Испытание на разрыв металла

Обновлено: 18.05.2024

Центр инженерных услуг имеет специализированную лабораторию для проведения испытаний металлов и других конструкционных материалов. Мы выполняем химический анализ испытательных образцов, динамические и статические испытания на разрыв, растяжение, сжатие и изгиб. Опытные специалисты определяют состав и механические свойства металлов и других материалов.

Выполняемые исследования

В процессе запуска нового изделия в производство всегда встает вопрос выбора материала изделия. Мы выполняем различные виды анализов материалов, для определения состава и свойств.

Основные направления отдела анализа материалов:

  • Экспресс методы анализа физических свойств;
  • Химический и спектральный анализ;
  • Металлографический анализ и электрохимическая коррозия; ;

Основные направления отдела прочности материалов:

  • Малоцикловые испытания;
  • Многоцикловые испытания;
  • Стандартные механические испытания материалов;
  • Статистическая трещиностойкость;
  • Циклическая трещиностойкость;

Необходимо узнать состав и свойства материала?

Многие производители держат в секрете точный химический состав металла своей продукции, но с современным оборудованием можно получить подробный состав любого материала.

Вам необходимо узнать материал образца или подобрать аналог для опытного изделия?

Специалисты нашей лаборатории анализируют материал методами разрушающего и неразрушающего контроля, определяют химический состав и марку материала.

По результатам выдаем протокол испытаний с заключением. Наш испытательный центр аккредитован в системе сертификации ГОСТ Р.

Виды испытаний

От выбора материала изделия зависят его прочностные и эксплуатационные свойства. В нашей лаборатории Вы можете заказать испытания опытных образцов по всем важным для данного изделия характеристикам. Для правильного назначения материала часто необходимы прочностные исследования.

Мы выполняем следующие виды испытаний материалов:

Испытательное оборудование

Все исследования мы проводом в специализированной лаборатории, оснащенной всем необходимым оборудованием:

  • Разрывные машины на усилие до 100 тонн;
  • Микрорентгеноспектральный анализатор;
  • Электронный микроскоп;
  • Газоанализатор;
  • Копер маятниковый;
  • Атомно-эмиссионный спектрометр;
  • Дифрактометр рентгеновский;
  • Высокочастотные пульсаторы;
  • Профилограф-профилометр;

Теги статьи: Испытания на растяжение, Испытания на сжатие, Испытание на изгиб, Испытание на разрыв, Статические испытания, Определение прочности материалов при механических испытаниях, Испытания металлов на твердость, Испытания металлов и сплавов, Испытания металлов на ударную вязкость, Испытания на усталость металла, Испытания металла на ударный изгиб, Динамические испытания металлов, Химические испытания металлов, Циклические испытания металлов

Испытание на разрыв металла

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Методы испытаний на растяжение тонких листов и лент

Metals. Methods of tensile testing of thin sheets and strips

Дата введения 1986-01-01

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством черной металлургии СССР

В.И.Маторин, Б.М.Овсянников, В.Д.Хромов, Н.А.Бирун, А.В.Минашин, Э.Д.Петренко, В.И.Чеботарев, М.Ф.Жембус, В.Г.Гешелин, А.В.Богачева

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 17.07.84 N 2514

3. Стандарт соответствует СТ СЭВ 471-88 в части испытаний листов и лент толщиной от 0,5 до 3,0 мм

5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на который дана ссылка

Вводная часть; 1.1; 1.4; 2.2; 2.3; 4.1; 4.4

6. Срок действия продлен до 01.01.96* Постановлением Госстандарта СССР от 25.03.91 N 319

* Ограничение срока действия снято по протоколу N 5-94 Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации. (ИУС N 11-12, 1994 год). - Примечание "КОДЕКС".

7. ПЕРЕИЗДАНИЕ (февраль 1993 г.) с Изменениями N 1, 2, утвержденными в октябре 1987 г., марте 1991 г. (ИУС 1-88, 6-91)

Настоящий стандарт устанавливает методы статических испытаний на растяжение тонких листов и лент из черных и цветных металлов толщиной до 3,0 мм для определения при температуре (20)°C характеристик механических свойств:

предела текучести физического;

предела текучести условного;

относительного равномерного удлинения;

относительного удлинения после разрыва.

Стандарт соответствует СТ СЭВ 471-88 в части испытаний листов и лент толщиной от 0,5 до 3,0 мм.

Термины, применяемые в настоящем стандарте, и пояснения к ним - по ГОСТ 1497-84.

(Измененная редакция, Изм. N 2).

1. МЕТОДЫ ОТБОРА ОБРАЗЦОВ

1.1. Вырезку заготовок для образцов и изготовление образцов проводят по ГОСТ 1497-84.

1.2. Для испытания применяют пропорциональные плоские образцы с начальной расчетной длиной , a для испытания листов и лент толщиной от 0,5 до 3,0 мм и с

Тип и размеры образцов должны указываться в нормативно-технической документации на правила отбора заготовок и образцов или на металлопродукцию.

При наличии указаний в нормативно-технической документации на металлопродукцию допускается испытывать ленту с учетом допусков на размеры, предусмотренные для испытываемой металлопродукции. При ширине испытываемой ленты менее 12,5 мм начальная расчетная длина должна быть не менее 50 мм.

Не допускается правка заготовок или образцов, деформирование их изгибом или местным перегибом.

1.3. Форма, размеры и предельные отклонения по ширине плоских пропорциональных образцов приведены в обязательном приложении 1.

При наличии указаний в нормативно-технической документации на металлопродукцию допускается применять пропорциональные плоские образцы других размеров.

1.4. Рабочая длина образцов должна составлять от .

При разногласиях в оценке качества металла рабочая длина образцов должна составлять

Примечание. При использовании тензометров или испытательной машины с автоматическим определением относительного удлинения после разрыва выбор рабочей и расчетной части длин образца должен соответствовать требованиям ГОСТ 1497-84.

2. АППАРАТУРА

2.1. Разрывные и универсальные испытательные машины - по ГОСТ 28840-90.

2.2. Штангенциркули, микрометры - по ГОСТ 1497-84.

Допускается применение других измерительных средств, обеспечивающих измерение с погрешностью, не превышающей указанную в п. 3.2.

2.3. Тензометры с относительной ценой деления - по ГОСТ 1497-84.

3. ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЮ

3.1. Установленную начальную расчетную длину ограничивают с погрешностью до 1% на рабочей части образца кернами, рисками или другими метками, исключающими повреждение поверхности образца.

Для пересчета относительного удлинения после разрыва с отнесением места разрыва к середине и для определения относительного равномерного удлинения по всей рабочей длине образца рекомендуется наносить риски, керны или иные метки через каждые 5 или 10 мм.

3.2. Погрешность определения начальной площади поперечного сечения не должна превышать ±2% (при предельной погрешности измерения ширины образца ±0,2%).

3.3. Измерение размеров образцов до испытания проводят не менее чем в трех местах - в средней части и на границах рабочей длины образца.

За начальную площадь поперечного сечения образца в его рабочей части принимают наименьшее из полученных значений на основании произведенных измерений с округлением по табл.2.

Методики испытаний механических свойств

Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться деформации и разрушению под действием приложенных нагрузок.

По характеру изменения во времени действующей нагрузки механи­ческие испытания могут быть статическими (на растяжение, сжатие, изгиб, кручение), динамическими (на ударный изгиб) и циклическими (на усталость).

По воздействию температуры на процесс их делят на испытания при комнатной температуре, низкотемпературные и высокотемпературные (на длительную прочность, ползучесть).

Статические испытания проводятся при воздействии на образец с определенной скоростью постоянно действующей нагрузки. Скорость деформации составляет от 10 - 4 до 10 - 1 с - 1 . Статические испытания на растяже­ние относятся к наиболее распространенным. Свойства, определяемые при этих испытаниях, приведены в многочисленных стандартах по техническим условиям на материалы. К статическим относятся испытания на растяжение, сжатие, изгиб, кручение.

Динамические испытания характеризуются приложением к образцу ударной нагрузки и значительной скоростью деформации. Длительность ис­пытания не превышает сотен долей секунды. Скорость деформации состав­ляет около 10 2 с - 1 . Динамические испытания чаще всего проводят по схеме ударного изгиба образцов с надрезом.

Циклические испытания характеризуются многократными измене­ниями нагрузки по величине и по направлению. Примером испытаний явля­ются испытания на усталость, они длительны и по их результату определяют число циклов до разрушения при разных значениях напряжения. В конечном итоге находят предельные напряжения, который образец выдерживает без разрушения в течение определенного числа циклов нагружения.

Простейшим механическим свойством является твердость. Методы определения твердости в зависимости от скоро­сти приложения нагрузки делятся на статические и динамические, а по спо­собу ее приложения - на методы вдавливания и царапания. Методы опреде­ления твердости по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу относятся к статическим методам испытания.

Твердость - это способность материала сопротивляться вдавливанию в него более твердого тела (индентора) под действием внешних сил.

При испытании на твердость в поверхность материалов вдавливают пирамиду, конус или шарик (индентор), в связи с чем различают методы ис­пытаний, соответственно, по Виккерсу, Роквеллу и Бринеллю. Кроме того, существуют менее распространенные методы испытания твердости: метод упругого отскока (по Шору), метод сравнительной твердости (Польди) и не­которые другие.

