Определение прочностных и пластических свойств металлов и сплавов, их твердости

 

Методика испытаний

Механические свойства металлов и сплавов - это величины, по­лученные при стандартизованных механических испытаниях образцов и характеризующие сопротивляемость материалов пластической деформа­ции и разрушению при заданных условиях испытаний.

Основными видами механических испытаний являются испытания на растяжение, изгиб, определение твердости, испытания на удар, усталостную выносливость.

Испытания на растяжение проводят по схеме, показанной на рис.1. Образец обычного круглого сечения с диаметром d₀ (мм) и расчетной длиной l₀ (мм) устанавливают в захва­ты разрывной машины и начинают рас­тягивать до разрушения, постепенно увеличивая нагрузку Р(Н). Маши­на вычерчивает кривую растяжения (рис.2) в координатах "P-Δl", где Р - усилие, Δl - деформация, которая позволяет определить уси­лие на образец в момент появления площадки текучести Р_т и макси­мальное усилие Р_в.

При усилии Р_т образец плас­тически деформируется. По величине определяют предел текучести σ_т:

^. (2)

 

где S₀ – первоначальная площадь сечения образца, м²

Предел текучести σ_т характе­ризует сопротивляемость материала пластической деформации. При макси­мальной нагрузке Р_в начинается разрушение образца. По величине Р_в определяют временное сопротивление разрушению при растяжении (предел прочности) σ_в:

^. (3)

Предел прочности σ_в характеризует сопротивляемость матери­ала разрушению.

При испытаниях на растяжение определяют и пластические свой­ства металлов и сплавов, которые характеризуются относительным уд­линением δ и относительным сужением ψ

 

; (4)

; (5)

где l₀ - первоначальная длина образца, мм;

l₁ - длина образца после разрушения, мм;

S₀ - первоначальная площадь сечения образца, м²;

S₁ - площадь сечения образца в месте образования "шейки", м².

 

твердость по Бринеллю определяют путем вдавливания стального шарика диаметром 10 мм в испытуемый материал (рис.3). Она обозначается числом твердости без указания размерности и следующим за ним знаков НВ.

Твердость определяют по формуле

 

HB= P/S, МПа, (6)

где Р - усилие вдавливания шарика Н;

S - площадь поверхности отпе­чатка, м², которая зави­сит от диаметра отпечатка d.

Если усилие Р по­стоянно, то твердость НВ зависит только от d. Измерив диаметр отпечатка с помощью универсальной лупы, по таблицам определяют твердость НВ данного материала.

Недостатки метода Бринелля:

а) Невозможность испытания материалов, имеющих твердость более 4500 НВ, так как при этом деформируется стальной шарик и результаты испытания будут неточными;

б) Невозможность испытания на твердость тонкого изделия (менее 1-2 мм) так как шарик продавливает такой слой материала;

в) После испытания остаются заметные следы на поверхности изделия.

Достоинства метода Бринелля:

а) Простота, достаточная точность, невысокие требования к чистоте поверхности образца;

б) Кроме того, по числу твердости НВ легко определить характеристики прочности металла - временное сопротивление.