Организационно-правовые формы автотранспортных предприятий

В период течения в  образце происходит пластическая деформация, возрастает количество дислокации и других дефектов. В результате этого металл упрочняется. Поэтому при дальнейшем растяжении нагрузка вновь начинает увеличиваться и достигает значения Р_МАХ соответствующего ординате максимально удаленной точки С на кривой растяжения. При нагрузке Р_МАХ деформация образца локализуются, начинает образовываться шейка - местное уменьшение сечения. Нагрузку Р_МАХ называют нагрузкой на пределе прочности, или нагрузкой временного сопротивления. При нагрузке соответствующей точке К, происходит разрыв образца.

Нагрузки Р_пц , Р_т, Р_МАХ и т.п. являются характеристиками данного образца. Свойства же материала характеризуют другими показателями.

Показатели прочности

 

Сопротивление малым пластическим деформациям характеризуют предел пропорциональности, предел упругости и предел текучести.

1. Предел пропорциональности - это напряжение, ниже которого  соблюдается прямая пропорциональная зависимость между напряжением и относительной деформацией:

,

где Р_пц  - нагрузка при пределе пропорциональности.

2. Предел упругости s_0,05 - это условное напряжение, при котором остаточная деформация составляет 0,05% расчетной длины. Ввиду малости величины остаточной деформации на пределе упругости его иногда принимают равным пределу пропорциональности.

3. Предел текучести  физический - это наименьшее напряжение  при котором образец деформируется без увеличения растягивающей нагрузки:

,

Если на кривой деформации отсутствует четко выраженная площадка текучести (рис.3.6.а), то определяют предел текучести условный.

4. Условный предел  текучести s_0,2  - это напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,2% длины участка образца на его рабочей части, удлинение которого принимается в расчет при определении указанной характеристики:

,

5. Сопротивление значительным пластическим деформациям (для пластичных материалов) характеризуется пределом прочности.

Предел прочности (временное сопротивление) s_В - это условное напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке Р_МАХ, предшествовавшей разрыву образца:

.

Показатели пластичности

 

1. Относительное удлинение  после разрыва d - это отношение приращения расчетной длины образца (l_K – l₀) после разрушения (рис.3.7.) к начальной расчетной длине l₀, выраженное в процентах:

Для определения длины  расчетной части l_K после разрыва части образца плотно прикладывают друг к другу (рис.3.7.) и измеряют расстояние между метками, которые ограничивали начальную расчета длину.

 

Рис.3.7. Круглый образец  после испытания на растяжение

 

2. Относительное сужение y - это отношение абсолютного уменьшения площади поперечного сечения в шейке образца (F₀ – F_K) к начальной площади сечения F₀ выраженное в процентах:

где F₀ и F_K - площади поперечного сечения образца до и после испытания соответственно.

Определение твердости

 

Под твердостью понимается свойство поверхностного слоя материала сопротивляться упругой и пластической деформации или разрушению при местных контактных воздействиях со стороны другого, более твердого и не получающего остаточной деформации тела (индентора) определенной формы и размеров.

Испытания на твердость отличаются простотой, высокой производительностью, отсутствием разрушения образца, возможностью оценки свойств поверхностных слоев на малой площади, легко устанавливаемой связью результатов с данными других испытаний.

В зависимости от скорости приложения нагрузки способы определения твердости делят на статические и динамические, по способу приложения нагрузки - на методы вдавливания, царапания и удара, а по времени выдержки под нагрузкой - на кратковременные и длительные. Наибольшее распространение получили методы, в которых используется принцип статического вдавливания индентора нормально поверхности образца  с кратковременным (10-30 с) приложением нагрузки при комнатной температуре.

При испытании на твердость очень  важно правильно подготовить  поверхностный слой образца, все поверхностные дефекты (окалина, выбоины, вмятины, грубые риски и т.д.) должны быть удалены. Чем меньше глубина вдавливания индентора, тем выше требуется чистота испытуемой поверхности, тем более жесткие требования к технологии подготовки образцов.

Нагрузка прилагается по оси  вдавливаемого индентора перпендикулярно  к испытуемой поверхности, для чего эта поверхность должна быть строго параллельна опорной поверхности прибора. Неплоские образцы крепят на специальных опорных столиках, входящих в комплект твердомеров.

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

Определение твердости по методу Бринелля

 

При стандартном (ГОСТ 9012-59) измерении  твердости по Бринеллю стальной шарик  диаметром D вдавливают в испытуемой образец под приложенной определенное время нагрузкой Р, после снятия нагрузки измеряют диаметр оставшегося на поверхности отпечатка (рис.3.8.).

 

 

 

Рис.3.8. Схема измерения

твердости по методу Бринелля:

Р - нагрузка в Н (кгс); D - диаметр шарика, мм; d - диметр отпечатка, мм

 

 

 

 

Диаметр отпечатка получается тем  меньше, чем выше сопротивление материала образца деформации, производимой индентором. Число твердости по Бринеллю (НВ) есть отношение нагрузки Р, действующей на шаровой индентор диаметром D, к площади F шаровой поверхности отпечатка:

 

, 

 

Отношение d/D поддерживают в пределах 0,2-0,6. Для получения отпечатка оптимальных размеров необходимо правильно подобрать соотношение между нагрузкой и диаметром шарика. Рекомендуемые нагрузки и диаметры шариков для определения НВ различных металлических материалов с учетом ГОСТ 9012-59 приведены в таблице 1.

Рекомендуемое время  выдержки образца под нагрузкой  для сталей 10 с, для цветных металлов и сплавов 30 с (при P/D²=10 и 30) или 60 с (при P/D²=2,5). Зная заданные при испытании Р или D и измерив с помощью отсчетного микроскопа d, находят число твердости НВ по стандартным таблицам.

При использовании шаровых  инденторов диаметрами 2,5; 5 и 10 мм, выполняемых из сталей с твердостью не менее 8500 МПа, можно испытывать материалы с твердостью от НВ 8 до НВ 450. При большей твердости образца шарик-индентор остаточно деформируется на величину, превышающую стандартизованный допуск, и показания твердости искажаются.

Величина НВ остается основной характеристикой твердости  при статическом вдавливании шарового индентора. Для достаточно пластичных материалов ее физический смысл соответствует условному пределу прочности при растяжении. Для многих металлов и сплавов существует линейная связь между НВ и s_в, т.е. s_в=х×НВ, где х - коэффициент пропорциональности, зависящий от степени равномерной деформации и упругих констант материала (табл.2).

 

 

Таблица 1

 

Нагрузки (Р) и диаметры (D) шариков, рекомендуемые

для испытаний твердости  по Бринеллю

	Значения Р при D, Н			Примечание
	D=10 мм	D=5 мм	D=2,5 мм
30	30 000	1 500	1 875	Материалы с НВ 130-450 (стали, чугуны, высокопрочные сплавы на основе титана, никеля, меди, алюминия)
10	10 000	2 500	625	Материалы с НВ 35-130 (алюминиевые сплавы, латуни, бронзы)
5	5 000	1 250	312,5	Алюминий, магний, цинк, латуни
2,5	2 500	625	156,25	Подшипниковые сплавы
1,25	1 250	312,5	78,125	Свинец, олово, припои
0,5	500	125	31,25	Мягкие металлы при  повышенных температурах

 

Таблица 2

 

Значения коэффициента "х" для различных материалов

Материал	d/D	x
Чугуны	0,4	0,15
Литейные алюминиевые сплавы	0,45	0,25
Деформируемые литейные сплавы	0,4	0,38
Титановые сплавы	0,4	0,3
Высокопрочные сплавы	0,33	0,33
Малоуглеродистые стали	0,45	0,33
Аустенитные стали и  латуни	0,4	0,45

 

У малопластичных металлов и сплавов корреляция НВ и s_в может отсутствовать: высокая твердость часто сочетается с низким пределом прочности. Это вполне естественно, если учесть совершенно разный физический смысл этих характеристик для хрупких материалов. Предел прочности таких материалов близок к истинному сопротивлению разрушению, а НВ остается критерием сопротивляемости значительной пластической деформации в условиях более мягкой схемы напряженного состояния.

Определение твердости по методу Роквелла

 

При измерении твердости  по Роквеллу индентор - алмазный конус с углом при вершине 120° (ГОСТ 9013-59) и радиусом закругления 0,2 мм или стальной шарик диаметром 1,5875 мм (1/16 дюйма) - вдавливается в образец под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок: предварительной Р₀ и общей Р=Р₀+Р₁, где Р₁ - основная нагрузка. Схема определения твердости по Роквеллу при вдавливании алмазного конуса приведена на рис.3.9.

 

 

 

 

Рис.3.9. Схема измерения  твердости по Роквеллу

 

 

 

 

 

Сначала индентор вдавливается в поверхность образца под  предварительной нагрузкой Р₀=100 Н, которая не снимается до конца испытания, что позволяет повысить точность испытаний, т.к. исключает влияние вибраций и тонкого поверхностного слоя. Под нагрузкой Р₀ индентор погружается в образец на глубину h₀. Затем на образец подается полная нагрузка Р=Р₀+Р₁, глубина вдавливания увеличивается. Последняя после снятия основной нагрузки Р₁ (на индентор вновь действует только предварительная нагрузка Р₀) определяет число твердости по Роквеллу (HR). Чем больше глубина вдавливания h, тем меньше число твердости HR.

Твердомер Роквелла автоматически  показывает значения числа твердости  в условных единицах по одной из трех шкал - А, В и С и соответственно они обозначаются как HRA, HRB и HRC. Выбор  шкалы производится по предварительно известной твердости материала по Бринеллю из табл.3. Если сведений о твердости материала образца нет, то после ориентировочных замеров необходимо обратиться к табл.5 и затем произвести окончательные замеры твердости.

 

Таблица 3

 

Примерная твердость  по Бринеллю	Шкала Роквелла	Тип индентора	Общая нагрузка		Допускаемые величины твердости по шкале
			Н	кгс
Менее 228	Шкала В (красная)	стальной шарик	981	100	25-100
229-682	Шкала С (черная)	алмазный конус	1481	150	22-68
363-720	Шкала А (черная)	алмазный конус	588	60	70-85

 

Во всех случаях измерений значение предварительной нагрузки постоянно и равно Р₀=100 Н.

Число твердости выражается формулами:

 

,

 

где (0,002 - цена деления шкалы индикатора твердомера Роквелла).

Таким образом, единица  твердости по Роквеллу безразмерная величина, соответствующая осевому перемещению индентора на 0,002 мм.

Из рассмотренной методики определения твердости по Роквеллу видно, что это еще более условная характеристика, чем НВ. Наличие различных шкал твердости, определяемое без геометрического подобия отпечатков, условный и безразмерный численный результат испытания, сравнительно низкая чувствительность делают метод Роквелла лишь средством упрощенного технического контроля. В заводских условиях его ценность велика благодаря простоте, высокой производительности, отсчету чисел твердости прямо по шкале прибора, возможности полной автоматизации испытания.

Определение твердости по методу Виккерса

 

При стандартном измерении  твердости по Виккерсу (ГОСТ 2999-75) в поверхность образца вдавливается алмазный индентор в форме четырехгранной пирамиды с углом при вершине a»136°. После удаления нагрузки 
P (10¸1000 Н), действовавшей определенное время (10-15 с), измеряют диагональ отпечатка d, оставшегося на поверхности образца.