Марковец м п определение механических свойств металлов по твердости

Обновлено: 18.05.2024

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 P_0,2 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 Р_max при разрыве либо найти Р_max (Р_в) 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 σ_в 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 F_K:

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

где l_к, F_к — 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:

Определение твердости материалов

Аюпов Р.Ш., Кузнецов В.Г., Ибляминов Ф.Ф. Измерение твёрдости на приборе ИТ5010

формат pdf
размер 188,67 КБ
добавлен 04 января 2014 г.

Метод. указания к лабораторной работе. — Казань: Казан. Гос. технол. ун-т, 2006. — 12 с. Дано описание устройства и рассмотрены принципы работы твердомера ИТ5010, применяемого в лаборатории микроскопического и термического анализа. Предназначены для студентов механических и технологических специальностей, изучающих дисциплину « Материаловедение». Подготовлены на кафедре технологии конструкционных материалов.Печатаются по решению методической коми.

Волох В.И. Применение портативного прибора для измерения твердости

формат doc
размер 120 КБ
добавлен 26 февраля 2011 г.

Опубликована в журнале "Металлургичекие процессы и оборудование" №3 сентябрь 2009 год. Рассмотрены достоинства и недостатки применения портативного твердомера в производственных условиях. Исследовано изменения твердости материала (сталь 09Г2С)в лабораторных условиях при деформационных растяжениях. Представлены результаты экспериментов по определения зависимости коэрцитивной силы от твердости по разным шкалам(НRC, НВ, НV).

Глазов В.М., Вигдорович В.Н. Микротвердость металлов

формат pdf
размер 17.42 МБ
добавлен 09 декабря 2011 г.

М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии. 1962. 224 с. В книге освещается методика определения микротвердости, применение метода для исследования фазовых диаграмм. Приведено устройство прибора ПМТ-3 , его настройка и погрешности измерения.

Глазов В.М., Вигдорович В.Н. Микротвердость металлов и полупроводников

формат pdf
размер 30.53 МБ
добавлен 25 февраля 2016 г.

Учебник. — 2-е изд., испр. и доп. — Металлургия, 1969. — 248 с. Рассматриваются вопросы применения метода микротвердости для решения задач физико-химического анализа, металловедения и полупроводникового материаловедения. Освещены методики измерения микротвердости, применения метода микротвердости для исследования двойных и тройных диаграмм состояния металлических и полупроводниковых систем, а также использования метода микротвердости для изучения.

Драчев В.В. Методы измерения твердости

формат pdf
размер 159,90 КБ
добавлен 05 февраля 2017 г.

Кемерово: Издательство КузГТУ, 2013. — 16 с. Методические указания к лабораторной работе по дисциплинам: Материаловедение¤ для студентов направлений 150700.62, 151900.62, 190600.62, 190700.62, 220701.62, специальности 13040065; Основы материаловедения¤ для студентов направления 221400.62. Цель работы - Изучение методов измерения твердости. - Приобретение практических навыков измерения твердости различными методами.

Иванько А.А. Твердость

формат djvu
размер 764,58 КБ
добавлен 26 сентября 2012 г.

Киев: Наукова думка, 1968. - 128 с. В настоящем справочнике сделана попытка обобщить имеющиеся в литературе данные по твердости простых веществ и некоторых классов соединений, полученные различными методами, а также произвести предварительную оценку достоверности этих данных. Эта оценка произведена с учетом тех основных закономерностей, которые установлены для изменения твердости при переходе от одного вещества к другому с учетом чистоты объектов.

Изучение механических свойств металлов методом измерения твердости

формат doc
размер 102,90 КБ
добавлен 09 марта 2016 г.

КФ УГАТУ. Прпеодаватель Самоделкин В.П. Лабораторная работа: изучение механических свойств металлов методом измерения твердости Цель работы: Получить навыки работы на приборах Бринелля и Роквелла для измерения твердости. Оценить механические свойства металлов измерением твердости

Колмаков А.Г., Терентьев В.Ф., Бакиров М.Б. Методы измерения твердости

формат pdf
размер 5,13 МБ
добавлен 12 июля 2012 г.