При испытании материалов на твердость не изготавливают стандарт­ных специальных образцов, однако к размерам и поверхности образцов и изделий предъявляются определенные требования.

Твердость по Виккерсу (ГОСТ 2999-75) устанавливают путем вдавли­вания в металл индентора - алмазной пирамиды с углом при вершине 136° под действием постоянной нагрузки Р: 1; 2; 2,5; 3; 5; 10; 20; 30; 50 или 100 кгс и выдержки под нагрузкой в течение 10-15 с. Для определения твердости черных металлов и сплавов используют нагрузки от 5 до 100 кгс, медных сплавов - от 2,5 до 50 кгс, алюминиевых сплавов - от 1 до 100 кгс. После снятия нагрузки с помощью микроскопа прибора находят длину диагонали отпечатка, а твердость HVрассчитывают по формуле

Имеется таблица зависимости твердости от величины нагрузки и дли­ны диагонали. Поэтому на практике вычислений не производят, а пользуются готовой расчетной таблицей. Твердость по Виккерсу HVизмеряется в кгс/мм 2 , Н/мм 2 или МПа. Значение твердости по Виккерсу может изменяться от HV2060 до HV5 при нагрузке 1 кгс.

По методу Бриннелля вдавливают в образец или изделие стальной закаленный шарик диаметром 10, 5 или 2,5 мм под действием нагрузок 3000, 1000, 750, 500, 250, 62,5 кгс и др. (ГОСТ 9012-59, рис. 1.). Полученный круглый отпечаток на образце измеряют под лупой и по таблицам находят величину твердости по Бринеллю, значение которой не превышает 450 НВ. Твердость по Бринеллю почти совпадает со значениями твердости по Виккерсу.

Твердость по Бринеллю НВ (по умолчанию) имеет размерность кгс/мм 2 , например, твердость алюминиевого спла­ва равна 70 НВ. При нагрузке, определяе­мой в ньютонах, твердость по Бринеллю измеряется в МПа. Например, твердость отожженной стали равна 207 НВ при на­грузке 3000 кгс, диаметре шарика 10 мм, диаметре отпечатка 4,2 мм или, учитывая коэффициент перевода: 1 Н = 9,8 кгс,

По методу Роквелла (ГОСТ 9013-59) вдавливают алмазный конус с углом при вершине 120° (шкалы А и С) или стальной шарик диаметром 1,5875 мм (шкала В).

При этом определяют твердость, соответственно, HRA, HRC и HRB. В на­стоящее время измерение твердости по методу Роквелла является наиболее распространенным методом, потому что при использовании твердомеров Ро­квелла не требуется измерять отпечаток, число твердости считывается со шкалы прибора сразу после снятия основной нагрузки.

Метод заключается во вдавливании в испытуемый образец индентора под действием двух последовательно прикладываемых нагрузок - предвари­тельной Р0 и основной Р1 которая добавляется к предварительной, так что общая нагрузка Р = Р0 + Р1 После выдержки в течение нескольких секунд ос­новную нагрузку снимают и измеряют остаточную глубину проникновения индентора, который при этом продолжает находиться под действием предва­рительной нагрузки. Перемещение основной стрелки индикатора на одно де­ление шкалы соответствует перемещению индентора на 0,002 мм, которое принимается за единицу твердости.

На рис. 2 представлена схема измерения твердости по методу Рок­велла алмазным или твердосплавным конусом. При испытаниях измеряют глубину восстановленного отпечатка. Шкалы А и С между собой совпадают, поскольку испытания проводят одним и тем же индентором - алмазным ко­нусом, но при разных нагрузках: 60 и 150 кгс соответственно. Твердость в этом случае определяется как

На практике значения твердости по Роквеллу не рассчитываются по формулам, а считываются с соответствующей (черной или красной) шкалы прибора. Шкалы HRC и HRA используются для высокой твердости, HRB -для низкой. Число твердости по Роквеллу измеряют в условных единицах, оно является мерой глубины вдавливания индентора под определенной на­грузкой.

Испытание на растяжение материалов проводят в соответствии с ГОСТ 1497-84 «Методы испытаний на растяжение». Стандарт устанавливает методы статических испытаний на растяжение черных и цветных металлов для определения при температуре 20 °С пределов пропорциональности, уп­ругости, текучести, временного сопротивления разрыву, относительного уд­линения и относительного сужения, модуля упругости.

Для испытаний применяют плоские и цилиндрические образцы, выре­занные из детали или специально изготовленные. Размеры образцов регла­ментированы указанным стандартом, они подчиняются геометрическому по­добию и могут быть короткими и длинными. Для цилиндрического образца берется соотношение начальной рабочей длины l0 и исходного диаметра d0 : l0= 5d0- короткий образец, l0= 10d0 - длинный образец. Для плоского образцаберется соотношение рабочей длины l0 и площади поперечного сечения F0:

l0= 5,65√F0 - короткий образец, l0= 11,3√F0 - длинный образец. Цилиндри­ческие образцы изготавливаются диаметром 3 мм и более. Образцы состоят из рабочей части длиной l0 и головок, форма и размер которых соответствуют захватам машины (рис. 3).

Растяжение образца проводят на специальных машинах, позволяющих фиксировать величину прилагаемой нагрузки и изменение длины образца при растяжении. Эти же машины дают возможность записывать изменение длины образца при увеличении нагрузки (рис. 4), т.е. первичную диаграмму испытания на растяжение в координатах: нагрузка Р, Н, кН; и абсолютное удлинение образца А, мм.

Измеряя величину нагрузки в характерных точках диаграммы испы­таний на растяжение (рис.4), определяют следующие параметры механиче­ских свойств материалов:

Значения 0,05 и 0,2 в записи предела упругости и текучести соответ­ствуют величине остаточной деформации ∆l в процентах от l0 при растяжении образца. Напряжения при испытании на растяжение вычисляют путем деления нагрузки Р, соответствующей характерной точке на диаграмме, на площадь первоначального поперечного сечения F0 рабочей части испытуемо­го образца:

Предел пропорциональности и предел упругости определяют с помо­щью тензометра (прибор для определе­ния величины деформации). Предел текучести физический и условный рассчи­тывают, находя нагрузку по диаграмме растяжения. Если на диаграмме нет площадки текучести, то для вычисления условного предела текучести необходи­мо провести графические построения на диаграмме (рис. 1.5). Вначале находят величину остаточной деформации, рав­ную 0,2 % от l0, далее отмечают отрезок на оси деформации, равный 0,2 % от l0, и проводят линию, параллельную пропорциональному участку диаграммы рас­тяжения, до пересечения с кривой растяжения.

Нагрузка P0,2 соответствует точке их пересечения. Физический и условный предел текучести характери­зуют способность материала к началу пластической деформации, т.е. сопротивление малой пластической деформации.

Предел прочности можно подсчитать, используя показания силоизмерителя, по максимальной нагрузке Рmax при разрыве либо найти Рmax (Рв) по первичной диаграмме растяжения. Характер деформации при растяжении вязких и хрупких материалов существенно различается.

Хрупкие материалы после достижения максимальной нагрузки быстро разрушаются без значительной пластической деформации, поэтому σв для

хрупких материалов является характеристикой сопротивления разрушению, а для пластичных - характеристикой сопротивления деформации.

Напряжение разрушения определяют как истинное. При этом нагруз­ку разрушения делят на конечную площадь поперечного сечения образца после разрушения FK:

Пластичность, т.е. способность деформироваться без разрушения, характеризуется изменениями размеров образца. При испытании на разрыв определяют следующие характеристики пластичности:

где lк, Fк — соответственно, длина рабочей части и площадь поперечного сече­ния образца после разрыва.

Ударная вязкость характеризует удельную работу, затрачиваемую на разрушение при ударе образца с надре­зом. Ударная вязкость испытывается на маятниковом копре с постоянным запасом работы маятника по ГОСТ 9454-78 «Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженной, комнатной и повышенной температурах». Стандарт распространяется на черные и цветные металлы и сплавы и уста­навливает метод испытания при температурах от -100 до +1000 °С. Метод основан на разрушении ударом маятникового копра образца с концентрато­ром напряжений. В результате испытания определяют полную работу, затра­ченную при ударе К, или ударную вязкость КС.

Используют образцы прямоугольной формы с концентратором типа U, V, Т (усталостная трещина). Наиболее распространенными образцами являются образцы размерами 55x10x10 мм с U-концентратом 2x2 мм (рис. 6).

На разрушение ударом образца затрачивается только часть энергии маятника, в связи с чем маятник после разрушения образца продолжает дви­гаться, отклоняясь на определенный угол. Чем больше величина работы, за­трачиваемой на разрушение образца, тем на меньший угол он отклоняется от вертикали после разрушения. По величине этого угла и определяют работу удара К или работу, затраченную на разрушение образца. Работу разрушения К относят к площади поперечного сечения образца Soв месте излома и тем самым находят КС - ударную вязкость:

Методы испытания механических свойств при нормальных, высоких и низких температурах

Методом статических испытаний на растяжение при комнатной (20±5°) температуре по ГОСТ 1497—84 определяют: пределы пропорциональности σпц, упругости σуп, услов­ный σ0,2и физический σт пределы текучести, временное сопротивле­ние разрыву σв, относительное удлинение б и сужение Ψпосле разрыва. Основной тип образца — цилиндрический с рабочим диамет­ром 10 мм, применяют также образцы других диаметров — d0 (часто диаметром 5 мм), плоские образцы толщиной 0,5 мм и более. Начальная расчетная длина l0 должна составлять 5,65√F0 или 11,3√F0 , где F0— площадь поперечного сечения рабочей части об­разца до разрыва. Рабочая длина цилиндрических образцов дол­жна быть в пределах от l0 + 0,5d0 до l0 + 2d0, плоских образцов толщиной 4 мм и более — от l0 + 1,5√F0 до l0 + 2,5√F0.

