Испытание металлов на растяжение

метки: Испытание, Растяжение, Сталь, Материал, Конструкционный, Образец, Прочность, Использоваться

Различные металлы и сплавы имеют разные механические и технологические свойства, которые предопределяют качество деталей машин, а также обрабатываемость металла. Эти свойства металла выявляют соответствующими испытаниями на растяжение, сжатие, изгиб, твердость и др.

Чтобы определить прочность металла, работающего на растяжение, изготовляют образец 1 и устанавливают его в зажимы (или захваты) 2 разрывной машины. Для этих целей чаще всего используют машины с гидравлической системой передачи усилия или с винтовой системой.

Растягивающая сила F (рис. 1) создает напряжение в испытываемом образце и вызывает его удлинение. Когда напряжение превысит прочность образца, он разорвется.

Результаты испытания обычно изображают в виде диаграммы. По оси абсцисс откладывают нагрузку F, по оси ординат — абсолютное удлинение.

Из диаграммы видно, что вначале образец удлиняется пропорционально нагрузке. Прямолинейный участок ОА соответствует обратимым, упругим деформациям. При разгрузке образец принимает исходные размеры (этот процесс описывается все тем же прямолинейным участком кривой).

Искривленный участок АС соответствует необратимым, пластическим деформациям. При разгрузке (штриховая прямая СВ) образец не возвращается к начальным размерам и сохраняет некоторую остаточную деформацию.

От точки С образец удлиняется без увеличения нагрузки. Горизонтальный участок СМ диаграммы называется площадкой текучести. Напряжение, при котором происходит рост деформаций без увеличения нагрузки, называется пределом текучести.

Рис. 1

Как показывают исследования, текучесть сопровождается значительными взаимными сдвигами кристаллов, в результате чего на поверхности образца появляются линии, наклонные к оси образца под углом 45°. Претерпев состояние текучести, материал снова обретает способность сопротивляться растяжению (упрочняется), и диаграмма за точкой М поднимается вверх, хотя гораздо более полого, чем раньше. В точке D напряжение образца достигает своей наибольшей величины, и на образце появляется резкое местное сужение, так называемая шейка. Площадь сечения шейки быстро уменьшается и, как следствие, происходит разрыв образца, что на диаграмме соответствует положению точки К. Предел прочности образца определяют по формуле

Механические свойства металов на примере диаграммы растяжения

... образцы называются пропорциональными. Рис.1. Образцы для испытаний на растяжение 3. Диаграмма растяжения Диаграмма растяжения характеризует поведение металла при деформировании от момента начала нагружения до разрушения образца. На диаграмме выделяют три участка: ... не так сильно как пластинчатый, и не является концентратором напряжений. Половинчатый чугун. В половинчатом чугуне часть углерода (более ...

Ơ _пч = F_D / S,

где: Ơ _nч — предел прочности;

F_D — нагрузка, при которой через определенный промежуток времени наступает разрушение растянутого образца, Н (кгс);

S — площадь поперечного сечения образца в исходном положении, м ² (мм² ).

Обычно при испытании различных металлов и сплавов на растяжение определяют относительное удлинение е — отношение прироста длины образца до разрыва к начальной длине образца. Его определяют по формуле

е =ΔL/L ₀ ·100,

где: е — относительное удлинение;

ΔL = L ₁ — L₀ —абсолютное удлинение;

L ₀ — начальная длина образца;

L ₁ — длина образца после испытания.

закона Гука

Для одностороннего (продольного) растяжения закон Гука имеет вид Ơ=E·е,

где: Ơ = F/s — нормальное напряжение;

• F — растягивающая сила;
• s — площадь поперечного сечения;
• е — относительное удлинение;

Е — постоянная величина, зависящая от материала стержня.

модулем Юнга

Для характеристики металла важно знать не только относительное удлинение е, но и относительное сужение площади поперечного сечения, которое также позволяет характеризовать пластичность материала.

Естественно, что при растяжении образца площадь поперечного сечения уменьшается. В месте разрыва она будет наименьшей. Относительное сужение определяют по формуле φ = (S₀ — S₁ ) / S_o

• 100%,

где: φ— относительное сужение;

S ₀ — площадь поперечного сечения образца до испытания;

S ₁ — площадь сечения образца в месте разрыва (в шейке).

Чем больше относительное удлинение и относительное сужение поперечного сечения образца, тем более пластичен материал.

Кроме трех рассмотренных характеристик механических свойств металлов: предела прочности (Ơ_пч ), относительного удлинения (е) и относительного сужения (φ), можно определить, пользуясь записанной на машине диаграммой, предел упругости (Ơ_у ) и предел текучести (Ơ_м ).

2. углеродистые и легированные стали.

Конструкционная сталь подразделяется на:

•качественную углеродистую сталь

•качественную легированную сталь

Большое значение в современной технике имеют легированные стали. Они содержат так называемые легирующие элементы, к которым относятся хром, никель, молибден, ванадий, вольфрам и др. легирующие элементы добавляются для придания стали определенных свойств. Так, хромоникелевые стали, содержащие помимо неизбежных примесей хром и никель, обладают высокими механическими и антикоррозионными свойствами, а также жаростойкостью. Из них изготавливают многие части машин и предметы домашнего обихода (нержавеющие ложки, вилки).

Выбор стали для строительных конструкций

... ГР. 2. Свойства сталь строительный конструкция металл Наиболее важными для работы со сталью являются механические свойства: ... испытанием стандартных образцов на растяжение с записью диаграммы зависимости между напряжением Х и относительным удлинением е. Предельно ... наибольшего растягивающего усилия на первоначальную площадь поперечного сечения образца. Предел ползучести при какой-либо температуре ...

Хромомолибденовые и хромованадиевые стали тверды и прочны при повышенных температурах и давлениях. Они идут на изготовление трубопроводов, деталей авиамоторов и компрессоров. Из хромовольфрамовых сталей делают режущие инструменты. Марганцовистые стали весьма устойчивы к трению и удару.

Легированная сталь может быть:, Качественная конструкционная

• качественную (без букв);
• высококачественную А;
• особо высококачественную Ш.

В обозначении марки конструкционной легированной стали две первые цифры указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Цифры, стоящие после букв указывают примерное содержание в конструкционной легированной стали легирующего элемента в целых единицах. Отсутствие цифры в обозначении легированной стали означает, что содержание этого элемента до 1,5% (по верхнему пределу).

Конструкционная легированная сталь используется для изготовления различных улучшаемых деталей; втулок, шестерней, обойм, гильз, дисков плунжеры, других деталей, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости.

Свариваемость легированных сталей: сварка конструкционных легированных сталей несколько затруднена из-за склонности к закалке околошовной зоны и образованию в ней хрупких структур (требуется специальная технология сварки).

Марки качественной конструкционной стали низколегированной 10ХНДП, 15ХНДП, 0ХСНД, 15ХСНД являются атмосферно коррозионно-стойкими (АКС), толщина металлоконструкций из АКС за 20-30 лет работы уменьшается в 2-3 раза меньше, чем толщина конструкций из обычной стали низколегированной или стали углеродистой.

Низколегированная качественная конструкционная сталь используется для изготовления корпусов вагонов железнодорожных, метро, трамвая, несущих конструкций локомотивов, сельскохозяйственных и других полевых машин и инженерных сооружений, работающих в условиях переменных динамических нагрузок и сезонных и суточных теплосмен. Свариваемость — сваривается без ограничений.

рессорно- пружинная сталь

Эта сталь используется для изготовления пружин, рессор, гибких мембран, сильфонов и аналогичных деталей. Для сварных конструкций рессорно-пружинная сталь не применяется.

Теплоустойчивая качественная, Шарикоподшипниковая

Структура и свойства легированного феррита и аустенита.

Основой большинства современных легированных сталей является феррит, легированный одним или несколькими элементами. Легирование феррита сопровождается его упрочнением.

В первом приближении можно считать, что при легировании феррита несколькими элементами их влияние на его упрочнение может быть просуммировано: концентрация i-го легирующего элемента, растворенного в феррите, % по массе; умноженная на коэффициент упрочнения феррита.

Чем мельче зерно феррита, тем выше его прочность. Все легирующие элементы, за исключением никеля, при содержании их в растворе выше определенного предела снижают ударную вязкость.

Печи для термической обработки стали

... Гомогенизационный (диффузионный) отжиг — это термическая обработка, при которой главным процессом является устранение ... феррита в аустенит необходимо дополнительное время для устранения неоднородности аустенита — период гомогенизации аустенита. В доэвтектоидных сталях выше А 1 структура состоит из аустенита и феррита, ... после отжига производится вместе с печью. Нагрев при отжиге может производиться ...

При высоком содержании в стали Ni или Мn аустенит может существовать при низких температурах. Он является основной составляющей (матрицей) многих коррозионно-стойких жаропрочных и немагнитных сталей. Аустенит наиболее сильно упрочняет углерод, растворимость которого в нем достигает при нормальной температуре 1 %, и азот. Легирующие элементы, растворяясь в Y-железе, повышают прочность аустенита при нормальной и высоких температурах. Для легированного аустенита характерны низкий предел текучести при сравнительно высоком пределе прочности. Аустенит легко наклёпывается, т.е. быстро и сильно упрочняется под действием холодной деформации. Аустенит парамагнитен, обладает большим коэффициентом теплового расширения.