2-е изд., перераб. и доп. - М.: Интермет Инжиниринг, 2005. - 150 с. Изложены наиболее часто используемые на практике стандартизированные методы определения твердости металлических материалов, дана их классификация и описана сущность каждого метода, требования к образцам и особенности проведения испытаний. Даны таблицы примерного взаимного перевода чисел твердости, полученных разными методами, и их соотношение с механическими свойствами для сталей.

Марковец М.П. Определение механических свойств металлов по твердости

формат djvu
размер 2.31 МБ
добавлен 04 ноября 2010 г.

В книге наряду с твердостью по Бринелю приведены новые характеристики твердости, например твердость на пределе пропорциональности и текучести, и рассмотрена теоретическая и экспериментальная связь их с другими механическими характеристиками. Описаны различные приборы для определения новых характеристик твердости. Показано, что испытания на твердость вдавливанием и царапанием могут дать почти такую же информацию о свойствах металлов, что и растяже.

Омельченко Б.Я., Шекунов Е.В., Левандовский С.А., Измерение микротвердости металлов с помощью микротвердомера ПМТ-3М

формат pdf
размер 650.03 КБ
добавлен 30 ноября 2011 г.

Методические указания по выполнению лабораторной работы, Магнитогорск, МГТУ им. Г.И. Носова, 2007, 24 стр. Теоретическая часть Методы измерения твердости металлов и сплавов Сущность метода измерения микротвёрдости Применяемые инденторы Подготовка образцов и особенности проведения испытаний Обозначения Устройство прибора ПМТ-3М Выполнение работы Подготовка прибора и проведение испытания Порядок работы и измерение микротвердости с помощью винтовог.

Прибор для измерения твердости металлов и сплавов по методу Бринелля ТШ-2М

формат djvu
размер 1,72 МБ
добавлен 29 октября 2012 г.

Техническое описание и инструкция по эксплуатации. — Иваново: типография Минэнерго, 1982. — 26 с. Настоящее техническое описание и инструкция по эксплуатации предназначены для ознакомления обслуживающего персонала с принципом действия, монтажом, эксплуатацией и правилами ухода за прибором.

Свирской С.Н., Трубников И.Л., Летовальцев А.О. Определение твердости материалов

формат doc
размер 219.68 КБ
добавлен 25 января 2011 г.

Методическое пособие к лабораторной работе. Издательство: Ростовский государственный университет, 2006 г. Содержание: Твердость как характеристика свойств материала Метод измерения твёрдости вдавливанием шарика (твердость по Бринеллю) Метод измерения твёрдости вдавливанием конуса или шарика (твердость по Роквеллу) Метод измерения твёрдости вдавливанием алмазной пирамиды (твердость по Виккерсу) Метод измерения микротвёрдости

Способ определения твердости материалов с покрытием: А.с. 1642312 СССР

формат pdf
размер 172.47 КБ
добавлен 24 ноября 2011 г.

МКИ G 01 N 3/ 42. / В.Л. Доброскок, В.Ф. Дрожин, А.И. Михайлов, А.М. Гранкин. № 4607994/28; Заявлено 23.11.88; Опубл. 15.04.91, Бюл. № 14. - 2 с. Формула изобретения Способ определения твердости материалов с покрытием, заключающийся в том, что измеряют твердость при разных нагрузках, отбирают характерные значения твердости и по ней определяют твердость покрытия, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности и снижения трудоемкости, в к.

ТК-2М. Прибор для измерения твёрдости металлов по методу Роквелла. Тип ТP

формат pdf
размер 2,40 МБ
добавлен 13 октября 2012 г.

Инструкция по эксплуатации. — Иваново: Ивановский завод испытательных приборов, 1969. — 47 с. Инструкция по эксплуатации предназначена для ознакомления обслуживающего персонала с принципом действия, монтажом, эксплуатацией и правилами ухода за прибором.

Харитонов Л.Г. Определение микротвердости

формат pdf
размер 4.27 МБ
добавлен 11 ноября 2011 г.