При арбитражных испытаниях рабочая длина образцов должна соответствовать верхним из указанных пределов. Основные требова­ния, предъявляемые к установке образцов: способ крепления не должен допускать проскальзывания образцов в захватах, смятия опорных поверхностей, деформацию головок и разрушение образца в местах перехода от рабочей части к головкам и в головках. Раз­метку расчетной длины образца следует выполнять с точностью до 1%.,

Измерение образцов до испытания проводят не менее чем в трех местах (в середине образца и по краям рабочей части), площадь поперечного сечения вычисляют по наименьшим из полученных размеров. При проведении испытаний необходимо соблюдать на­дежное центрирование образца в захватах испытательной машины плавность нагружения. Скорость перемещения подвижного захвата не должна превышать 0,1 при испытании до предела текучести и за пределом текучести быть не менее 0,4 длины расчетной части образ­ца при выражении ее в миллиметрах в минуту. Могут быть предло­жены и другие скорости. При определении пределов упругости и текучести с помощью тензометров цена деления шкалы приборов не должна превышать 0,002 и 0,02 мм соответственно. Точность отсчета нагрузки при испытании — одно наименьшее деление шкалы силоизмерителя. Порядок проведения испытаний и расчет показателей механических свойств регламентированы в ГОСТ 1497—84.

Кратковременные статические испытания на растяжение при повышенных температурах (до 1200 °С) проводят в соответствии с ГОСТ 9651—84. Определяют: предел текучести (σ t 0,2) временное сопротивление разрыву (σв),относительное удлинение (δ t ) и суже­ние (Ψ t )- Методика испытаний аналогична испытаниям при нормальной температуре. Отличие состоит в форме и размерах образца, наличии соответствующего нагревательного устройства и оборудования для контроля и поддержания заданного температур­ного режима испытаний. Для «горячих» испытаний применяются пропорциональные цилиндрические образцы с резьбовыми головка­ми и с расчетной длиной рабочей части l0 = 5,65√F0 (короткий) и l0 = 11,3√F0 (длинный).

Нагревательное устройство (печь) должно обеспечивать равно­мерный нагрев до заданной температуры по всей рабочей длине образца и сохранять температуру в установленных пределах на протяжении всего испытания. Температуру измеряют одной термо­парой, установленной в средней части образца, и приборами класса точности не ниже 0,5%. Приборы подлежат систематической повер­ке в соответствии с инструкциями Госстандарта СССР. Допустимые отклонения от заданной температуры приведены ниже:

Продолжительность нагрева до температуры испытания не должна превышать 1 ч, а время выдержки 20—30 мин, если нет других указаний в НТД. Запись диаграмм выполняют в масштабе по оси деформации 12 : 1 или более подробном. Испытания на растя­жение при отрицательных температурах проводятся сравнительно редко.

осуществляют на стандартных образцах пяти типов (рис. 1), в основном применяют тип 1. Образцы клеймят номером плавки и по­рядковым номером на боковых сторонах или на стороне,противопо­ложной надрезу. Расстояние клейма от торца—не более 15 мм. К испытаниям не допускают образцы с дефектами изготовления (раз­меры, следы обработки на поверхности надреза в виде поперечных рисок, трещины, заусенцы на ребрах, клеймо на опорной поверхно­сти) и металла. В термически обработанных образцах канавки прорезают после термообработки. Образец помещают на опоры стани­ны маятникового копра надрезом внутрь, правильность установки проверяют специальным шаблоном. Расстояние между опорами должно составлять 404:0,5 мм, а между осями ножа и надреза об­разца — не превышать 0,2 мм. Перед каждой серией испытаний копер проверяется на свободном полете маятника от верхнего и нижнего положений. Показатель работы в обоих случаях должен соответствовать нулю с точностью до 1 Дж (точность определения работы удара). Скорость ножа маятника в момент удара должна быть в пределах 4—7 м/с, что соответствует его подъему на высоту 0,8—2,5 м (для копров с максимальной энергией в 300 Дж). После испытаний оценивают структуру излома.

Для испытаний при повышенных (до 1200 °С) температурах ис­пользуют трубчатые печи, которые устанавливают так, чтобы на­правляющий желоб трубки вплотную подходил к опорам копра и находился на одном уровне с ними. Горизонтальное положение ог­раничителя должно фиксировать такое положение образца, при котором он после нагрева в печи надежно встанет в установленное до испытания положения. После проверки установки ограничителя образец помещают в нагретую до заданной температуры печь, а ограничитель продвигают вплотную к направляющему желобу опо­ры копра. По истечении 10-мин выдержки образец с помощью металлического стержня выталкивается из печи на опоры копра до упора задней стенки ограничителя в фиксатор. Время от извлечения образца до удара маятника практически не превышает 5 с. Ис­пытание образцов из сильно окисляющихся сталей проводят в ней­тральных средах.

Для испытания при пониженных (до кипения жидкого азота) температурах вблизи копра устанавливают термостат для охлажде­ния образцов. Вся партия образцов, испытываемых при одной и той же температуре, должна подаваться на копер в одинаковых усло­виях. Перед испытанием один образец из партии с заточенным тор­цом устанавливают к фиксатору так, чтобы ось надреза образца и ось ножа маятника совпадали. Ограничитель фиксируется в поло­жении образца, при котором последний после охлаждения в термо­стате встанет в установленное для испытаний положение.

После установки ограничителя на копре эталонный образец и всю сверенную с ним партию (2—10 шт.) помещают в термостат за­точенными торцами в одну сторону, а ограничитель вплотную придвигают к направляющему желобу опоры копра. Хладоагентом в термостате является смесь спирта с жидким азотом или один жидкий азот. В связи с некоторым повышением температуры смеси после закладки образцов в термостат необходимо небольшими пор­циями при непрерывном помешивании доливать жидкий азот, пока температура не достигнет заданной. Отрицательные температуры измеряют платиновым пирометром сопротивления, работающим в паре с электронным мостом. После достижейия температуры термо­стата образец выдерживают 15 мин и затем быстро переносят в направляющий желоб заточенным торцом вперед. С помощью металлического стержня образец выталкивается на опоры до упора задней стенки органичителя в фиксатор, время от извлечения образ­ца из термостата до удара маятника не должно превышать 5 с. Все испытания на ударную вязкость должны проводиться в течение од-го удара маятника.

Сопряжение головки и рабочей части образца должно быть плавным. Допустимое отклонение в величине площади поперечного сечения по всей расчетной длине образца ±0,5%; допустимое бие­ние рабочей части поверхности образцов при проверке в центрах, а также отклонение от номинального диаметра — не более 0,03 мм. При испытаниях должны обеспечиваться постоянство нагрузки в течение всего времени испытания, плавность нагружения и разгружения, надежное центрирование и равномерный нагрев образца до заданной температуры и ее сохранение на протяжении всего испы­тания. Отклонение от заданной нагрузки на образец не должно пре­вышать ±1%.

Контроль температуры образца осуществляется тремя термопа­рами, две из которых прикрепляют к концам рабочей части образца, а третью (регулирующую) — к верхнему захвату машины. В про­цессе испытаний температура непрерывно записывается электрон­ными потенциометрами класса точности 0,5%; кроме того, ежечасно замеряют температуру с помощью переносного потенциометра того же класса точности и не реже одного раза в 15 мин контролируют работу каждой группы машин. Результаты измерений и наблюдений заносят в операционные карты, составляемые на каждый образец, и в операционный журнал. Контрольные термопары систематически проверяются с помощью образцовой термопары II разряда, их за­меняют через каждые 500 ч работы при температурах испытания 500—800 °С; при испытаниях до 850—1000 °С термопары заменяют­ся через каждые 100 ч.

Отклонения от заданной температуры не должны превышать ±3 °С при температуре испытания до 600 и ±4 °С при испытании в диапазоне 600—900 °С. Для лучшей организации работы по изме­рению температуры в ЛКИ должен быть участок КИП. Время испытания, проведенного при температурах с отклонениями более допустимых, исключают из общей продолжительности испытания. При вынужденном перерыве испытания образец необходимо разгру­зить, устранить причину перерыва, снова нагреть до заданной тем­пературы, выдержать при ней и плавно нагрузить. В этом случае результаты испытаний считаются действительными, если суммарная продолжительность их под нагрузкой при заданной температуре не ниже требований НТД. Результаты считаются недействительными при разрыве образца в галтели (за исключением случая, когда про­должительность испытания достигла значений, соответствующих требованиям НТД) и при разрыве образца по дефектам металлур­гического происхождения.

Испытание металла на ползучесть — это разновидность испыта­ний на длительную прочность. Оно служит для определения нара­стания деформации образца во времени при постоянных нагрузке и температуре. Применяют образцы: цилиндрические d0 = 10,/ = 100 и 200 мм с резьбой М16; плоские — шириной 15, /о = 100 мм и тол­щиной, соответствующей толщине листа. Требования к качеству об­разцов, аппаратуре и машинам, порядку проведения испытания на ползучесть и точности измерений температуры в целом аналогичны рассмотренным. Отличие состоит в том, что после нагрева и выдер­жки в течение 1 ч к образцу плавно прилагают нагрузку в размере 10% общей нагрузки и снимают показания для измерения деформа­ции (приборы для измерения деформации должны обеспечивать точность отсчета не менее 0,002 мм). Если температура и деформа­ция остаются в течение 5 мин постоянными, прилагают остальную нагрузку и ступенями — через каждые 5, 10, 15 (чаще — через 60) мин ведут отсчет деформации. Продолжительность, температуру и степень деформации устанавливают НТД. По окончании испытания образец разгружают до величины предварительной нагрузки и опре­деляют абсолютную величину остаточного удлинения.

предназначено для оценки технологической пластичности металла при температурах до 1200 °С (иногда — выше) по двум показателям — числу скручива­ний образца до его разрушения и максимальному крутящему мо­менту, выраженному в ньютонах, умноженных на метр. Применяют­ся цилиндрические образцы do=10 мм и /0 = 40 мм. Головки образца имеют резьбу Ml6. Испытательные машины снабжают потенциометрами, обеспечивающими контроль температуры образца (класс точности — 0,5%), замер крутящего момента и числа скру­чиваний. Во время испытания недопустимо продольное перемещение образца и его биение. Частота вращения активного захвата — не менее 60 об/мин. Обмеренный с точностью до 0,1 мм образец мон­тируют в удлинителях, помещают в нагретую печь, закрепляют в захватах машины и нагревают (прогрев 30, выдержка 10—15 мин). Машину включают после окончания нагрева. По диаграмме на шлейфе потенциометра определяют величину крутящего момента с точностью до 10 Нм и число скручиваний с точностью до 0,5 оборо­та. Для обеспечения правильной работы испытательной машины и надежности результатов по специальной методике для различных марок или групп марок стали строятся тарировочные графики: крутящий момент — в ньютонах, умноженных на метр (он же — в единицах шкалы потенциометра).

Основные требования к условиям проведения этих испытаний изложены в ГОСТ 2860—65. Определяют предел усталости путем воздействия на вращаемый образец одной или двух изгибающих сил, вызывающих в образце напряжения (растяжение, сжатие), изменяющиеся по симметрич­ному циклу. Для испытаний используют машины типа НУ с часто­той вращения образца 3000 об/мин. База испытания — 10 млн. цик­лов. Предел усталости новых марок стали, а также любых сталей, для которых необходимо установить действительный предел вынос­ливости, определяют на шести образцах и более. Для испытания первого образца подсчитывают постоянное напряжение, равное 0,6% предела прочности при растяжении. Для второго и последую­щих образцов напряжение каждый раз повышается или понижается на 20 или 40 МПа в зависимости от числа циклов, разрушивших первый образец. Если первый образец не разрушился, на последую­щих образцах делается прирост напряжения на одну и ту же величину (20 или 40 МПа) до разрыва образца. Разность между напря­жениями для двух последних образцов (разрушившегося и неразрушившегося) не должна превышать 20 МПа. Испытывают образ­цы с do, равными 7,5 и 10 мм, с надрезом или без него (рис. 19), последнее определяется НТД. Размеры образцов проверяют с по­мощью инструментального микроскопа с коническими щупами с точностью 0,01 мм. Конусность цилиндрического образца не должна превышать 0,005 мм, биение в центрах 0,03 мм. Если в процессе испытания машина отключалась, то это испытание считается несостоявшимся. Повторно образец не испытывают.

Испытание на изгиб хрупких материалов проводят с целью опре­деления склонности стали и других материалов к хрупкому разруше­нию. Дисковые образцы диаметром 60 и высотой 10 мм или образцы прямоугольного сечения (10х10х60 мм) испытывают на гидравли­ческой машине (например, типа «Амслер») со шкалами нагрузок 100 или 200 кН. Образцы устанавливаются на две опоры, расстоя­ние между которыми равно 40 мм, и подвергают действию медленно возрастающей нагрузки (~2 мм/мин). Определяют наибольшую нагрузку в момент разрушения образца (Р) и подсчитывают сопро­тивление изгибу по следующим формулам:

где l — расстояние между опорами; В — ширина прямо­угольного образца; h— высота прямоугольного образца; d— диа­метр дискового образца. С помощью прогибомера измеряют стрелу прогиба (точность 0,5 мм), по внешнему виду образцов определяют характер разрушения.

В соответствии с ГОСТ 7268—67 чувствительность стали к механи­ческому старению определяют сравнением ударной вязкости образ­цов стали в исходном состоянии и подвергнутых деформации и последующему нагреву по специальным режимам. Из отобранных по ГОСТ 7564—73 заготовок вырезают две полосы, одна из которых предназначена для деформирования, другая — для изготовления ударных образцов в исходном состоянии. Полосу с нанесенной на нее расчетной длиной 120 или 160 мм деформируют растяжением для получения 10±0,5% остаточного удлинения. Расстояние от за­хватов до расчетной длины должно быть не менее 10 мм. Из дефор­мированной полосы вырезают заготовки для ударных образцов так, чтобы место вырезки не выходило за пределы расчетной длины по­лосы. Форма и размеры ударных образцов соответствуют ГОСТ 9454—78. Готовые деформированные образцы подвергают равномерному нагреву при 250±10 °С с выдержкой 1 ч и охлажде­нию на воздухе. Нормативно-технической документацией на метал­лопродукцию может предусматриваться другой режим старения и количество испытуемых образцов. Если такое указание отсутствует, то испытывают шесть образцов: три — в состоянии поставки метал­ла и три — после старения. Показатель чувствительности опреде­ляют по формуле, %:

где (ан)исх — среднее арифметическое значение ударной вязкости в исходном состоянии; (ан)ст — то же, после старения.

Испытание на изгиб полосовой и другой стали служит для опре­деления способности металла выдерживать заданную пластическую деформацию, характеризуемую изломом изгиба, или для оценки предельной пластичности при изгибе. В соответствии с ГОСТ 14019—80 испытанию на изгиб подвергают ленты полосового, широкополосно­го, листового, сортового фасонного и периодического профилей, прокат из металлов и сплавов, а также поковки и отливки. Места вырезки заготовок для изготовления образцов определяются

ГОСТ 7564—73. При испытании сортовой стали толщиной до 35 мм поперечное сечение образцов должно быть равно поперечному сече­нию проката. При испытании стали более крупных профилей изго­тавливают цилиндрические образцы диаметром 25 мм с сохранени­ем полоски поверхности проката или простроганные с одной сторо­ны образцы толщиной 20 и шириной не менее 30 мм. Качество поверхности образца должно соответстовать классу 4 по ГОСТ 2789—73. Испытание полосовой, широкополосной и листовой стали проводят на плоских образцах. При толщине проката до 30 мм образцы изготавливают с сохранением поверхностных слоев проката. Ширина образцов должна быть не менее двух толщин про­ката. Из проката толщиной более 30 мм изготавливают простроган­ные образцы толщиной 20 и шириной не менее 30 мм также с сохранением на одной стороне поверхности проката, которая при изгибе должна находиться снаружи. Общая длина образца для испытания на изгиб должна составлять 160—170 мм.

изгиб на двух горизонтальных параллельных опорах до заданно­го угла между одной стороной образца и продолжением другой (рис. 20, а);

изгиб на двух горизонтальных параллельных опорах до появле­ния первой трещины, видимой невооруженным глазом (рис. 20, б). Угол измеряют после снятия нагрузки;

изгиб до параллельности сторон, предварительно образец заги­бают на угол не менее 150°, затем устанавливают прокладку и об­разец догибают до соприкоснования с ней (рис. 20, в);

изгиб до соприкосновения сторон образца с образованием петли, предварительный загиб — на угол не менее 150° (рис. 20, г).

Результаты испытаний определяют по НТД. Если специальных указаний нет, годными признаются образцы, не имеющие излома, расслоений, надрывов и трещин, видимых невооруженным глазом.

Перечисленные методы испытаний являются традиционными и наиболее распространенными при определении механических пока­зателей качества металлопродукции [44]. На металлургических и машиностроительных предприятиях применяют также ряд других испытаний, вт. ч. испытание сварных соединений на растяжение и загиб (ГОСТ 6996—66), определение предела прочности огнеупор­ных изделий сжатием (ГОСТ 4071—89), испытание металла на кру­чение (ГОСТ 3565—80), на срез (по отраслевым нормам), сжатие (ГОСТ 1497—84), устойчивость при высоких температурах (ГОСТ 9651—84), твердость (ГОСТ 9012—59, ГОСТ 9013—59, ГОСТ 2999—75). Развитие машиностроения вызвало необходимость разработки новых методов испытания механических свойств по це­лому ряду нетрадиционных характеристик, связанных с оценкой прочности деталей и конструкций, работающих в весьма широком диапазоне температур, деформаций и в агрессивных средах. Методы испытаний в этих и других условиях приводят в НТД и специаль­ных руководствах. Получают распространение комплексные синергетические методы.

Читайте также: