Характеристика металлического состояния Общая характеристика свойств металлов

/>– диаметр, начальный, мм.

При испытании образец растягивается на специальной машине до момента его разрыва. При этом вычерчивается диаграмма растяжения образца (P- нагрузка; Δl – абсолютное удлинение образца) (рис. 2).

На диаграмме отмечаются характерные участки и точки.

Рисунок 2. Диаграмма растяжения образца

Прочностные характеристики:

На участке (О–А) удлинение образца увеличивается прямопропорционально нагрузке Р. В точке А (Рпц
) предел пропорциональности:

[МПа] (Н/мм2
).

F0
– начальная площадь поперечного сечения образца, мм2
.

Предел упругости (определяется в точке В) называют такое напряжение, при котором остаточное удлинение получается равным 0,05% первоначальной расчетной длины образца:

(МПа).

Выше точки В (Руп
) кривая диаграммы переходит плавно в горизонтальный участок, при этом образец удлиняется без увеличения нагрузки (металл течет).

Пределом текучести sТ
(s0,2
) называют наименьшее напряжение, при котором образец деформируется без заметного увеличения нагрузки: (определяется в т. С):

(МПа).

sТ
– физический предел текучести;

условный предел текучести – напряжение, при котором остаточное удлинение образца равно 0,2% расчетной длины.

За площадкой текучести нагрузка снова растет до некоторой мах величины Рв, после которой на образце начинается местное сужение (образование шейки).

Пределом прочности (временное сопротивление) называют напряжение, соответствующее мах нагрузке РВ
предшествующей разрушению образца:

(МПа).

Разрыв образца происходит в точке Е (Рк
). Истинное сопротивление разрыву:

(МПа).

Характеристики пластичности:

Относительное удлинение - отношение приращения длины образца после разрыва к его расчетной длине (%):

Относительное сужение - отношение уменьшения площади поперечного сечения образца после разрыва к начальной площади поперечного сечения (%):

F0
– начальная площадь поперечного сечения образца;

Fk
– конечная площадь поперечного сечения образца.

Модуль упругости.

Тангенс угла наклона прямой ОА к оси абсцисс характеризует модуль упругости материала E = / ( – относительная деформация). Модуль упругости E определяет жесткость материала, интенсивность увеличения напряжения по мере упругой деформации.

Физический смысл модуля упругости сводится к тому, что он характеризует сопротивляемость металла упругой деформации, то есть смещению атомов из положения равновесия в решетке.

Модуль упругости лишь весьма незначительно зависит от структуры металла и определяется силами межатомной связи. Все другие механические свойства являются структурно чувствительными и изменяются в зависимости от структуры (обработки) в широких приделах.

5.
Испытание на удар (ГОСТ 9454)

Эти испытания позволяют определить способность металла противодействовать динамическим нагрузкам, выявить склонность металла к хрупкому разрушению при различных температурах.

Применяются стандартные квадратные или прямоугольные образцы с надрезом (концентратором) посередине (рис. 3).

Рисунок 3. Образцы для испытания на удар (с различными типами надрезов)

Типы надрезов:

1) U– R1; 11) V– R0,25; T) трещина

Испытание проводится на маятниковом копре (рис. 4).

K1
=Ph1
– потенциальная энергия в исходном состоянии (Р – приведенный вес маятника)

K2
=Ph2
– потенциальная энергия (после разрушения)

Работа удара К – разница между потенциальными энергиями в исходном и конечном положениях: К = К1
– К2

Рисунок 4. Схема маятникового копра

Ударная вязкость (КС (ан
)) определяется работой (К (Ан)), необходимой для излома образца, отнесенной к рабочей площади поперечного сечения образца F в месте надреза:

при надрезе – U

[Дж/м2
] или [кгс м/см2
]

Для пластичных металлов: КС > 5 – 7 кгс м/см2
;

для хрупких металлов: КС < 1 – 2 кгс м/см2
.

Испытывая образцы при разных температурах, определяют порог хладноломкости, что позволяет определить температурный интервал перехода от пластического разрушения к хрупкому.

Для чистых металлов характерен резкий переход от вязкого к хрупкому разрушению (рис. 5).

Рисунок 5.

У сплавов широкий интервал перехода от вязкого к хрупкому разрушению (рис. 6). Имеется верхний порог хладноломкости TП.Х.
и нижний порог хладноломкости T¢П.Х.

За порог хладноломкости обычно принимается температура, при которой в изломе имеется 50 % волокна (t50
).

Порог хладноломкости сильно зависит от структуры, условий испытаний, наличия концентратов напряжений, размеров деталей и так далие.

Рекомендуется не применять материалы при температурах ниже порога хладноломкости.

Рисунок 6.

6. Другие свойства

Живучесть – это способность металла работать в пвреждённом состоянии после образования трещин.

Выносливость* – свойство металлов сопротивляться усталости (усталость – образование трещин и разрушение, в результате действия циклических нагрузок). (*Выносливость – способность материала выдерживать, не разрушаясь, большое число повторно переменных нагрузок.)

Износостойкость – свойство материала оказывать сопротивление изнашиваию.

Виды изнашивания: механическое, коррозионо-механическое, эрозионное (поток житкости, газа), кавитационное (гребни, венты, трубопроводы), усталостное.

7. Прочность конструкции

О прочности конструкции нельзя судить только по результатам испытания образцов, так как они не отражают того многообразия воздействий, которым подвергается металл в процессе изготовления деталей и их дальнейшей работы в машинах.

Критериями оценки прочности конструкции в целом являются стендовые, натурные и эксплутаационные испытания.

При таких испытаниях внедряются влияние на прочность и долговечность конструкции таких факторов, как распределение и величина остаточных напряжений, дефектов сварных швов и других дефектов технологии изготовления и конструктирования металлоизделий.