1967 г. 47 с. В брошюре описана методика определения микротвердости по Гост 9450-60 , устройство прибора ПМТ-3 , его контроль и настройка. Прибор до сих пор широко используется в научно-исследовательской и производственной практике для определения микротвердости.

Хрущев М.М. (ред). Новое в области испытаний на микротвердость

формат pdf
размер 55.29 МБ
добавлен 16 июля 2016 г.

М.: Наука, 1974. — 271 с. В сборнике представлены материалы 4-го совещания по микротвердости. В статьях отражены современные представления о физических основах испытания на микротвердость (вдавливанием и царапанием); описаны новые конструкции приборов и методы; приведены результаты испытаний при исследовании поверхностных свойств металлических и неметаллических материалов, в том числе кристаллов, полупроводников, полимеров и др. В сборник включен.

ПРИМЕЧАНИЕ:
Отсутствуют страницы с 150 по 166! А именно: Глава 7 пп. с 28 по 33.
Глава
7. Приборы для получения диаграмм твердости по способу статического вдавливания шара в испытуемый металл 150
28. Основные требования, предъявляемые к приборам для получения диаграмм твердости по способу статического вдавливания
шара в испытуемый металл 150
29. Приборы МЭИ-Т1, МЭИ-ТЗ и МЭИ-Т7 для определения H0,2, НВ и построения диаграмм твердости от H0,2, до Hmax по результатам измерения диаметра лунки 151
30. Приборы МЭИТ-6 и МЭИТ-6А для определения Hнц и Е и построения диаграммы твердости в упругой области и в области малых пластических деформации по результатам измерения диаметра или глубины лупки 154
31. Прибор МЭИ-19 с прозрачным индентором для определения Е и sпц и построения диаграммы твердости в упругой области и в области малых пластических деформаций по результатам измерения диаметра лунки 159
32. Прибор МЭИ-Т10 для определения Е и построения диаграмм твердости в упругой и пластической области по результатам измерения глубины лунки 161
33. Прибор МЭИ-Т10А для автоматической записи диаграммы твердости в упругой и пластической области но результатам измерения глубины лунки 162

Богатов А.А. Механические свойства и модели разрушения металлов

формат doc
размер 63.57 МБ
добавлен 27 октября 2009 г.

Учебное пособие для вузов. - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2002. - 329 с Изложены современные представления о механических свойствах металлов и сплавов. Приведены сведения о физической природе прочности, пластичности и разрушении металлов, а также о механике деформируемого тела. Изложена теория механических испытаний и технологических проб, применяемых как для оценки качества продукции, так и для определения технологических характеристик метал.

формат djvu
размер 5.09 МБ
добавлен 17 марта 2011 г.

Гумеров А.Г., Ямалеев К.М. и др. Трещиностойкость металла труб нефтепроводов

формат pdf, txt
размер 9.82 МБ
добавлен 11 августа 2010 г.

М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 2001. - 231 с.: ил. Проанализированы виды разрушений металла труб длительно эксплуатируемых нефтепроводов с учетом изменения структуры, механических свойств и химического состава сталей. Показана отсутствие зависимости трещиностойкости от интегральных механических свойств металла труб нефтепроводов. Приведены закономерности изменения тонкой струкутуры трубных сталей марок 17ГС, 14ХГС и других и на основе этих данных п.

Дель Г.Д. Технологическая механика

формат djvu
размер 1.6 МБ
добавлен 08 июля 2010 г.

М.: Машиностроение, 1978. -174 с.: ил. -(Б-ка расчетчика). Изложены методы исследования устойчивости пластического деформирования, оценки деформируемости металлов при их механической обработке и др. Предназначена для инженеров-конструкторов НИИ, инженеров-технологов, разрабатывающих техпроцессы, студентам при изучении дисциплины "Механика пластической деформации", а также при выполнении курсовых работ. Содержание: Глава 1 - Основы теории пласти.

Дрозд М.С., Матлин М.М., Сидякин Ю.И. Инженерные расчеты упругопластической контактной деформации

формат djvu
размер 4.18 МБ
добавлен 31 декабря 2011 г.

М.: Машиностроение, 1986. – 224 с. Излагаются разработанные авторами инженерные методы расчета геометрических параметров контакта гладких тел произвольной формы и кривизны при наличии упругопластической деформации в зоне контакта. Описывается методика использования расчетных зависимостей для решения инженерных задач, связанных с анализом, интерпретацией и прогнозированием контактной деформации при статическом и ударном силовом взаимодействии дет.

Реферат - Испытания при повышенных температурах. Исследование ползучести и длительной прочности

формат doc
размер 143.79 КБ
добавлен 12 февраля 2010 г.

Исследования механических свойств при высоких температурах Кратковременные испытания при высоких температурах Испытания на ползучесть Испытания на длительную прочность ГОСТ 3248—60 - Методы испытания на ползучесть СФУ, Динамика и прочность машин, 5 курс

Спицын В.И. Электропластическая деформация металлов

формат djvu
размер 3.22 МБ
добавлен 28 января 2011 г.

Терентьев В.Ф., Колмаков А.Г. Механические свойства металлических материалов

формат doc
размер 7.09 МБ
добавлен 13 октября 2011 г.

Учебное пособие.- М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002. - 120 с., ил. Рассмотрены современные представления о процессах пластической деформации и разрушения металлических материалов Даны основные положения теории и практики проведения испытаний и определения основных характеристик механических свойств. В соответствии с государственными стандартами описаны основные методы испытаний в условиях кратковременного статического деформирования: растяж.

Трощенко В.Т. Деформирование и разрушение металлов при многоцикловом нагружении

формат djvu
размер 8.84 МБ
добавлен 14 августа 2010 г.

Киев: Наук, думка, 1981. — 344 с. В монографии рассмотрены основные закономерности усталостного разрушения и неупругого деформирования металлов и их взаимосвязь. Описаны методики исследования неупругости металлов, механизм неупругого деформирования и приведены экспериментальные данные по характеристикам неупругости металлов при различных видах нагружения и температурах. Сформулированы деформационные и энергетические критерии усталостного разрушен.

Трощенко В.Т. Прочность металлов при переменных нагрузках

формат djvu
размер 1.57 МБ
добавлен 29 марта 2010 г.

Киев. Наук. Думка. 1978. 176 с. В монографии изложены современные представления о прочности металлов при переменных нагрузках. Рассмотрены основные вопросы усталости металлов; методы испытаний металлов в условиях переменных нагрузок; закономерности влияния различных конструктивных, эксплуатационных и технологических факторов на характеристики сопротивления усталостному разрушению; рассеяние результатов испытаний на усталость; методы расчета преде.

Технический анализ в металлургии

Альбом содержит электронные микрофотографии изломов конструкционных и специальных сталей производства завода «Красный Октябрь». Альбом является наглядным пособием для изучения причин возникновения дефектов сталеплавильного происхождения, прокатного производства, а также причин пониженных механических свойств металла. Предназначается для работников металловедческих и металлофизических лабораторий предприятий черной металлургии, машиностроения и других отраслей промышленности, занимающихся исследованием качества металла. Может быть полезен студентам учебных институтов.

В брошюре описаны организация работы и оборудование рабочего места для проверки марки стали по искре. Приведены рисунки, показывающие, какая искра получается при проверке сталей разных марок, наиболее распространенных в промышленности.

Брошюра предназначена для рабочих

Изложены методики растровой электронной микроскопии, рентгеновского микроанализа (при использовании различных источников излучения), Оже-электронной спектроскопии. Рассмотрены причины, вызывающие типичные повреждения (дефекты) металлов. Показано внешнее проявление дефектов и описаны различные виды хрупкого и вязкого разрушения в конкретных металлических сплавах. Приведена классификация вязких и хрупких изломов и данные об усталостном разрушении. Книга содержит богатый иллюстративный материал.

Обобщены и систематизированы обширные данные,полученные при электронномикроскопических исследованиях различных сталей и сплавов. В теоретической части изложены методы подготовки реплик и фольг для исследования микроструктуры, неметаллических включений, изломов и защитных покрытий на ПЭМ. Изложены особенности и возможности растровой электронной микроскопии (РЭМ). Даны методические указания по расчёту электронограмм.
Иллюстративный материал включает электронные микрофотографии структуры сталей и сплавов различного класса и назначения (более 50 марок), неметаллических включений, защитных покрытий и микрофрактограммы с изломов литого и деформированного металла после разрушения при различных температурах с расшифровкой фазового состава и указанием свойств.

Работа посвящена электронной микроскопии металлов и сплавов, ее использованию применительно к задачам металловедения. Кратко рассмотрены принципы действия электронных микроскопов, влияние и значение ускоряющего напряжения, требования, предъявляемые к подготовке изучаечых объек тов. Содержатся сведения о различных современных электронномикроскопических методиках , возможностях этих методик, получаемой с их помощью информации.

Обобщены и систематизированы данные о дефектах сталей и некоторых сплавов, выплавляемых различными способами производства. Рассмотрены внутренние дефекты и дефекты поверхности слитков, горячего проката и поковок. Приведены фотографии внешнего вида дефектов, их макро- и микроструктуры, указаны причины образования и меры предупреждения их возникновения. Описаны характерные признаки дефектов, облегчающих их идентификацию.

Обобщены и систематизированы данные о видах изломов, а также характерных дефектах литых и катаных конструкционных сталей. Показано влияние металлургических и технологических факторов на структуру изломов. Представлены современные методы исследования изломов и освещена методика проведения фрактографических исследований.

Изложены методики металлографического анализа металлов и сплавов, а также методики выявления макро и микроструктур материалов и метод их анализа. Описаны способы изготовления шлифов для исследования материала с помощью светового и электронного микроскопов;приведены методики определения неметаллических включений в различных материалах; описана методика определения микротвердости и микроТЭДС; рассмотрена методика количественной металлографии. Приведен справочный материал по применяемым электролитам.

Справочник содержит богатый фактический материал по самым различным вопросам пробоотбора, с которыми сталкиваются аналитики в металлургии и других отраслях промышленности. Проблемы пробоотбора и статистической обработки результатов анализов освещены с современных позиций.
Даны рекомендации по отбору проб руд, концентратов, твердых и жидких металлов. Рассмотрено оборудование для пробоотбора.
Предназначена для инженерно-технических работников, занимающихся анализом материалов в металлургии и других отраслях промышленности.

Определение механических свойств металлов по твердости

Вопрос о физической природе усталости не получил еще окончательного разрешения, что, в частности, согласно работе [59 ] можно объяснить тем, что локальность явлений при усталости превышает локальность применяемых методов исследований. Однако, несмотря на это, общепризнанным является то, что процесс усталости составляется из тех же частично накладывающихся одно на другое состояний (упругое, пластическое и разрушение), что и процесс при однократном нагружении. Кроме того, исследования показывают общность кристаллографических поверхностей и направлений сдвига при однократном и многократном нагружении монокристаллов [2]. Развитие усталостной трещины, так же как и развитие трещины при однократном нагружении, происходит из линий (поверхностей) пластических сдвигов [59]. Таким образом, механизм разрушения при однократном и многократном нагружении в первом приближении можно считать одинаковым. Более низкую прочность при повторном нагружении по сравнению с однократным можно объяснить тем, что при многократном нагружении сдвиги, а следовательно, и пластические деформации сосредотачиваются лишь в отдельных небольших объемах (рис. 71, в) образца, тогда как при однократном нагружении сдвиги распространяются на весь рабочий объем образца (рис. 71, б). В результате этого разрушение при многократном нагружении начинается в пластически продеформированных до предела отдельных небольших объемах образца при наличии большей части образца, которая подверглась нагружению лишь в пределах упругих деформаций. При однократном нагружении разрушение тоже может начаться в отдельных небольших объемах образца, но при условии, когда остальной объем образца претерпел пластическую деформацию, близкую к предельной. Ясно, что при таком механизме разрушения прочность при многократных нагрузках должна быть ниже, чем при однократном нагружении вследствие «индивидуальности» пластической деформации и разрушения при повторном нагружении.

Таким образом, можно считать, что разрушению металла от усталости предшествует накопление местных (локальных) макросдвигов и, следовательно, появление местных пластических деформаций, исчерпание которых приводит к местному разрушению.

Измерения микротвердости в местах разрушения образцов после однократного и многократного нагружения показали близкие значения твердости, что свидетельствует об одинаковых предельных пластических деформациях в месте разрушения при указанных видах нагружения [3].

Многочисленные наблюдения показывают, что разрушение от усталости начинается в местах концентрации деформаций (напряжений), которые могут быть металлургического происхождения (мельчайшие поры, тонкие неметаллические включения и т. д.), технологического (неровности поверхности, зависящие от степени шероховатости при механической обработке) и конструкционного (резкие переходы от одного сечения к другому).

Концентраторы напряжений могут вызывать большие местные напряжения при небольшом среднем напряжении, действующем на образец. Значительные местные напряжения могут привести при первом же нагружении к местной пластической деформации и дальнейшему накоплению деформаций такого вида, вплоть до полного использования запаса пластичности, и последующему местному разрушению, т. е. образованию усталостной трещины.

Таким образом, всякое разрушение от усталости по существу есть разрушение надрезанного образца вследствие израсходования пластичности, что происходит в результате способности металлов использовать запас пластичности малыми дозами при каждом повторном нагружении в местах концентрации напряжений.

На процесс разрушения металла при циклических нагрузках, по-видимому, будут оказывать влияние предел упругости и предельная пластичность. Чем выше предел упругости, тем более высокое напряжение потребуется для возникновения остаточных деформаций в местах концентрации напряжений при первом нагружении; чем выше пластичность, тем большее время потребуется для полного использования запаса пластичности для того, чтобы произошло разрушение. Однако использование запаса пластичности будет зависеть от того, насколько рабочее напряжение выше предела упругости. С увеличением разницы между рабочим напряжением и пределом упругости исчерпание пластичности будет происходить быстрее.

Процесс разрушения в местах концентрации напряжения зависит еще от объема металла, вовлекаемого в пластическую деформацию в этом районе. Чем больший объем металла вовлекается в пластическую деформацию в местах концентрации напряжений, тем большую работу необходимо затратить для того, чтобы разрушить металл в этом месте.

Наши исследования [34] показали, что объем металла, вовлекаемого в пластическую деформацию в местах концентрации напряжений, зависит от равномерной деформации. С повышением ψ_ρ увеличивается объем металла, вовлекаемого в пластическую деформацию в местах концентрации напряжений.

Согласно изложенному процесс усталостного разрушения в металлах можно рассматривать следующим образом.

1. Явление усталости проявляется лишь только в том случае, когда при первом циклическом нагружении металл в отдельных «слабых» небольших объемах выходит за предел упругости.

2. В тех объемах, в которых при первом нагружении напряжения достигают предела упругости, при дальнейшем повторении нагружения постепенно израсходуется запас пластичности и при полном его использовании наступает разрушение.

3. Явление усталости зависит от уровня предела упругости (пропорциональности) а_пд равномерной деформации ψ_ρ, предельной пластичности ψ «слабых» объемов металла и от рабочего напряжения.

Таким образом, на основании изложенного в первом приближении можно считать, что причиной усталости металлов является выход его при первом нагружении за предел упругости в наиболее «слабых» небольших объемах. Если в «слабых» небольших объемах при первом нагружении пластические деформации не возникают, то нет оснований к разрушению материала, так как в этом случае в образце не будут накапливаться пластические деформации; металл при этих условиях не будет подвержен усталости.

Эти соображения подтверждаются результатами испытания черных металлов, для которых характерен при определенных напряжениях выход кривой усталости практически на горизонтальный участок. Высказанные соображения говорят о том, что сопротивление усталости зависит от механических свойств металла, вследствие чего можно считать связь между пределом выносливости и другими механическими характеристиками оправданной.

Было проведено большое число исследований по сопоставлению предела выносливости при симметричном изгибе σ„_χ с другими механическими характеристиками, определяемыми из опытов при однократном нагружении, и предложено большое число формул. Ниже приведена часть этих формул, которые можно разбить на три группы.

Читайте также: