Механические, технологические и эксплуатационные свойства материалов

Основан на вдавливании в поверхность наконечника под определенной нагрузкой (рис. 1 б)

Шарик бросают на поверхность с заданной высоты, он отскакивает на определенную величину. Чем больше величина отскока, тем тверже материал.

В результате проведения динамических испытаний на ударный изгиб специальных образцов с надрезом (ГОСТ 9454) оценивается вязкость материалов и устанавливается их склонность к переходу из вязкого состояния в хрупкое.

Вязкость - способность материала поглощать механическую энергию внешних сил за счет пластической деформации.

Является энергетической характеристикой материала, выражается в единицах работы Вязкость металлов и сплавов определяется их химическим составом, термической обработкой и другими внутренними факторами.

Также вязкость зависит от условий, в которых работает металл (температуры, скорости нагружения, наличия концентраторов напряжения).

2. Влияние температуры

С повышением температуры вязкость увеличивается (см. рис. 2).

Предел текучести Sт существенно изменяется с изменением температуры, а сопротивление отрыву Sот не зависит от температуры. При температуре выше Тв предел текучести меньше сопротивления отрыву. При нагружении сначала имеет место пластическое деформирование, а потом - разрушение. Металл находится в вязком состоянии.

Прт температуре ниже Тн сопротивление отрыву меньше предела текучести. В этом случае металл разрушается без предварительной деформации, то есть находится в хрупком состоянии. Переход из вязкого состояния в хрупкое осуществляется в интервале температур

Хладоломкостью называется склонность металла к переходу в хрупкое состояние с понижением температуры.

Хладоломкими являются железо, вольфрам, цинк и другие металлы, имеющие объемноцентрированную кубическую и гексагональную плотноупакованную кристаллическую решетку.

Рис. 2. Влияние температуры на пластичное и хрупкое состояние

3. Способы оценки вязкости

Ударная вязкость характеризует надежность материала, его способность сопротивляться хрупкому разрушению

Испытание проводят на образцах с надрезами определенной формы и размеров. Образец устанавливают на опорах копра надрезом в сторону, противоположную удару ножа маятника,который поднимают на определенную высоту (рис. 3)

Рис.3. Схема испытания на ударную вязкость: а - схема маятникового копра; б - стандартный образец с надрезом; в - виды концентраторов напряжений; г - зависимость вязкости от температуры

На разрушение образца затрачивается работа:

где: Р - вес маятника, Н - высота подъема маятника до удара, h - высота подъема маятника после удара.

Характеристикой вязкости является ударная вязкость (ан), - удельная работа разрушения.

где: F0 - площадь поперечного сечения в месте надреза.

ГОСТ 9454 - 78 ударную вязкость обозначает KCV. KCU. KCT. KC - символ ударной вязкости, третий символ показывает вид надреза: острый (V), с радиусом закругления (U), трещина (Т) (рис. 3 в)

Серийные испытания для оценки склонности металла к хладноломкости и определения критических порогов хладноломкости.

Испытывают серию образцов при различных температурах и строят кривые ударная вязкость - температура ( ан - Т) (рис. 3 г), определяя пороги хладноломкости.

Порог хладноломкости - температурный интервал изменения характера разрушения, является важным параметром конструкционной прочности. Чем ниже порог хладноломкости, тем менее чувствителен металл к концентраторам напряжений (резкие переходы, отверстия, риски), к скорости деформации.

Оценка вязкости по виду излома.

При вязком состоянии металла в изломе более 90 % волокон, за верхний порог хладноломкости Тв принимается температура, обеспечивающая такое состояние. При хрупком состоянии металла в изломе 10 % волокон, за нижний порог хладноломкости Тн принимается температура, обеспечивающая такое состояние. В технике за порог хладноломкости принимают температуру, при которой в изломе 50 % вязкой составляющей. Причем эта температура должна быть ниже температуры эксплуатации изделий не менее чем на 40oС.

Испытания на выносливость (ГОСТ 2860) дают характеристики усталостной прочности.

Усталость - разрушение материала при повторных знакопеременных напряжениях, величина которых не превышает предела текучести.

Усталостная прочность - способность материала сопротивляться усталости. твердость прочность пластичный вязкость

Процесс усталости состоит из трех этапов, соответствующие этим этапам зоны в изломе показаны на рис.4.

Предел выносливости ( - при симметричном изменении нагрузки, - при несимметричном изменении нагрузки) - максимальное напряжение, выдерживаемое материалом за произвольно большое число циклов нагружения N.

Ограниченный предел выносливости - максимальное напряжение, выдерживаемое материалом за определенное число циклов нагружения или время.

Рис 4. Схема зарождения и развития трещины при переменном изгибе круглого образца

1 - образование трещины в наиболее нагруженной части сечения, которая подвергалась микродеформациям и получила максимальное упрочнение

2 - постепенное распространение трещины, гладкая притертая поверхность

3 - окончательное разрушение, зона “долома“, живое сечение уменьшается,а истинное напряжение увеличивается, пока не происходит разрушение хрупкое или вязкое

Характеристики усталостной прочности определяются при циклических испытаниях “изгиб при вращении“. Схема представлена на рис. 5.

Живучесть - разность между числом циклов до полного разрушения и числом циклов до появления усталостной трещины.

Технологические свойства