyagok tesztelése szükséges ahhoz, hogy megbízható gépeket hozzunk létre, amelyek rendkívül nehéz körülmények között is hosszú ideig üzemképesek meghibásodás vagy baleset nélkül. Ilyenek a repülőgépek és helikopterek légcsavarjai, turbina rotorok, rakétaalkatrészek, gőzvezetékek, gőzkazánok és egyéb berendezések.

Más körülmények között működő eszközök esetében speciális teszteket végeznek, hogy megerősítsék azok nagy megbízhatóságát és teljesítményét.

Szakítóvizsgálatok. A szakítóvizsgálat meghatározhatja egy fém vagy anyag szakítószilárdságát, nyúlását, összehúzódását, rugalmassági határát, arányos határát, folyáshatárát és rugalmassági modulusát.
A gyakorlatban azonban leggyakrabban az alapmennyiségek meghatározására korlátozódnak: szakítószilárdság, relatív nyúlás és relatív összehúzódás.
Ha a mintára ható erőt (terhelést) jelöljük R kg, és a minta keresztmetszete F mm 2, akkor a feszültség

azaz feszültség =

Azt a feszültséget, amelynél az anyag megszakad, szakítószilárdságnak nevezzük, és σ vr-nek jelöljük.
Ha a húzó próbatest kezdeti keresztmetszeti területtel rendelkezne F 0 mm 2 és törési teher R kg, majd a szakítószilárdság

Relatív kiterjesztése. A szakítóvizsgálat során a minta a terhelés növekedésével arányosan megnyúlik. Egy bizonyos terhelési értékig ez a nyúlás nem maradvány (167. ábra), vagyis ha ekkor eltávolítják a terhelést, a minta az eredeti helyzetét veszi fel. Nagy terhelésnél (nagyobb, mint a ponton A) a minta tartós megnyúlást kap. Ha a minta megsemmisítése után mindkét felét összehajtja, akkor a minta teljes hossza l hosszabb lesz, mint az eredeti mintahossz l 0 a tesztje előtt. A minta hosszának növekedése jellemzi a fém plaszticitását (hajlékonyságát).

A nyúlást jellemzően a minta középső részében határozzák meg.
A relatív nyúlást a nyújtás során elért nyúlás aránya határozza meg l - l 0 az eredeti mintahosszhoz l 0 és százalékban kifejezve:

A relatív összehúzódás a minta szakadás utáni csökkent keresztmetszeti területének aránya ( F 0 - F) a minta szakadás előtti keresztmetszeti területére ( F 0)

Ütésvizsgálat. Az anyag ütőszilárdságának (dinamikus ütőterheléssel szembeni ellenállásának) meghatározásához egy anyagminta ütésvizsgálatát alkalmazzák egy speciális gépen - egy inga ütőcsavar (168. ábra). Ehhez vegyünk egy meghatározott alakú és keresztmetszetű mintát középen egyoldali horonnyal, helyezzük egy cölöphúzó támaszaira, és egy bizonyos magasságból ingaütéssel semmisítsük meg a mintát. Az anyag ütésállóságát a minta megsemmisítésére fordított munkából határozzuk meg. Minél kisebb az ütési szilárdság, annál törékenyebb a fém.

Hajlítási teszt. A hajlítási próbát főként rideg anyagokon (öntöttvas, edzett acél) végzik, amelyek a hajlítás következtében észrevehető képlékeny alakváltozás nélkül tönkremennek.
A műanyagok (alacsony szén-dioxid-kibocsátású acél stb.) hajlításkor deformálódnak, de hajlítás hatására nem esnek össze, és ezeknél nem határozható meg a végső hajlítószilárdság. Az ilyen anyagok esetében szükség esetén a hajlítónyomatékok és a megfelelő alakváltozások arányának meghatározására korlátozódnak.
A torziós próbával meghatározható az arányossági határ, a rugalmassági határ, a folyáshatár és az anyag, amelyből a kritikus alkatrészek (főtengelyek, hajtókarok stb.) nagy torziós terhelés mellett készülnek, egyéb jellemzői.
Keménységi teszt. A fémek mechanikai vizsgálatának minden típusa közül leggyakrabban keménységi vizsgálatot végeznek. Ez azzal magyarázható, hogy a keménységvizsgálat számos jelentős előnnyel rendelkezik a többi mechanikai vizsgálathoz képest:
1. A termék nem semmisül meg, és tesztelés után üzembe lép.
2. A tesztelés egyszerűsége és gyorsasága.
3. A készülék hordozhatósága a keménység és a könnyű kezelhetőség tesztelésére.
4. A keménység értékével – némi közelítéssel – meg lehet ítélni a szakítószilárdságot.
5. A keménységi érték alapján hozzávetőlegesen meg lehet határozni, hogy a vizsgálati helyen milyen szerkezetű a vizsgált fém.
Mivel a keménység meghatározásakor a fém felületi rétegeit vizsgálják, a megfelelő eredmény elérése érdekében a fémfelületen ne legyen vízkő, szénmentesített réteg, bemetszések, nagy karcolások stb., és ne legyen felülete sem. keményedés.
A keménységvizsgálati módszerek a következő típusokra oszthatók: 1) bemélyedés, 2) karcolás, 3) lengés, 4) rugalmas visszarúgás.
A legelterjedtebb a behúzási módszer, amellyel a keménység meghatározható:
1. A préselt acélgolyóból származó lenyomat felületének méretével Brinell présen tesztelve (169. ábra).
2. A lenyomat mélysége szerint gyémántkúp vagy acélgolyó benyomásakor, Rockwell készüléken tesztelve (170. ábra).

3. Egy gyémánt piramis bemélyedési felületének mérete alapján, Vickers-eszközön tesztelve.
A keménység Brinell présen történő vizsgálatakor egy 10,5 vagy 2,5 átmérőjű edzett acélgolyót használnak szilárd testként, amelyet a vizsgált anyagba préselnek. mm. 6-nál vastagabb alkatrészek mm 10-es átmérőjű labdával tesztelték mm 3000 vagy 1000 terhelésnél kg. Az alkatrészek vastagsága 3-6 mm 5 átmérőjű labdával tesztelve mm 750 és 250 terhelésnél kg. 3-nál kisebb vastagságú alkatrész tesztelésekor mm használj 2,5-ös labdát mmés terhelés 187,5 kg. A keménység mértéke a felvett terhelés aránya R V kg a kapott nyomat felületére (labdaszegmens)

A Brinell-keménység meghatározásának felgyorsítására speciális táblázatok állnak rendelkezésre, amelyekben a keménységet a bemélyedés (lyuk) átmérője határozza meg. A Brinell prés nem használható ennél nagyobb keménységű anyagok vizsgálatára N B= 450, mivel a labda deformálódni fog, és hibás értékeket ad.
A nitridált, cementált és edzett acélréteg keménységét sem lehet tesztelni, mivel a golyó átnyomja a vékony felületű kemény réteget, és a műszer leolvasása torzul.
Rockwell készüléken végzett keménységvizsgálat során 120°-os csúcsszögű gyémánt kúpot vagy 1,59 átmérőjű keményfém kúpot vagy edzett acélgolyót használnak a vizsgált anyagba préselt szilárd testként. mm (1/16").
A keménységi érték a gyémántkúp bemélyedéséből származó bemélyedések mélysége közötti különbség a tesztdarabon két bizonyos nagyságú terhelés hatására: egy nagyobb terhelés - a fő és egy kisebb - az előzetes. Az előtöltés 10 kg, és a teljes terhelés, azaz az előzetes plusz fő, az acélgolyó megnyomásakor 100 kg(skála BAN BEN) és a gyémántkúp megnyomásakor - 150 kg(skála VAL VEL) vagy 60 kg(skála A).
A keménységmérést golyóval a B skálán alkalmazzuk, ha a keménység nem nagy (nem edzett vagy gyengén edzett acél, bronz stb.). Gyémánt kúp 60 terhelésnél kg egy skálán A ellenőrizze a cementált és megkeményedett (nem mély), a nitridált réteg keménységét, valamint olyan esetekben is, amikor nem kívánatos nagy nyomot hagyni a terméken a csúcstól, vagy végül, ha a mérendő felület közel a munkaélhez (a dörzsár vágóélei stb.).
A Rockwell-keménységet a R B , R cÉs R a attól függően, hogy a vizsgálat milyen terhelés mellett történik, azaz milyen léptékben - IDŐSZÁMÍTÁSUNK ELŐTT vagy A.
A Rockwell-eszköz keménységi értékei feltételesek, méretük nem azonos a Brinell-eszközével.
Átalakító táblázatok állnak rendelkezésre a Rockwell-keménység Brinell-keménységre konvertálásához.
Sok esetben meg kell határozni a 0,3-nál kisebb vastagságú vékony tárgyak keménységét mm például vékony nitridált réteg keménysége, kis keresztmetszetű rudak keménysége (1 átmérőjű csavarfúrók mmés kevesebb, dörzsárak vágóélei stb.). Ilyen esetekben a Vickers készüléket használják. Ebben az eszközben a tesztelést 136°-os csúcsszögű tetraéderes gyémánt piramison végzik. 5, 10, 20, 30, 50, 100 és 120-nál alkalmazott terhelés kg. .Vékony vagy kisméretű tárgyak nitridált rétegének keménységét kis terhelésekkel mérik. Minden más esetben megnövelt terhelést alkalmaznak. A Vickers-eszköz keménységének mértéke a tesztterméken lévő piramismélyedés átlójának mérete. A piramislenyomat méreteit speciális, rögzített és mozgatható vonalzóval ellátott nagyító segítségével határozzuk meg. A Vickers keménységét az átló mérete határozza meg egy speciális konverziós táblázat segítségével. A Vickers keménységi jelöléseknek jelezniük kell, hogy milyen terhelést alkalmaztak, például: H D 5 , H D 30 stb. Keménységi számok, de legfeljebb 400 egység egybeesik a keménységi számmal N B(Brinell típusú készüléken tesztelve), és 400-nál nagyobb keménységgel H D meghaladják a számokat N Bés minél több, annál nagyobb a keménység.
Keménységvizsgálat golyó dinamikus bemélyedésével. Sok esetben legalább megközelítőleg meg kell határozni a nagy alkatrészek fém keménységét, például egy hengermű tengelyét, egy erős motortengelycsapot, egy ágyat és másokat, amelyeket gyakorlatilag nem lehet a Brinell, Rockwell alá vinni. és Vickers készülék. Ebben az esetben a keménységet hozzávetőlegesen egy kézi Poldi eszközzel határozzuk meg (171. ábra).

A Poldi készülék kialakítása a következő: egy speciális ketrecben van egy gallérral ellátott rúd (ütőcsap), amelyen a rugó támaszkodik, a rúd alsó részében egy rés található, amelybe egy acélgolyót helyeznek be. Egy keménységi szabványt - egy bizonyos keménységű lemezt - helyeznek be ugyanabba a nyílásba. Az ilyen hordozható eszközt arra a helyre szerelik fel, ahol ellenőrizni kell a keménységet, és az ütő felső részét egy kézi kalapáccsal közepes erővel egyszer megütik. Ezt követően összehasonlítják a bemélyedés méretét a referenciamintán és a mérendő részen, amelyet a csatár eltalálásakor egyidejűleg kapnak a labdából. Ezután egy speciális táblázat segítségével meghatározzák az „alkatrész keménységi számát”.
Azokban az esetekben, amikor a mérés nyoma nélkül meg kell határozni egy tömör edzett fém keménységét, vagy meg kell határozni egy nagy edzett alkatrész keménységét, vagy végül a tömeggyártású edzett, csiszolt kész alkatrészek közelítő keménységét, a Shore eszközt alkalmaznak, a rugalmas visszarúgás elvén (172. ábra).
A Shore-féle eszköz működési elve a következő: egy bizonyos súlyú gyémánt hegyű ütő a magasságból a mérendő felületre esik, és a vizsgált fém rugalmassága miatt egy bizonyos magasságra visszapattan, ami beosztásos üvegcsőre vizuálisan rögzítve.
A Shore műszerének leolvasási pontossága hozzávetőleges. A készülék különösen pontatlan vékony lemezek vagy vékonyfalú csövek tesztelésekor, mivel a vékony lemez vagy cső és a nagy vastagságú masszív részek rugalmassági foka nem azonos keménység mellett.
Technológiai vizsgálatok (minták). Sok esetben meg kell határozni, hogy egy adott anyag hogyan viselkedik a termék gyártási technológiai folyamata által megkövetelt feldolgozás során.
Ezekben az esetekben technológiai tesztet hajtanak végre, amely előírja azokat a műveleteket, amelyeken a fémek az alkatrész gyártása során átmennek.
Leggyakrabban az alábbi technológiai teszteket végzik el.
1. Hajlítási próba hideg és meleg állapotban (OST 1683 szerint), hogy meghatározzuk a fém adott méretű és alakú hajlítási képességét. A hajlítás történhet bizonyos szögben, a tüske körül, amíg az oldalak párhuzamosak, vagy közel, azaz amíg a minták oldalai hideg és meleg állapotban is érintkeznek.
2. Hajlítási teszt (az OST 1688 és GOST 2579-42 szerint), hogy meghatározzuk a fém azon képességét, hogy ellenáll-e az ismételt hajlításnak. Ezt a tesztet 0,8 és 7 közötti átmérőjű huzaloknál és rudaknál használják mm szalag- és lemezanyaghoz pedig 5-ig mm. A mintát felváltva 90°-kal jobbra és balra hajlítják egyenletes sebességgel (kb. 60 hajlítás percenként), amíg a minta el nem törik.
3. Extrudálási teszt. Ez a teszt meghatározza egy fém hidegen alakítható és húzható képességét (általában vékony fémlemez). A teszt abból áll, hogy a fémlemezben egy mélyedést nyomnak ki, amíg az első repedés meg nem jelenik egy lyukasztó alatt, amelynek munkavége félgömb alakú. A vizsgálat elvégzéséhez egyszerű kialakítású kézi csavarpréseket használnak.
Az előírt vizsgálatokon kívül az anyagot más típusú technológiai vizsgálatoknak is alávethetjük: lapítás, hegesztési varratok hajlítása, csövek hajlítása, stb., a gyártási követelményektől függően.

Hooke törvénye

Mint ismeretes, a különböző fémek és ötvözetek eltérő mechanikai és technológiai tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek meghatározzák a gépalkatrészek minőségét, valamint a fém megmunkálhatóságát. A fémnek ezeket a tulajdonságait megfelelő feszültség-, nyomó-, hajlítás-, keménységi- stb. tesztek tárják fel.

Szakítópróba. A fém szakítószilárdságának meghatározásához egy 1. mintát készítünk, amelyet a szakítógép 2 bilincseibe (vagy megfogóiba) helyezünk. Erre a célra leggyakrabban hidraulikus erőátviteli rendszerrel vagy csavaros rendszerrel rendelkező gépeket használnak.

Az F húzóerő (51. ábra) feszültséget hoz létre a vizsgált mintában, és ennek megnyúlását okozza. Ha a feszültség meghaladja a minta szilárdságát, az elszakad.

Rizs. 51

A vizsgálati eredményeket általában grafikon formájában mutatjuk be. Az F terhelést az abszcissza tengelye mentén, az abszolút nyúlást l az ordináta tengely mentén ábrázoljuk.

A diagram azt mutatja, hogy először a minta a terhelés arányában nyúlik meg. Az OA egyenes szakasz reverzibilis, rugalmas alakváltozásoknak felel meg. A kirakodás során a minta felveszi eredeti méreteit (ezt a folyamatot a görbe ugyanazon egyenes szakasza írja le). Az AC ívelt szakasza visszafordíthatatlan képlékeny alakváltozásoknak felel meg. Kirakodáskor (SV szaggatott vonal) a minta nem tér vissza eredeti méreteihez, és megtart némi maradó alakváltozást.

A C ponttól kezdve a minta a terhelés növelése nélkül meghosszabbodik. A CM diagram vízszintes szakaszát hozamterületnek nevezzük. Azt a feszültséget, amelynél az alakváltozás a terhelés növelése nélkül nő, folyáshatárnak nevezzük.

Amint azt a vizsgálatok mutatják, a folyékonyság a kristályok jelentős kölcsönös eltolódásával jár együtt, aminek következtében a minta felületén vonalak jelennek meg, amelyek a minta tengelyéhez képest 45°-os szöget zárnak be. A folyékonyság állapota után az anyag ismét képes ellenállni a nyújtásnak (megerősödik), és az M ponton túli diagram felfelé emelkedik, bár sokkal üregesebben, mint korábban. A D pontban a minta feszültsége eléri legnagyobb értékét, és a mintán éles lokális szűkület, ún. nyak jelenik meg. A nyak keresztmetszete gyorsan csökken, és ennek következtében a minta elszakad, ami megfelel a diagram K pontjának. A minta szakítószilárdságát a következő képlet határozza meg: fc = F D / S, ahol: S fc - szakítószilárdság;

F D az a terhelés, amelynél egy bizonyos idő elteltével a szakító próbatest meghibásodik, N (kgf); S a minta keresztmetszete az eredeti helyzetében, m 2 (mm 2).

Általában különböző fémek és ötvözetek feszültségvizsgálatakor a relatív e nyúlást határozzák meg - a minta törés előtti hosszának növekedésének arányát a minta kezdeti hosszához. Egy képlet határozza meg? = ?l/l 0 -100,

Ahol: ? - relatív kiterjedés;

L = l 1 - I 0 - abszolút nyúlás; l 0 - a minta kezdeti hossza; l 1 - minta hossza a vizsgálat után. Kísérletileg megállapítottam, hogy az anyagban a rugalmas alakváltozás során fellépő feszültség a minta relatív nyúlásával arányosan növekszik. Ezt a függőséget Huck-törvénynek nevezik.

Egyoldali (hosszirányú) nyújtás esetén a Hooke-törvény o = E-?,

ahol: o = F/s - normál feszültség; F - húzóerő; s - keresztmetszeti terület;

Relatív kiterjesztése;

E egy állandó érték a rúd anyagától függően.

Jegyzet. Az SI rendszerben a feszültség mértékegysége Pascal - az 1 newton (N) erő által okozott feszültség, amely egyenletesen oszlik el a rá merőleges, 1 m 2 területű felületen.

1 Pa = 0,102 10 -4 kgf/cm 2 ;

1 Pa = 0,102 10 -6 kgf/mm 2;

1 kgf/cm2 = 9,81 10 4 Pa;

1 kgf/mm 2 = 9,81 10 6 Pa.

Tekintettel arra, hogy a feszültség pascal mértékegysége nagyon kicsi, nagyobb mértékegységet kell használni - megapascal 1 MP a = 10 6 Pa.

A Gosstandart lehetővé teszi a newton per négyzetmilliméter (N/mm 2) mértékegységének használatát. Az N/mm 2 -ben és MPa-ban kifejezett feszültségek számértékei megegyeznek. Az N/mm 2 egység azért is kényelmes, mert a rajzokon a méretek milliméterben vannak megadva.

Az E arányossági együtthatót húzórugalmassági modulusnak vagy Young-modulusnak nevezzük. Mi a rugalmassági modulus fizikai jelentése? Térjünk rá a mintafeszítési diagramra (lásd 51. ábra, II). A rajta lévő rugalmassági modulus arányos az a dőlésszögnek az abszcissza tengelyéhez viszonyított érintőjével. Ez azt jelenti, hogy minél meredekebb az OA egyenes, annál merevebb az anyag, és annál nagyobb az ellenállása a rugalmas deformációval szemben.

Egy fém jellemzéséhez nem csak a relatív nyúlást, hanem a keresztmetszeti terület relatív összehúzódását is ismerni kell, ami egyben lehetővé teszi az anyag plaszticitásának jellemzését is.

Természetesen a minta nyújtásakor a keresztmetszeti terület csökken. Ez lesz a legkisebb a töréspontban. A relatív szűkülést a képlet határozza meg? = (S 0 - S 1) / S 0 100%,

Ahol: ? - relatív szűkület;

S 0 - a minta keresztmetszete a vizsgálat előtt; S 1 a minta keresztmetszete a szakadás helyén (a nyakban).

Minél nagyobb a minta keresztmetszetének relatív megnyúlása és relatív összehúzódása, annál plasztikusabb az anyag.

A fémek mechanikai tulajdonságainak három figyelembe vett jellemzője: a szakítószilárdság (o pch), a relatív nyúlás (e) és a relatív összehúzódás (?) mellett lehetőség van egy gépen rögzített diagram segítségével meghatározni a rugalmassági határt. (o y) és a folyáshatár (o m),

Kompressziós teszt. A fémek összenyomásának vizsgálatára (53. ábra) leggyakrabban olyan préseket használnak, amelyekben a nyomóerőt a hidraulikus nyomás növelése hozza létre. Műanyag anyagból, például alacsony széntartalmú acélból készült minta összenyomásakor (53. ábra, I), keresztirányú méretei megnőnek, hossza viszont jelentősen csökken. Ebben az esetben a minta integritása nem sérül (54. ábra). A kompressziós diagramból (53. ábra, II) jól látható, hogy a terhelés kezdeti szakaszában az alakváltozás a terhelés arányában növekszik, majd az alakváltozás enyhe terhelésnövekedéssel meredeken növekszik, majd az alakváltozás növekedése fokozatosan lelassul. lefelé a minta keresztmetszetének növekedése miatt.

Rizs. 52

Rizs. 53

A rideg anyagokból készült mintákat tömörítés hatására megsemmisítjük (54. ábra, III). Például, amikor egy öntöttvas rúd törési terhelést ér el, részekre bomlik, amelyek ferde platformok mentén mozognak egymáshoz képest (53. ábra, III).

Rizs. 54

Az összenyomódásnál teljes mértékben érvényesül a Hooke-törvény, amely szerint az anyagok az alkalmazott erő arányában ellenállnak a nyomásnak a rugalmassági határig. A legtöbb anyag nyomórugalmassági modulusa megegyezik a húzórugalmassági modulussal. Az egyetlen kivétel néhány rideg anyag – beton, tégla stb. A nyomófeszültség természetében a húzófeszültséggel való analógia lehetővé teszi, hogy ezeket a folyamatokat ugyanazon matematikai egyenletekkel leírjuk.

Hajlítási teszt. Hajlítási vizsgálatkor a mintát (gerenda) a végeivel két támasztékra helyezzük, és középen megterheljük (55. ábra). Az anyag hajlítással szembeni ellenállását a minta elhajlásának mértéke határozza meg.

Rizs. 55

Képzeljünk el most képzeletbeli hosszanti szálakat a faanyagban. A hajlítási deformáció során az egyik zóna szálai összenyomódnak, míg a másik megnyúlik (55. ábra, II).

A nyomó- és feszítőzónák között egy semleges réteg van, melynek szálai nem deformálódnak, azaz hosszuk nem változik. ábrából 55 látható, hogy minél távolabb helyezkednek el a szálak a semleges rétegtől, annál nagyobb deformációt tapasztalnak. Ebből arra következtethetünk, hogy a gerenda keresztmetszetein belső erők hatására történő hajlításkor normál nyomó- és húzófeszültségek keletkeznek, amelyek nagysága a metszet kérdéses pontjainak helyzetétől függ. A legnagyobb igénybevételeket általában a következőképpen jelölik: a kompressziós zónában - ? max, a stretch zónában - ? m ah. A semleges tengelyen elhelyezkedő pontokban a feszültségek nullák. A különböző magasságú keresztmetszet pontjain fellépő normál feszültségek a semleges rétegtől való távolság arányában nőnek és a képlettel számíthatók? = (E z) / p,

Ahol: ? - normál stressz;

z a kérdéses szál és a semleges réteg távolsága; E - rugalmassági modulus; p a semleges réteg görbületi sugara.

Nyírási teszt. Nyírási vizsgálatkor (56. ábra) egy 1 villából és 2 tárcsából álló eszköz furatába egy 3 fémmintát helyezünk, amely hengeres alakú. A gép kihúzza a tárcsát a villából, mint ahogyan aminek következtében a minta középső része elmozdul a külső részeihez képest. Az S munkaterület (vágási terület) egyenlő a minta keresztmetszeti területének kétszeresével, mivel a vágás egyidejűleg két sík mentén történik.

Rizs. 56

Nyíráskor a ható erők síkjai által határolt deformálható szakaszok minden pontja egyenlő távolságra eltolódik, vagyis ezeken a pontokon az anyag azonos deformációt szenved el. Ez azt jelenti, hogy a szakasz minden pontján azonos hatásos feszültségek lesznek.

A feszültség nagyságát úgy határozzuk meg, hogy a belső (keresztirányú) erők eredő F-jét elosztjuk az S rúd keresztmetszeti területével. Mivel a feszültségvektor a metszetsíkban található, érintőleges feszültség keletkezik benne, az r cf = F/2S képlet határozza meg, ahol: r cf - feszültségérték vágás;

F - eredő erő;

S a minta keresztmetszete. A nyírás az anyag egyik részének a másikhoz viszonyított nyírásából eredő roncsolás, amely érintőleges feszültségek hatására következik be. A nyírási alakváltozásra a Hooke-törvény érvényes: a rugalmas zónában a feszültségek egyenesen arányosak a relatív alakváltozásokkal. Az arányossági együttható a G nyírási rugalmassági modulus nagysága. A relatív eltolódást (nyírási szöget) y-val jelöljük. Így a nyírási alakváltozásra vonatkozó Hooke-törvény alakja t = Gg, ahol: r = F/S - nyírófeszültség; F - érintőleges erő; S az eltolódó rétegek területe; y - nyírási szög;

G a nyírási modulus, a test anyagától függően.

Torziós teszt. A minták torziós vizsgálatakor a 2 cső egyik végét mozdulatlanul rögzítik 1, a másikat a 3 karral forgatják (57. ábra). A torziót egy rúd, tengely, cső keresztmetszete kölcsönös elforgatása jellemzi az ezekben a szakaszokban ható nyomatékok (erőpárok) hatására. Ha a torziós erők alkalmazása előtt egyenes vonalú generatricákat alkalmazunk a rúd felületére (57. ábra, I), akkor ezek a generátorok csavarás után csavarvonalak formáját öltik, és minden keresztmetszet a szomszédoshoz képest bizonyos szögben elfordul. (lásd 57. ábra, II) . Ez azt jelenti, hogy minden szakaszban nyírási deformáció lép fel, és nyírófeszültségek lépnek fel. A csavarás közbeni anyagelmozdulás mértékét a csavarodási szögek határozzák meg? és y eltolást. A csavarás abszolút értékét a vizsgált szakasznak a rögzített szakaszhoz viszonyított csavarodási szöge határozza meg. A legnagyobb csavarási szög a rúd rögzített végétől a legnagyobb távolságban érhető el.

Rizs. 57

Csavarási szög arány? a csavarásnak kitett I szakasz hosszához a csavarás relatív szögét Q = ? /Z

ahol: Q - relatív csavarodási szög;

Csavarási szög;

Keménységi teszt. Az anyagok keménységének gyári és laboratóriumi gyakorlatban történő meghatározásakor két módszert alkalmaznak: a Brinell-módszert és a Rockwell-módszert.

Brinell módszer. Ez a módszer azon a tényen alapul, hogy a fémek keménységének mérésekor egy acélgolyót 1, amelynek átmérője 2,5; 5 vagy 10 mm-t nyomunk a 2. vizsgálati minta felületébe adott 3 terhelés mellett 625 N-től 30 kN-ig (62,5-3000 kgf). A terhelés eltávolítása után megmérjük a minta felületén maradó lenyomat d átmérőjét (58. ábra), amely annál kisebb, minél keményebb a fém.

Rizs. 58

Jegyzet. Az acélgolyónak hőkezelt acélból kell készülnie, amelynek keménysége legalább HB850. Az Rz felületi érdesség nem kisebb, mint a 0,100 paraméter a GOST 2789-73 szerint. A labda felületén ne legyenek olyan hibák, amelyek 5x-es nagyításnál nagyítóval láthatóak.

A Brinell keménységi számot a képlet segítségével számítjuk ki

D - golyó átmérője, mm;

d - lenyomat átmérője, mm.

Egy speciális táblázat (GOST 9012-59) lehetővé teszi a leggyakoribb fémek keménységének meghatározását.

Meg kell jegyezni, hogy összefüggés van a HB acél Brinell-keménysége és o fp szakítószilárdsága között a hagyományos széntípusok esetében, az o f f = 0,36 nb képlettel kifejezve.

Ezért az acél Brinell-keménységének ismeretében ki lehet számítani a szakítószilárdságot.

Ennek a képletnek nagy gyakorlati jelentősége van. A Brinell-módszer általában edzetlen acélok, öntöttvas és színesfémek keménységét határozza meg. Az edzett acélok keménységét Rockwell készülékkel mérjük.

Rockwell módszer. A fémek keménységének ezzel a módszerrel történő mérésekor egy szabványos típusú hegyet (keményfémekhez gyémánt kúpot, lágyabbakhoz acélgolyót) nyomnak a vizsgálati mintába két egymást követő terhelés hatására: előzetes (F 0) 100 N (10 kgf) és végső (F 1) 1000 N (100 kgf) - a labdához és 1500 N (150 kgf) - a gyémánt kúphoz.

Előfeszítés hatására a kúp h 0 mélységig behatol a fémbe (59. ábra,I); az előzetes főterheléshez hozzáadva a lenyomat mélysége h-ra nő (59. ábra, II), és a főterhelés eltávolítása után h 1 marad (59. ábra, III).

Rizs. 59

Az F 1 főterhelés hatására kapott h = h 1 - h 0 benyomódási mélység jellemzi a Rockwell-keménységet. A Rockwell-módszerrel végzett vizsgálatokat speciális eszközökkel végzik, amelyek olyan indikátorral vannak felszerelve, amely közvetlenül a teszt befejezése után mutatja a keménységi számot.

A mutatónak két skálája van: fekete (C) a gyémánt kúppal és piros (B) golyóval történő teszteléshez.

A Rockwell-keménységet tetszőleges mértékegységekben mérik.

Példa a Rockwell-keménység megjelölésére: HRC50 (keménység 50 a C skálán).

Keménység meghatározása kalibrált reszelőkkel. A HRC keménysége különböző vágási keménységű hőkezelt reszelősorozat segítségével határozható meg. A bevágási intervallum általában 3 és 5 HRC egység között van. A fájlok kalibrálása szabványos csempékkel történik, amelyek keménységét előre pontosan meghatározzák a készüléken.

A próbadarab keménységét két minimális keménységi intervallumú reszelő határozza meg, amelyek közül az egyik csak az alkatrész mentén tud csúszni, a másik pedig enyhén megkarcolhatja azt. Ha egy HRC62-es reszelő megkarcolja a fémet, HRC59-nél pedig csak az alkatrész felületén csúszik át, akkor a keménység HRC60-61.

A gyakorlatban ezzel a módszerrel olyan szerszámok (dörzsár, vágó stb.) keménységét határozzák meg, amelyek keménysége más módon nehezen mérhető.

Vannak más módszerek is a keménység meghatározására (Vickers-módszer, elektromágneses módszerek stb.), amelyeket ebben a könyvben nem tárgyalunk.

A mechanikai tesztelés kritikus fontosságú az iparban. Ennek megfelelően különféle vizsgálati módszereket dolgoztak ki a fémek mechanikai tulajdonságainak meghatározására.

A leggyakoribb vizsgálatok a statikus szakítóvizsgálat, a dinamikus vizsgálat és a keménységvizsgálat.

Statikus olyan vizsgálatok, amelyek során a vizsgált anyagot állandó vagy nagyon lassan növekvő erőhatásnak teszik ki.

A dinamikus tesztek azok, amelyek során a vizsgált fémet olyan ütésnek vagy erőnek vetik alá, amely nagyon gyorsan növekszik.

Ezen kívül vannak kifáradási, kopási és kúszási tesztek, amelyek teljesebb képet adnak a fémek tulajdonságairól.

Szakítóvizsgálatok. A statikus szakítószilárdság-vizsgálat nagyon elterjedt mechanikai vizsgálati módszer. Statikai vizsgálatokhoz lapanyagokhoz kerek vagy lapos mintákat készítenek ( 20. ábra). A minták egy munkarészből és egy szakítógép markolatába való rögzítésre tervezett fejekből állnak. Hatékony hossz l 0 valamivel kevesebbet vegyen be, mint a munkahossz l 1 . A mintaméretek szabványosak. A kerek minta munkarészének átmérője 20 mm. Más átmérőjű mintákat arányosnak nevezzük.

20. ábra. Minták fémek statikai vizsgálatához:

1 - kerek, 2 - lapos

A húzóerő feszültséget hoz létre a próbadarabban, és megnyúlik; amikor a feszültség meghaladja a szakítószilárdságát, eltörik.

Tovább 21. ábra A lágyacél szakítódiagramja derékszögű koordináta-rendszerben ábrázolva látható. Az erőt az ordináta tengelye mentén ábrázoljuk R kg, az abszcissza tengely mentén - deformáció (a minta abszolút megnyúlása  l mm). Ezt a diagramot úgy kapjuk meg, hogy fokozatosan növeljük a húzóerőt, amíg a minta el nem törik.

21. ábra. Enyhe acél szakítószilárdságú diagram

Feszültség értéke  a diagram bármely pontján az erő elosztásával meghatározható R a minta keresztmetszeti területére.

A diagramon több jellemző pont is megjegyezhető. Cselekmény OA egy egyenes szakasz, és ezt mutatja egészen a pontig A a minta megnyúlása arányos az erővel (terheléssel); A terhelés minden növekménye ugyanazon alakváltozási növekménynek felel meg. Ez a kapcsolat a minta nyúlása és az alkalmazott terhelés között az arányosság törvénye.

A minta további terhelésekor az arányosság törvényétől való eltérés figyelhető meg: a diagramon egy görbe metszet jelenik meg. Lényegre törő BAN BEN A minta rugalmas alakváltozásokkal rendelkezik.

Pont VAL VEL A diagram a vízszintes terület elejét mutatja, amely azt mutatja, hogy a minta a terhelés növelése nélkül megnyúlik: úgy tűnik, hogy a fém folyik. Azt a legkisebb feszültséget nevezzük, amelynél a minta alakváltozása a terhelés növekedése nélkül folytatódik fizikai folyáshatár. Folyáshatár  T képlet határozza meg

kg mm 2 ,

Ahol R Val vel .

A folyékonyság csak az alacsony széntartalmú izzított acélra és néhány sárgarézre jellemző. A magas széntartalmú acéloknak és más fémeknek nincs hozamplatójuk. Az ilyen fémek esetében a szilárdságot 0,2%-os maradék nyúlás mellett határozzák meg. Azt a feszültséget, amelynél a húzóminta a számított hosszának 0,2%-ának megfelelő maradó nyúlást kap, próbaszilárdságnak nevezzük, és ezt jelöljük.  0.2

kg mm 2 .

Pont D azt a legnagyobb maximális terhelést jelzi, amelyet a minta elvisel. A minta meghibásodását megelőző legnagyobb terhelésnek megfelelő feltételes feszültséget nevezzük szakítószilárdság(ideiglenes szakítószilárdság), és a képlet határozza meg

kg mm 2 ,

Ahol P .

Egy pontért D megnyúlás  l 3 minta és keresztmetszete szűkülése egyenletesen megy végbe a munkadarab teljes hosszában. A lényeg elérésekor D a minta deformációja a legkisebb ellenállás és további megnyúlás helyére koncentrálódik  l 4 nyak kialakulása miatt következik be, amely mentén a minta terhelés hatására felszakad R NAK NEK .

Szakadáskor rugalmas deformáció  l egységes vállalkozás az abszolút maradék nyúlás is eltűnik  l ost egyenletes nyúlásból áll  l 1 és a helyi kiterjesztése  l 2 , azaz

l ost =  l 1 +  l 2 .

A fém hajlékonyságának értékeléséhez fontos ismerni a relatív nyúlást  és a keresztmetszeti terület relatív szűkülése  százalékban.

A relatív nyúlást (%-ban) a képlet határozza meg

,

Ahol l 1 - a minta hossza a szakítás után, mm;

l 0 - a minta becsült hossza, mm;

Nyújtáskor a keresztmetszeti terület egyidejűleg csökken. A szakadás helyén ez a terület lesz a legkisebb. A relatív szűkülést (%-ban) a képlet határozza meg

,

Ahol F 0 - a minta kezdeti keresztmetszete, mm 2 ;

F 1 - terület a szakadás helyén, mm 2 .

Törékeny fémeknél a relatív nyúlás  és relatív szűkület  közel nulla; a képlékeny fémeknél több tíz százalékot is elérnek.

Így a statikus szakítóvizsgálat megadja a szilárdsági jellemzőket -  egységes vállalkozás ,  T (vagy  0,2 ) és plaszticitási jellemzők -  És  .

Keménységi vizsgálatok .

A keménységi teszteket kemény hegy megnyomásával végezzük.

A Brinell-módszer szerint edzett acélgolyó átmérője D (10; 5 vagy 2,5 mm) erővel belenyomjuk a vizsgálati mintába R (3000;1000; 750kg vagy kevesebb). Ennek eredményeként egy lenyomat gömb alakú szegmens formájában, amelynek átmérője d (22. ábra). Minél keményebb a fém, annál kisebb a nyomtatási méret. Brinell keménységi szám NV képlettel számítjuk ki

kg mm 2 ,

;

F- a nyomtatási felület mérete, mm 2 .

22. ábra. Brinell tesztséma

Kisebb termékeknél kisebb átmérőjű golyókat használnak kisebb nyomóerővel. A nyomat alatti fém vastagsága nem lehet kisebb, mint a nyomat mélységének tízszerese, és a nyomat közepe és a felületi vágás közötti távolság nem lehet kisebb. D .

Az emelőkaros préseket jelenleg főként a Brinell keménységmérésre használják.

Amint a vizsgálatok kimutatták, a fémek szakítószilárdsága között  V és Brinell keménység NV van egy függőség:

hengerelt és kovácsolt acélhoz V = 0.36NV ;

öntött acélhoz............................ V =(0.3-0.4) NV :

szürkeöntvényhez................................ V =0.1 NV .

A Brinell módszerrel keménységű anyagokat lehet tesztelni NV 450-ig; Ha az anyagok keményebbek, az acélgolyó deformálódhat. Ez a módszer nem alkalmas vékony lemezanyagok vizsgálatára sem.

A Rockwell-módszer szerint A keménységpróbát egy acélgolyó átmérőjű préselésével végezzük D =1.58mm(116 hüvelyk) vagy 120 0 szögű gyémántkúp.

Az acélgolyót lágy fémek (keménysége kisebb, mint 220 a Brinell-skálán) tesztelésére használják 100 terhelés mellett. kg, gyémánt kúp - keményfémek tesztelésére 150 terhelés mellett kg. A mintát a Rockwell hangszer 2. fokozatára helyezzük ( 23. ábra) és a lendkerék 1 forgatásával emelje fel, amíg érintkezésbe nem kerül a gyémánt kúppal 3 (vagy acélgolyóval). A lendkerék forgása addig folytatódik, amíg a kúp vagy a golyó nyomása 10-et nem ér kg(előterhelés), amelyet a 4. jelző kis nyíla jelez. Ezután az 5. fogantyú segítségével alkalmazza a fő terhelést. A bemélyedés 5-6 mp, akkor a fő terhelés eltávolításra kerül. Ezt követően a nagy jelzőnyíl a keménységi értéket mutatja.

23. ábra. Rockwell sajtó

A jelzőtárcsának két skálája van: piros BAN BEN acélgolyós teszteléshez és fekete VAL VEL gyémántkúp teszteléséhez.

A Rockwell-keménység egy feltételes érték, amely a benyomódási mélységek különbségét jellemzi. A Rockwell keménységi szám van kijelölve HR például annak a skálának a mutatójával, amelyen a tesztet elvégezték HR BAN BEN vagy HR VAL VEL. Nagyon kemény anyagok vizsgálatához gyémántkúpot használnak 60 terhelés mellett kg. A számlálás fekete skálán történik.

Vickers módszer, amely lehetővé teszi a lágy és nagyon kemény fémek és ötvözetek keménységének mérését; vékony felületi rétegek keménységének meghatározására alkalmas (például vegyi-termikus kezelés során).

Ezzel a módszerrel 136 0 csúcsszögű tetraéderes gyémánt piramist nyomunk a mintába. A terhelés 5 és 120 között alkalmazható kg. Az ujjlenyomatot a készüléken található mikroszkóp segítségével mérik.

A keménységi számot a képlet határozza meg

kg mm 2 ,

;

F - a piramis lenyomat területe, mm 2

Gyakorlati érték H.V. táblázatokból szedve.

Mikrokeménységi vizsgálatok 136° csúcsszögű gyémánt piramis préselésével állítják elő 2 és 200 közötti terhelés mellett G; a keménységi szám van kifejezve kg mm 2 . Ezzel a módszerrel meghatározható az ötvözetek, apró alkatrészek, fémszálak, oxidfilmek stb. egyes szerkezeti elemeinek keménysége. Tovább 24. ábra, a A PMT-3 mikrokeménység-mérésre szolgáló eszköz látható.

A 11 asztal és a 4 csőállvány a készülék 1 keretén nyugszik. A 2 vizsgálati tárgyat a 9 lencse alatti asztalra helyezzük, amelyen keresztül a mikroszkóp fókuszát irányítjuk, és a szálakat okulármikroszkóp 6 segítségével rögzítjük. Ezután a 10 gyémánt piramist 5-7 percig a vizsgálandó tárgyba nyomjuk. mp. A terhelés eltávolítása után mérje meg az átlót mikroszkóppal d (24. ábra, b), kombinálva a gépi szálak metszéspontját először a nyomat jobb sarkával (szaggatott vonalak), majd a bal oldallal (folytonos vonalak).

Az átló mérete alapján a nyomat területét és a keménységet a fenti képlet segítségével határozzuk meg ( H.V. n ).

Egyéb mechanikai vizsgálatok .Sokkteszt lökésszerű (dinamikus) terhelést szenvedő gépek és mechanizmusok alkatrészeire, mivel egyes, meglehetősen magas statikus szilárdsági mutatóval rendelkező fémek kis ütési terhelés alatt megsemmisülnek, például a durva szemcsés szerkezetű acél és az öntöttvas.

A hajlítási ütési vizsgálatokat szabványos formájú mintákon hajtják végre, az úgynevezett inga ütésmérő műszerekkel.

Az ütésállóságot ütési szilárdságnak nevezik, és kilogramm per négyzetcentiméterben mérik.

24. ábra. PMT-3 készülék mikrokeménység vizsgálathoz

Ütésszilárdság A n képlettel számítjuk ki

kg m cm 2 ,

Ahol A n - a minta törésére fordított hatásmunka, kg m;

F - a minta keresztmetszete a bemetszés helyén, cm 2 .

Fáradtsági tesztek. Működés közben számos gépalkatrész (motor hajtókar, főtengely stb.) változó nagyságrendű és irányú terhelésnek van kitéve. Az ilyen többszörösen váltakozó feszültségek hatására a fém viszkózus állapotból fokozatosan rideg állapotba megy át (elfárad). A törékeny állapotot a mikrorepedések megjelenése magyarázza, amelyek fokozatosan kitágulnak és gyengítik a fémet. Ennek eredményeként a roncsolás a szakítószilárdságnál kisebb feszültségeknél következik be.

A felületről mikrorepedések főleg olyan szakaszokon jelennek meg és alakulnak ki, ahol a kontúrvonal éles törései vannak (például kulcshornyok, lyukak stb. jelenlétében).

Fáradtsági tesztek ( kitartás) különféle gépeken gyártják. A leggyakoribb tesztgépek a következők:

hajlítás forgás közben;

feszítésben-kompresszióban;

amikor torzió.

A nehéz körülmények között működő fémek esetében a vizsgálógépek olyan berendezésekkel és eszközökkel vannak felszerelve, amelyek magas és alacsony hőmérsékleten, korróziós és egyéb speciális körülmények között történő vizsgálatot tesznek lehetővé.

25. ábra. Extrudálási teszt

Technológiai vizsgálatok (minták). Meghatározzák bizonyos technológiai műveletek elvégzésének képességét adott fémmel.

Extrudálási teszt a vékony fémlemez hidegsajtolási és húzási képességének meghatározására szolgál. A teszt egy lekerekített fejű lyuk extrudálásából áll 1 ( 25. ábra).

Az extrudált lyuk mélysége az első repedés megjelenésekor a minta mennyiségi mértéke.

Hajlítási teszt meghatározza a fém azon képességét, hogy ellenáll-e az ismételt hajlításnak, és legfeljebb 5 mm vastag lemezanyag minőségének értékelésére szolgál. mm, valamint huzal és rudak.

Elszámolási teszt meghatározza a hideg fém azon képességét, hogy összenyomva adott alakot vegyen fel. A két átmérővel megegyező magasságú hengermintát akkor kell átmenőnek tekinteni a vizsgálaton, ha egy adott magasságig történő felborításkor nem jelennek meg rajta repedések, szakadások és törések.

Hegeszthetőségi teszt. A vizsgált fém két rudát összehegesztik és hajlításra vagy feszítésre tesztelik, majd az eredményeket összehasonlítják az ugyanazon fém szilárd (nem hegesztett) mintájának megfelelő eredményekkel. Jó hegeszthetőség esetén a hegesztési varrat szakítószilárdságának meg kell felelnie a tömör rúd szakítószilárdságának legalább 80%-ának.

Fizikai és kémiai elemzési módszerek.

Makroanalízis. A makroanalízishez mintametszetet vagy törést készítünk, amelyből szabad szemmel vagy kis, legfeljebb 5-szörös nagyítással látható a fém és az ötvözet makroszerkezete-szerkezete.

A polírozott szakasz előkészítése a felület kiegyenlítéséből és csiszolásából áll egy csiszológéppel. Ezután a vékony szakaszt reagensekkel maratják, amelyek feloldják vagy színezik a vékony rész összetételében vagy orientációjában eltérő részeit.

A makroanalízis segítségével kimutathatók a zsugorodási üregek és lazaság, üregek, repedések, nem fémes zárványok (salak, grafit szürkeöntvényben stb.), bizonyos káros szennyeződések, például kén jelenléte és elhelyezkedése.

Mikroanalízis. A mikroanalízishez egy vékony metszetet ugyanúgy készítenek el, mint a makroanalízist, de csiszolás után tükörfényesre polírozzák.

Metallográfiai mikroszkóp segítségével egy vékony metszetből meghatározzák a mikroszerkezetet: egyes szerkezeti komponensek meglétét, mennyiségét, alakját, idegen zárványokkal való szennyeződést. A pórusok jelenlétét és méretét a maratatlan metszetekből határozzuk meg; A fő szerkezet feltárásához a vékony szakaszt maratják. Mivel a fémek átlátszatlanok, a polírozott metszetek csak visszavert fényben vizsgálhatók metallográfiai mikroszkóp segítségével.

Tovább 26. ábra Egy diagramot mutatunk be az egyfázisú fém maratott metszetének szemcsehatárainak láthatóságának magyarázatára. A maratás során reagensek hatására a szemcsehatárok mentén a fém erősebben oldódik, aminek következtében ott mikroszakállak képződnek. A fénysugarak szétszóródnak bennük, így mikroszkóp alatt sötétebbek a szemcsehatárok; A szemcsék sík felületéről érkező sugarak visszaverődnek, és a vékony metszeten minden szemcse világosnak tűnik, miközben gyakran megfigyelhető a szemcsék eltérő színe, ami az anizotrópia miatti egyenlőtlen oldhatósággal magyarázható.

26. ábra. Maratott vékony metszet általi sugárvisszaverődés sémája

egyfázisú fém

A hagyományos fénymikroszkóp mellett széles körben elterjedt az elektronmikroszkóp, amelyben a fénysugarak helyett elektronsugarakat használnak: ezeket a sugarakat forró volfrámspirál bocsátja ki. Az elektronmikroszkóp akár több tízezerszeres elektronoptikai nagyítást biztosít.

Röntgen-diffrakciós elemzés lehetővé teszi a fémek és ötvözetek kristályrácsai típusainak, paramétereinek megállapítását. A fémek szerkezetének meghatározása, az atomok kristályrácsba való elhelyezése és a köztük lévő távolság mérése a röntgensugárzásnak a kristályban lévő atomsorokra való diffrakcióján (visszaverődésén) alapul, mivel ezeknek a sugaraknak a hullámhossza összemérhető az atomok közötti távolságokkal. kristályokban. A röntgensugarak hullámhosszának ismeretében ki lehet számítani az atomok távolságát a kristályban, és modellt lehet építeni az atomok elrendezéséről.

Röntgenelemzés(átvilágítás) a röntgensugárzásnak a látható fény számára átlátszatlan testeken való áthatolásán alapul. A fémeken áthaladva a röntgensugárzás részben elnyelődik, és a sugarakat erősebben nyeli el a szilárd fém, mint azokon a részeken, ahol gáz- és salakzárványok vagy repedések találhatók. Ezen hibák mérete, alakja és típusa a vizsgált rész mögé a sugarak útja mentén elhelyezett világítóernyőn figyelhető meg. Mivel a röntgensugarak a fényhez hasonlóan hatnak a fényképészeti emulzióra, a világító képernyőt le lehet cserélni egy fényképezőfilm kazettára, és a tárgyról fényképet lehet készíteni.

Így a röntgensugárzás akár mikroszkopikus hibákat is képes észlelni az alkatrész belsejében.

Termikus elemzés a fémek és ötvözetek melegítése és hűtése során a kritikus pontok azonosításán múlik, és ehhez a „hőmérséklet-idő” koordinátákban görbék felépítése társul.

Ha a fémben nem történik fázisátalakulás, a hűtési (fűtési) görbe sima lesz, törés és lépések nélkül; ha egy fém hűtésekor (vagy hevítésekor) fázisátalakulások lépnek fel benne, amelyek hőkibocsátással (hevítéskor, elnyeléssel) járnak, akkor a görbén vízszintes szakaszok vagy törések jelennek meg (azaz a görbe irányának változása) ). Ezek a törések és vízszintes szakaszok lehetővé teszik az átalakulási hőmérsékletek meghatározását.

Dilatometrikus elemzés(dilatometria - latinról expand) a fémben vagy ötvözetben a fázisátalakítások során fellépő térfogatváltozások mérésén alapul, és szilárd minták kritikus pontjainak meghatározására szolgál. A dilatometrikus analízist dilatométerrel végezzük.

Hibafelismerés.Mágneses hiba észlelése nagy váltakozó igénybevételnek kitett alkatrészek hibáinak észlelésére szolgál. Az olyan hibák, mint a repedések, hajszálak, buborékok, nem fémes zárványok stb., változó terhelési viszonyok mellett nagyon veszélyessé válnak, mivel csökkentik az alkatrészek dinamikus szilárdságát.

A mágneses tesztelés három fő műveletből áll: a termékek mágnesezése, ferromágneses porral való bevonása, külső ellenőrzés és a termékek lemágnesezése.

A hibás mágnesezett termékekben a mágneses erővonalak a hibákat megkerülve (csökkent mágneses permeabilitásuk miatt) túllépnek a termék felületén, majd belépnek abba, nem egyenletes mágneses teret képezve. Ezért a termékek mágneses porral való bevonásakor az utóbbi részecskéi a hiba felett helyezkednek el, élesen meghatározott mintákat képezve ( 27. ábra). Ezeknek a mintáknak a természetét használják a fémhibák méretének és alakjának megítélésére.

Ultrahangos hibafelismerés lehetővé teszi bármely fém tesztelését (és nem csak a ferromágneseseket), és jelentős mélységben azonosíthatja a fém vastagságában lévő hibákat, amelyeket a mágneses módszer nem észlel.

A fémek tanulmányozásához 2-10 milliós frekvenciájú ultrahang rezgéseket használnak. Hz. Ezen a frekvencián a rezgések sugarakként terjednek a fémben, szinte anélkül, hogy oldalra szóródnának: több mint 1 mélységig képesek „átvilágítani” a fémeken. m.

27. ábra. Mágneses erővonalak elrendezése

hibás alkatrészek

Az ultrahang a heterogén közegek határfelületén tükröződik. Ezért fémben történő terjedéskor az ultrahang nem jut át ​​repedéseken, üregeken és nem fémes zárványokon, így akusztikus árnyékot képez ( 28. ábra). Itt, A-akusztikus árnyékzóna.

Piezoelektromos adók és vevők ultrahang kibocsátására, illetve vételére szolgálnak.

Radioaktív izotópok (jelölt atomok) alkalmazása.A kohászatban és fémtudományban a radioaktív izotópokat különféle célokra használják. Például foszfor, kén, mangán stb. radioaktív izotópjait vezetik be a salakba, és tanulmányozzák ezeknek az elemeknek a fémbe való átalakulásának sebességét, valamint a fém és a salak közötti egyensúlyi eloszlás helyreállításának sebességét kohászati ​​olvadékokban. amikor a salak hőmérséklete vagy összetétele megváltozik. A radioaktív szén bevitele a vasba a cementálás során lehetővé teszi a diffúzió sebességének és a benne lévő szén eloszlásának tanulmányozását.

28. ábra. Egy alkatrész ultrahangos vizsgálatának sémája

Az ón nikkelben való eloszlásának meghatározásához radioaktív ónt adnak a folyékony ötvözethez. Az edzett ötvözetet egy fényképezőlappal ellátott kazettára helyezik, és megfelelő expozíció után előhívják a lemezt.

Tovább 29. ábra Egy ilyen ötvözet mikroautográfját mutatják be, amelyből (a sötétedés eloszlásából) egyértelműen kiderül, hogy a radioaktív, és vele együtt a közönséges ón határolja a nikkelszemcséket.

29. ábra. Nikkel-ón ötvözet mikroradiográfiája

A radioaktív izotópok segítenek nyomon követni a tűzálló falazat kopását nagyolvasztókban vagy gépalkatrészekben.