الخواص الميكانيكية للمعادن وطرق تحديدها. اختبار المواد والمفاصل الملحومة اختبار قوة الفولاذ

قانون هوك

كما هو معروف ، تتمتع المعادن والسبائك المختلفة بخصائص ميكانيكية وتكنولوجية مختلفة ، والتي تحدد مسبقًا جودة أجزاء الماكينة ، فضلاً عن إمكانية تشغيل المعادن. يتم الكشف عن خصائص المعدن هذه من خلال الاختبارات المناسبة للتوتر والضغط والانحناء والصلابة ، إلخ.

اختبار الشد.لتحديد قوة معدن الشد ، يتم عمل عينة 1 وتثبيتها في المشابك (أو المقابض) 2 لآلة اختبار الشد. لهذه الأغراض ، غالبًا ما تستخدم الآلات المزودة بنظام نقل طاقة هيدروليكي أو بنظام لولبي.

تخلق قوة الشد F (الشكل 51) إجهادًا في عينة الاختبار وتتسبب في استطالة العينة. عندما يتجاوز الضغط قوة العينة ، سوف ينكسر.

أرز. 51

عادة ما يتم تقديم نتائج الاختبار في شكل رسم بياني. يتم رسم الحمل F على طول محور الإحداثي ، ويتم رسم الاستطالة المطلقة؟ l على طول المحور الإحداثي.

يمكن أن نرى من الرسم التخطيطي أن العينة في البداية تستطيل بما يتناسب مع الحمل. يتوافق القسم المستقيم OA مع التشوهات المرنة القابلة للانعكاس. عند التفريغ ، تفترض العينة أبعادها الأصلية (هذه العملية موصوفة في نفس القسم المستقيم من المنحنى). يتوافق القسم المنحني AC مع التشوهات البلاستيكية التي لا رجعة فيها. أثناء التفريغ (الخط المستقيم المتقطع CB) ، لا تعود العينة إلى أبعادها الأصلية وتحتفظ ببعض التشوه المتبقي.

من النقطة C ، تستطيل العينة دون زيادة الحمل. يسمى القسم الأفقي من مخطط CM بهضبة العائد. يُطلق على الإجهاد الذي يزداد فيه الضغط دون زيادة الحمل قوة الخضوع.

تشير الدراسات إلى أن السيولة مصحوبة بتحولات كبيرة متبادلة للبلورات ، ونتيجة لذلك تظهر خطوط على سطح العينة تميل إلى محور العينة بزاوية 45 درجة. بعد أن خضعت لحالة من السيولة ، تكتسب المادة مرة أخرى القدرة على مقاومة التمدد (يقوى) ، والمخطط الذي يتجاوز النقطة M يرتفع ، على الرغم من أنه أكثر بساطة من ذي قبل. عند النقطة D ، يصل إجهاد العينة إلى قيمته القصوى ، ويظهر تضيق موضعي حاد ، يسمى العنق ، على العينة. تتناقص مساحة المقطع العرضي للرقبة بسرعة ، ونتيجة لذلك ، تنكسر العينة ، وهو ما يتوافق مع موضع النقطة K على الرسم التخطيطي.

F D - الحمل الذي يحدث فيه تدمير العينة الممتدة ، بعد فترة زمنية معينة ، N (kgf) ؛ S هي مساحة المقطع العرضي للعينة في الموضع الأولي ، م 2 (مم 2).

عادةً ، عند اختبار معادن وسبائك مختلفة للتوتر ، يتم تحديد الاستطالة النسبية e - نسبة الزيادة في طول العينة إلى التمزق إلى الطول الأولي للعينة. هل تحددها الصيغة؟ \ u003d؟ لتر / لتر 0 -100 ،

أين: ؟ - التمديد النسبي ؛

L \ u003d l 1 - I 0 - استطالة مطلقة ؛ ل 0 - الطول الأولي للعينة ؛ ل 1 - طول العينة بعد الاختبار. ثبت تجريبياً أن الضغط في المادة أثناء التشوه المرن يزيد بما يتناسب مع الاستطالة النسبية للعينة. هذا الاعتماد يسمى قانون غوك.

للتمدد أحادي الجانب (الطولي) ، قانون هوك له شكل o \ u003d E- ؟،

حيث: o \ u003d F / s - الضغط الطبيعي ؛ F - قوة الشد ؛ ق - منطقة المقطع العرضي ؛

تمديد نسبي

E هي قيمة ثابتة اعتمادًا على مادة القضيب.

ملحوظة. في نظام SI ، وحدة الضغط هي باسكال - الضغط الناجم عن قوة مقدارها 1 نيوتن (N) ، موزعة بشكل موحد على سطح عادي بمساحة 1 م 2.

1 باسكال \ u003d 0.102 10-4 كجم ق / سم 2 ؛

1 باسكال \ u003d 0.102 10-6 كجم ق / مم 2 ؛

1 كجم / سم 2 \ u003d 9.81 10 4 باسكال ؛

1 كجم ق / مم 2 \ u003d 9.81 10 6 باسكال.

نظرًا لحقيقة أن وحدة ضغط باسكال صغيرة جدًا ، فمن الضروري استخدام وحدة أكبر - ميجاباسكال 1 ميجا باسكال = 10 6 باسكال.

تسمح مواصفة الولاية باستخدام وحدة نيوتن لكل مليمتر مربع (N / mm 2). القيم العددية للضغوط ، المعبر عنها بـ N / mm 2 و MPa ، هي نفسها. تعتبر الوحدة N / mm 2 مناسبة أيضًا لأن الأبعاد في الرسومات بالمليمترات.

يسمى عامل التناسب E بمعامل الشد أو معامل يونج. ما المعنى المادي لمعامل المرونة؟ دعونا ننتقل إلى مخطط الشد للعينة (انظر الشكل 51 ، II). يتناسب معامل المرونة الموجود عليها مع ظل زاوية الميل أ إلى محور الإحداثية. هذا يعني أنه كلما كان الخط المستقيم OA أكثر انحدارًا ، كانت المادة أكثر صلابة ، ومقاومة أكبر للتشوه المرن.

لتوصيف المعدن ، من المهم معرفة ليس فقط الاستطالة النسبية ، ولكن أيضًا التضييق النسبي لمنطقة المقطع العرضي ، مما يجعل من الممكن أيضًا تحديد خصائص اللدونة للمادة.

بطبيعة الحال ، عندما يتم شد العينة ، تقل مساحة المقطع العرضي. عند نقطة الانهيار ، ستكون هي الأصغر. يتم تحديد التضييق النسبي بواسطة الصيغة؟ = (S 0 - S 1) / S 0100٪ ،

أين: ؟ - تضييق نسبي

S 0 - منطقة المقطع العرضي للعينة قبل الاختبار ؛ S 1 - منطقة المقطع العرضي للعينة عند نقطة التمزق (في الرقبة).

كلما زاد الاستطالة النسبية والتضييق النسبي للمقطع العرضي للعينة ، زادت المواد البلاستيكية.

بالإضافة إلى الخصائص الثلاث المدروسة للخصائص الميكانيكية للمعادن: مقاومة الشد (o pch) والاستطالة النسبية (e) والتضييق النسبي (؟) ، من الممكن تحديد حد المرونة باستخدام الرسم التخطيطي المسجل على الجهاز (س ص) وقوة الخضوع (س م) ،

اختبار ضغط.لاختبار المعادن من أجل الانضغاط (الشكل 53) ، غالبًا ما تستخدم المكابس التي تتشكل فيها قوة الضغط عن طريق زيادة الضغط الهيدروليكي. عندما يتم ضغط عينة من مادة بلاستيكية ، مثل الفولاذ الطري (الشكل 53 ، I) ، تزداد أبعادها العرضية ، بينما يقل الطول بشكل ملحوظ. في هذه الحالة ، لا يوجد انتهاك لسلامة العينة (الشكل 54). يمكن أن نرى من مخطط الضغط (الشكل 53 ، II) أنه في المرحلة الأولية من التحميل ، يزداد التشوه بما يتناسب مع الحمل ، ثم يزداد التشوه بشكل حاد مع زيادة طفيفة في الحمل ، ثم نمو يتباطأ التشوه تدريجياً بسبب زيادة المقطع العرضي للعينة.

أرز. 52

أرز. 53

يتم إتلاف العينات المصنوعة من المواد الهشة تحت الضغط (الشكل 54 ، III). على سبيل المثال ، قضيب مصنوع من الحديد الزهر ، عند الوصول إلى حمل كسر ، ينقسم إلى أجزاء تتحرك بالنسبة لبعضها البعض على طول منصات مائلة (الشكل 53 ، III).

أرز. 54

بالنسبة للضغط ، فإن قانون هوك قابل للتطبيق بالكامل ، والذي بموجبه تقاوم المواد الضغط بما يتناسب مع القوة المطبقة حتى حد المرونة. معامل الانضغاط لمعظم المواد يساوي معامل الشد. الاستثناءات الوحيدة هي بعض المواد الهشة - الخرسانة والطوب وما إلى ذلك. والتشابه في طبيعة الضغط الانضغاطي مع إجهاد الشد يجعل من الممكن وصف هذه العمليات بنفس المعادلات الرياضية.

اختبار الانحناء. عند اختبار الانحناء ، يتم وضع العينة (الحزمة) مع نهايتها على دعامتين وتحميلها في المنتصف (الشكل 55). يتم الحكم على مقاومة المادة للانحناء من خلال حجم انحراف العينة.

أرز. 55

دعونا الآن نتخيل ألياف طولية خيالية في شعاع. عندما يتشوه الانحناء ، يتم ضغط ألياف منطقة واحدة ، بينما يتم شد المنطقة الأخرى (الشكل 55 ، II).

بين مناطق الضغط والتوتر توجد طبقة محايدة ، لا تتعرض أليافها للتشوه ، أي أن طولها لا يتغير. من التين. يوضح الشكل 55 أنه كلما زاد عدد الألياف الموجودة في الطبقة المحايدة ، زاد التشوه الذي يعانون منه. وبالتالي ، يمكننا أن نستنتج أنه عند الانحناء في المقاطع العرضية للحزمة تحت تأثير القوى الداخلية ، تنشأ ضغوط طبيعية للضغط والشد ، ويعتمد حجمها على موضع النقاط المدروسة في القسم. من المعتاد الإشارة إلى أعلى الضغوط: في منطقة الضغط -؟ ماكس ، في منطقة التمدد -؟ م آه. عند النقاط الموجودة على المحور المحايد ، تكون الضغوط صفرية. تزيد الضغوط العادية التي تنشأ عند نقاط المقطع العرضي ذات الارتفاعات المختلفة بما يتناسب مع المسافة من الطبقة المحايدة ويمكن حسابها بالصيغة؟ = (E z) / p ،

أين: ؟ - ضغوط طبيعية

z هي المسافة من الألياف التي تهمنا إلى الطبقة المحايدة ؛ ه - معامل المرونة. p هو نصف قطر انحناء الطبقة المحايدة.

اختبار القص.عند اختبار القطع (الشكل 56) ، يتم إدخال عينة معدنية 3 ، لها شكل أسطواني ، في فتحة الجهاز ، وهي عبارة عن شوكة 1 وقرص 2. تسحب الآلة القرص من الشوكة ، مثل نتيجة تحرك الجزء الأوسط من العينة بالنسبة إلى أجزائه القصوى. مساحة العمل S (منطقة القطع) تساوي ضعف مساحة المقطع العرضي للعينة ، حيث يحدث القطع في وقت واحد على طائرتين.

أرز. 56

عند القص ، يتم إزاحة جميع نقاط المقاطع القابلة للتشوه ، المقيدة بطائرات القوى العاملة ، بمسافات متساوية ، أي أن المادة في هذه النقاط تتعرض لنفس التشوه. هذا يعني أنه في جميع نقاط القسم سيكون هناك نفس الضغوط الفعالة.

يتم تحديد قيمة الإجهاد عن طريق قسمة الناتج F الناتج عن القوى الداخلية (المستعرضة) على منطقة المقطع العرضي للقضيب S. نظرًا لوجود متجه الإجهاد في مستوى المقطع ، يحدث إجهاد القص فيه ، بواسطة الصيغة r cf = F / 2S ، حيث: r cf هي قيمة الإجهاد المقطوعة ؛

F - القوة الناتجة ؛

S هي منطقة المقطع العرضي للعينة. القص هو كسر ناتج عن قص جزء من المادة بالنسبة إلى آخر ، والذي يحدث تحت تأثير ضغوط القص. بالنسبة لتشوه القص ، يكون قانون هوك ساريًا: في المنطقة المرنة ، تتناسب الضغوط بشكل مباشر مع التشوهات النسبية. معامل التناسب هو قيمة معامل المرونة في القص G. القص النسبي (زاوية القص) يرمز لها y. وهكذا ، فإن قانون هوك لتشوه القص له شكل t = Gg ، حيث: r = F / S - إجهاد القص ؛ F - القوة العرضية ؛ S هي مساحة طبقات القص ؛ ص - زاوية التحول

G هو معامل القص اعتمادًا على مادة الجسم.

اختبار الالتواء.عند اختبار عينات الالتواء ، يتم تثبيت أحد طرفي الأنبوب 2 1 ، ويتم تدوير الطرف الآخر باستخدام الرافعة 3 (الشكل 57). يتميز الالتواء بالدوران المتبادل للمقاطع العرضية للقضيب ، والعمود ، والأنبوب تحت تأثير اللحظات (أزواج القوى) التي تعمل في هذه الأقسام. إذا تم تطبيق المولدات المستقيمة على سطح القضيب قبل تطبيق قوى الالتواء (الشكل 57 ، I) ، فبعد التواء تأخذ هذه المولدات شكل خطوط حلزونية ، ويدور كل مقطع عرضي بزاوية معينة فيما يتعلق بـ المجاورة (انظر الشكل 57 ، 2). هذا يعني أن تشوه القص يحدث في كل قسم وينشأ ضغوط القص. هل درجة إزاحة المادة أثناء الالتواء تحددها زوايا الالتواء؟ وتحول ش. يتم تحديد القيمة المطلقة للالتواء بزاوية الالتواء للقسم المدروس بالنسبة للقسم الثابت. يتم الحصول على أكبر زاوية للالتواء على أكبر مسافة من النهاية الثابتة للقضيب.

أرز. 57

نسبة زاوية الالتواء؟ على طول القسم الأول ، المعرض للالتواء ، يسمى الزاوية النسبية للالتواء Q =؟ / Z ،

حيث: Q - زاوية الالتواء النسبية ؛

زاوية ملتوية

اختبار الصلابة.عند تحديد صلابة المواد في المصنع والمختبر ، يتم استخدام طريقتين: طريقة برينل وطريقة روكويل.

طريقة برينل.تعتمد هذه الطريقة على حقيقة أنه عند قياس صلابة المعادن ، تكون الكرة الفولاذية 1 بقطر 2.5 ؛ يتم ضغط 5 أو 10 مم في سطح عينة الاختبار 2 عند حمل معين 3 من 625 نيوتن إلى 30 كيلو نيوتن (62.5 إلى 3000 كجم). بعد إزالة الحمل ، يتم قياس القطر د من البصمة المتبقية على سطح العينة (الشكل 58) ، وهو أصغر ، كلما كان المعدن أكثر صلابة.

أرز. 58

ملحوظة. يجب أن تكون الكرة الفولاذية مصنوعة من الفولاذ المعالج حرارياً بصلابة لا تقل عن HB850. خشونة السطح R z ليست أقل من المعلمة 0.100 وفقًا لـ GOST 2789-73. يجب أن يكون سطح الكرة خاليًا من العيوب المرئية باستخدام العدسة المكبرة بمعدل 5 أضعاف.

يتم حساب رقم صلابة برينل بالصيغة

د - قطر الكرة ، مم ؛

د - قطر البصمة ، مم.

يتيح الجدول الخاص (GOST 9012-59) تحديد صلابة المعادن الأكثر شيوعًا.

وتجدر الإشارة إلى أن هناك علاقة بين صلابة برينل للصلب HB وقوة الشد الخاصة به لأنماط الكربون التقليدية ، معبرًا عنها بالصيغة o p = 0.36 HB.

لذلك ، بمعرفة صلابة الفولاذ وفقًا لـ Brinell ، من الممكن حساب مقاومة الشد.

هذه الصيغة لها أهمية عملية كبيرة. تحدد طريقة برينل عادة صلابة الفولاذ غير المتصلب والحديد الزهر والمعادن غير الحديدية. يتم قياس صلابة الفولاذ المقوى باستخدام جهاز اختبار Rockwell.

طريقة روكويل.عند قياس صلابة المعادن باستخدام هذه الطريقة ، يتم ضغط طرف من النوع القياسي (مخروط الماس للمعادن الصلبة أو كرة فولاذية للأليونة) في عينة الاختبار تحت تأثير حملين مطبقين بالتتابع: أولي (F 0) 100 N (10 kgf) والنهائي (F 1) 1000 N (100 kgf) - للكرة و 1500 N (150 kgf) - لمخروط الماس.

تحت تأثير التحميل المسبق ، يخترق المخروط المعدن إلى عمق h 0 (الشكل 59 ، I) ؛ عند الإضافة إلى الحمل الرئيسي الأولي ، يزداد عمق البصمة إلى h (الشكل 59 ، II) وبعد إزالة الحمل الرئيسي يظل مساوياً لـ h 1 (الشكل 59 ، III).

أرز. 59

عمق البصمة h = h 1 - h 0 الذي تم الحصول عليه بسبب الحمل الرئيسي F 1 يميز صلابة Rockwell. يتم إجراء اختبارات Rockwell بأدوات خاصة مزودة بمؤشر يوضح رقم الصلابة فور اكتمال الاختبار.

يحتوي المؤشر على مقياسين: أسود (C) للاختبار باستخدام مخروط الماس والأحمر (B) للاختبار باستخدام كرة.

يتم قياس صلابة روكويل بالوحدات التقليدية.

مثال على تعيين صلابة روكويل: HRC50 (صلابة 50 على مقياس C).

تحديد الصلابة مع ملفات معايرة. يمكن تحديد صلابة HRC باستخدام سلسلة من الملفات المعالجة حرارياً لتغيير صلابة القطع. عادةً ما يتراوح الفاصل الزمني للشق من 3 إلى 5 وحدات HRC. تتم معايرة الملفات وفقًا للبلاط المرجعي ، حيث يتم تحديد صلابتها بدقة مسبقًا على الجهاز.

يتم تحديد صلابة الجزء الخاضع للاختبار من خلال ملفين مع حد أدنى من الفاصل الزمني للصلابة ، يمكن أن ينزلق أحدهما فقط فوق الجزء ، والثاني يخدشه قليلاً. إذا خدش ملف به HRC62 المعدن ، ومع HRC59 ينزلق فقط فوق سطح الجزء ، فإن الصلابة هي HRC60-61.

في الممارسة العملية ، تُستخدم هذه الطريقة لتحديد صلابة الأدوات (موسعات الثقوب ، القواطع ، إلخ) ، التي يصعب قياس صلابتها بأي طريقة أخرى.

هناك طرق أخرى لتحديد الصلابة (طريقة فيكرز ، الطرق الكهرومغناطيسية ، إلخ) ، والتي لم يتم تناولها في هذا الكتاب.

الخصائص الميكانيكية للمعادن وطرق تحديدها

مقدمة

تحدد الخواص الميكانيكية قدرة المعادن على مقاومة تأثيرات القوى الخارجية (الأحمال). يعتمدون على التركيب الكيميائي للمعادن وهيكلها وطبيعة المعالجة التكنولوجية وعوامل أخرى. معرفة الخصائص الميكانيكية للمعادن ، يمكن للمرء أن يحكم على سلوك المعدن أثناء المعالجة وأثناء تشغيل الآلات والآليات.

تشمل الخصائص الميكانيكية الرئيسية للمعادن القوة والليونة والصلابة وقوة التأثير.

القوة - قدرة المعدن على عدم الانهيار بفعل القوى الخارجية المطبقة عليه.

اللدونة - قدرة المعدن على تلقي التغيير المتبقي في الشكل والحجم دون إتلاف.

الصلابة - قدرة المعدن على مقاومة الضغط عليه بواسطة جسم آخر أكثر صلابة.

قوة التأثير - درجة مقاومة المعدن للتدمير تحت تأثير التصادم.

يتم تحديد الخصائص الميكانيكية من خلال التنفيذ الاختبار الميكانيكي.

1. اختبار الشد

تحدد هذه الاختبارات خصائص مثل حدود التناسب والمرونة والقوة والليونة للمعادن. بالنسبة لاختبارات الشد ، يتم استخدام عينات مستديرة ومسطحة (الشكل 2.1 ، أ ، ب) ، والتي يتم تحديد شكلها وأبعادها بواسطة المعيار. العينات الأسطوانية التي يبلغ قطرها d 0 = 10 مم ، بطول محسوب l 0 = 10d 0 ، تسمى عادية ، والعينات التي يبلغ طولها l 0 = 5d 0 قصيرة. في اختبار الشد ، يتم شد العينة تحت تأثير الحمل المتزايد تدريجيًا وإخفاقها.

تم تجهيز آلات الشد بجهاز تسجيل ذاتي خاص يقوم تلقائيًا برسم منحنى إجهاد يسمى مخطط التمدد. يعكس مخطط التوتر في الإحداثيات "تحميل P - استطالة؟ l" مناطق ونقاط مميزة تسمح لك بتحديد عدد من خصائص المعادن والسبائك (الشكل 2.1). في المنطقة 0 - Rpc ، يزداد استطالة العينة بالتناسب المباشر مع الزيادة في الحمل. مع زيادة الحمل على R pts ، في القسم R pts - P control ، يتم انتهاك التناسب المباشر ، لكن يظل التشوه مرنًا (قابل للانعكاس). في المنطقة الواقعة فوق النقطة P vpr ، تحدث تشوهات متبقية ملحوظة ، وينحرف منحنى التمدد بشكل كبير عن الخط المستقيم. تحت الحمل P t ، يظهر قسم أفقي من الرسم التخطيطي - منصة الإنتاجية T-T 1 ، والتي يتم ملاحظتها بشكل أساسي في الأجزاء المصنوعة من الفولاذ منخفض الكربون. لا توجد هضبة عائد على منحنيات التوتر للمعادن الهشة. فوق النقطة P t ، يزداد الحمل إلى النقطة A ، المقابلة للحمل الأقصى P in ، وبعد ذلك يبدأ في الانخفاض ، المرتبط بتكوين ترقق محلي للعينة (الرقبة). ثم ينخفض الحمل إلى النقطة B ، حيث يحدث تدمير العينة. مع تشكيل العنق ، يتم تدمير معادن الدكتايل فقط.

أ ، ب - العينات القياسية لاختبار الشد ؛

ج - مخطط الشد لعينة مصنوعة من مادة بلاستيكية

الشكل 2.1 - اختبار الشد

تتيح القوى المقابلة للنقاط الرئيسية في مخطط التوتر تحديد خصائص القوة ، معبراً عنها بالميغاباسكالس ، MPa ، وفقًا للصيغة

حيث y i - الإجهاد ، MPa ؛

P i - النقطة المقابلة لمخطط التوتر ، N ؛

F 0 - مساحة المقطع العرضي للعينة قبل الاختبار ، مم 2.

حد التناسب في جهاز الكمبيوتر هو الحد الأقصى للضغط الذي يتم من خلاله الحفاظ على التناسب المباشر بين الإجهاد والانفعال:

حيث P c - الجهد المقابل لحد التناسب ، N.

التحكم في الحد المرن y هو الضغط الذي تصل عنده التشوهات البلاستيكية أولاً إلى قيمة صغيرة معينة ، تتميز بتسامح معين (عادةً 0.05٪):

حيث P هو الضغط المقابل للحد المرن ، N.

قوة الخضوع المادية y t هي الإجهاد ، الذي يبدأ منه تشوه العينة تقريبًا دون زيادة أخرى في الحمل:

حيث P t هو الضغط المقابل لقوة الخضوع ، N.

إذا لم تكن هناك نقطة إنتاجية على مخطط الشد لمادة معينة ، فعندئذٍ يتم تحديد قوة الخضوع الشرطية y 0.2 - الضغط الذي يسبب تشوه البلاستيك يساوي 0.2٪.

مقاومة الشد (قوة الشد) y in - الإجهاد يساوي نسبة الحمل الأقصى قبل تدمير العينة إلى منطقة المقطع العرضي الأصلية:

حيث P هو الضغط المقابل لمقاومة الشد ، N.

وفقًا لنتائج اختبار الشد ، يتم تحديد خصائص ليونة المعادن.

مؤشرات ليونة المعدن - الاستطالة النسبية والتضييق النسبي - يتم حسابها من نتائج قياسات العينة قبل الاختبار وبعده.

تم العثور على الاستطالة النسبية d كنسبة الزيادة في طول العينة بعد التمزق إلى الطول المقدر الأولي ، معبرًا عنها كنسبة مئوية:

حيث ل ك هو طول العينة بعد التمزق ، مم ؛

ل 0 - الطول المقدر (الأولي) للعينة ، مم.

يتم تحديد التضييق النسبي w من خلال نسبة الانخفاض في مساحة المقطع العرضي للعينة بعد التمزق إلى المنطقة الأولية من المقطع العرضي ، معبرًا عنها كنسبة مئوية:

حيث F 0 هي مساحة المقطع العرضي الأولية للعينة ؛

F إلى - مساحة المقطع العرضي للعينة في موقع التدمير.

2. طرق تحديد الصلابة

الطريقة الأكثر شيوعًا لتحديد صلابة المواد المعدنية هي طريقة المسافة البادئة ، حيث يتم ضغط جسم آخر أكثر صلابة (طرف) في سطح الاختبار تحت تأثير حمل ثابت ثابت. تبقى بصمة على سطح المادة ، ويستخدم حجمها للحكم على صلابة المادة. يميز مؤشر الصلابة مقاومة المادة لتشوه البلاستيك ، كقاعدة عامة ، كبيرة ، مع تطبيق الاتصال المحلي للحمل.

يتم تحديد الصلابة على أجهزة خاصة - أجهزة اختبار الصلابة ، والتي تختلف عن بعضها البعض في الشكل والحجم والمواد الخاصة بالطرف ذي المسافة البادئة ، وحجم الحمل المطبق وطريقة تحديد رقم الصلابة. نظرًا لأنه يتم اختبار الطبقات السطحية للمعدن لقياس الصلابة ، من أجل الحصول على النتيجة الصحيحة ، يجب ألا يكون للسطح المعدني عيوب خارجية (شقوق ، خدوش كبيرة ، إلخ).

قياس صلابة برينل. يكمن جوهر هذه الطريقة في حقيقة أن كرة فولاذية صلبة بقطر 10 أو 5 أو 2.5 مم يتم ضغطها في سطح المعدن الذي تم اختباره ، اعتمادًا على سمك العينة تحت تأثير الحمل ، وهو تم اختيارها اعتمادًا على الصلابة المتوقعة للمادة المختبرة وقطر الحافة وفقًا للصيغ: P = 30D 2 ؛ P \ u003d 10D 2 ؛ P \ u003d 2.5D 2 (الجدول 2.1).

الجدول 2.1 - اختيار قطر الكرة D والحمل P

مادة العينة	صلابة ، kgf / مم 2	سمك العينة ، مم	قطر الكرة د ، مم	P / D2 ، kgf / مم 2	التحمل تحت الحمل ، ق
المعادن الحديدية (الصلب والحديد الزهر)
المعادن السوداء
المعادن الصلبة غير الحديدية (النحاس والبرونز والنحاس)
المعادن غير الحديدية اللينة (القصدير والألمنيوم وما إلى ذلك)

تبقى بصمة على سطح العينة (الشكل 2.2 ، أ) ، يحدد قطرها الصلابة. يتم قياس قطر البصمة بعدسة مكبرة خاصة بأقسام.

يتم حساب الصلابة بواسطة الصيغة

حيث HB - صلابة برينل ، kgf / مم 2 ؛

F هي مساحة البصمة الناتجة ، مم 2 ؛

د - قطر الحافة ، مم ؛

د - قطر البصمة ، مم.

الشكل 2.2 - قياس الصلابة بواسطة طرق برينل (أ) وروكويل (ب) وفيكرز (ج)

في الممارسة العملية ، يستخدمون جداول خاصة تعطي ترجمة لقطر الطباعة إلى رقم صلابة ، يُشار إليه بـ HB. على سبيل المثال: 120 HB ، 350 HB ، إلخ. (H - صلابة ، B - وفقًا لـ Brinell ، 120 ، 350 - رقم الصلابة بالكيلو جرام ق / مم 2 ، والذي يتوافق مع 1200 و 3500 ميجا باسكال).

تُستخدم هذه الطريقة بشكل أساسي لقياس صلابة المعادن والسبائك غير المتصلدة: المنتجات الملفوفة ، والمطروقات ، والمسبوكات ، إلخ.

يمكن استخدام جهاز اختبار صلابة برينل إذا كانت صلابة المادة لا تتجاوز 450 كجم / مم 2. وبخلاف ذلك ، ستتشوه الكرة ، مما يؤدي إلى حدوث أخطاء في القياس. بالإضافة إلى ذلك ، فإن جهاز اختبار صلابة برينل غير مناسب لاختبار طبقات السطح الرقيقة وعينات المقاطع الرقيقة.

قياس صلابة روكويل. يتم إجراء القياس عن طريق الضغط على كرة فولاذية بقطر 1.588 مم أو مخروط ماسي بزاوية قمة تبلغ 120 درجة في المعدن الذي تم اختباره (انظر الشكل 2.2 ، ب). على عكس طريقة برينل ، لا يتم تحديد صلابة روكويل بقطر المسافة البادئة ، ولكن بعمق المسافة البادئة للطرف.

يتم تنفيذ المسافة البادئة تحت تأثير حملين مطبقين على التوالي - أولية أم متساوية؟ 100 N ، والحمل النهائي (الإجمالي) يساوي 1400 و 500 و 900 N. يتم تحديد الصلابة من خلال الاختلاف في أعماق المسافة البادئة للمطبوعات. تتطلب المواد الصلبة (مثل الفولاذ المقوى) حمولة 1500 نيوتن ، وتستخدم المسافة البادئة الكروية الفولاذية بحمل 1000 نيوتن لتحديد صلابة الفولاذ غير المقوى والبرونز والنحاس وغيرها من المواد اللينة. يتم قياس عمق المسافة البادئة تلقائيًا ، ويتم حساب الصلابة بعد القياس على ثلاثة مستويات: A ، B ، C (الجدول 2.2).

الجدول 2.2 - نصائح وأحمال للمقاييس أ ، ب ، ج

يشار إلى الصلابة (رقم الصلابة) وفقًا لـ Rockwell على النحو التالي: 90 HRA ، 80 HRB ، 55 HRC (H - صلابة ، P - Rockwell ، A ، B ، C - مقياس الصلابة ، 90 ، 80 ، 55 - رقم الصلابة في الوحدات التقليدية ).

يتم استخدام تحديد صلابة روكويل على نطاق واسع ، حيث أنه يجعل من الممكن اختبار المعادن اللينة والصلبة دون قياسات إضافية ؛ حجم المطبوعات صغير جدًا ، لذا يمكنك اختبار الأجزاء النهائية دون إتلافها.

قياس صلابة فيكرز. تسمح لك هذه الطريقة بقياس صلابة كل من المعادن والسبائك اللينة والصلبة للغاية. إنها مناسبة لاختبار صلابة الطبقات السطحية الرقيقة جدًا (حتى 0.3 مم). في هذه الحالة ، يتم ضغط هرم ماسي رباعي السطوح بزاوية قمته 136 o في عينة الاختبار (انظر الشكل 2.2 ، ج). في مثل هذه الاختبارات ، يتم استخدام الأحمال من 50 إلى 1200 نيوتن. يتم قياس المسافة البادئة على طول قطرها ، وفحص المسافة البادئة تحت المجهر المتضمن في اختبار الصلابة. تم العثور على رقم صلابة فيكرز ، والمشار إليه بـ HV ، من خلال الصيغة

د هو طول بصمة قطري ، مم.

في الممارسة العملية ، تم العثور على رقم الصلابة HV وفقًا لجداول خاصة.

3. تحديد قوة التأثير

يتم تحديد قوة التأثير على جهاز اختبار تأثير البندول الخاص (الشكل 2.3). للاختبار ، يتم استخدام عينة قياسية محززة ، مثبتة على دعامات لب جوز الهند. يتم رفع البندول بكتلة معينة إلى ارتفاع معين H وثابت ، ثم يسقط البندول المنطلق من المزلاج ويدمر العينة ويرتفع مرة أخرى إلى ارتفاع معين h. يتم تطبيق الضربة على جانب العينة المقابل للشق. للاختبار ، يتم استخدام عينات موشورية مع قطع من أنواع مختلفة: على شكل حرف U ، على شكل V ، على شكل حرف T (شق مع كسر التعب).

أ - مخطط الاختبار ؛ ب - عينات للفحص.

الشكل 2.3 - اختبار التأثير

يتم تقدير قوة تأثير CS (J / cm 2) من خلال العمل الذي ينفقه البندول على تدمير عينة قياسية محزومة ، تتعلق بقسم العينة عند الفتحة:

حيث A هو العمل الذي تم إنفاقه على تدمير العينة (يحدده الاختلاف في طاقات البندول قبل وبعد التأثير: A 0 - A 1) ، J ؛

F - مساحة المقطع العرضي للعينة عند الشق ، سم 2.

اعتمادًا على نوع الشق في العينة ، يتم الإشارة إلى قوة التأثير بواسطة KCU و KCV و KCT (الحرف الثالث هو نوع الشق).

اختبار خصائص المعادن ميكانيكي

المؤلفات

1. Tushinsky، L.I. طرق بحث المواد / L.I. توشينسكي ، أ.ف. بلوخوف ، أ. توكاريف ، ف. سيندييف. - م: مير ، 2004. - 380 ص.

2. Lakhtin، Yu.M. علم المواد / Yu.M. لختين. - م: علم المعادن ، 1993. - 448 ص.

3. فيتيسوف ، جي بي. علم المواد وتكنولوجيا المعادن / G.P. فيتيسوف ، إم جي. كاربمان وآخرون - م: المدرسة العليا ، 2001. - 622 ص.

4. Evstratova، I.I. علم المواد / I.I. Evstratova وآخرون - روستوف أون دون: فينيكس ، 2006. - 268 ص.

5. ماركوفا ، ن. سبائك الحديد والكربون / N.N. ماركوف. - النسر: OrelGTU، 2006. - 96 ص.

6. إلينا ، إل في. المواد المستخدمة في الهندسة الميكانيكية: الدليل المرجعي / L.V. إيلينا ، ل. كورديوموف. - النسر: OrelGTU ، 2007.

وثائق مماثلة

تحديد الخواص الميكانيكية للمواد الإنشائية عن طريق اختبارها في حالة الشد. طرق دراسة جودة المعادن والسبائك وهيكلها وخواصها وتحديد صلابتها. المعالجة الحرارية لسبائك الألومنيوم المطاوع.

البرنامج التعليمي ، تمت إضافة 01/29/2011

جوهر الاختبار الثابت للمواد. طرق القيام بها. تنفيذ اختبارات الشد والالتواء والانحناء وأهميتها في الممارسة الهندسية. قياس صلابة المواد وفقًا لطريقة فيكرز ، وفقًا لطريقة برينل ، بطريقة روكويل.

الملخص ، تمت الإضافة في 12/13/2013

طريقة تقدير الصلابة وفقًا لـ Brennel و Rockwell و Vickers. مخطط اختبار الصلابة بطرق مختلفة. مدة تعرض العينة تحت الحمل. الطرق الرئيسية لإدخال نصائح قياسية على سطح المعدن الذي تم اختباره.

العمل المخبري ، تمت إضافة 01/12/2010

طرق تحديد الصلابة وقياس المسافة البادئة ، مخططات الاختبار بطرق مختلفة. مقاومة مادة لاختراق أجسام صلبة. حسابات تحديد الصلابة تحويل صلابة برينل إلى صلابة راكويل ، فيكرز.

العمل المخبري ، تمت إضافة 01/12/2010

تحليل سلوك المادة أثناء اختبار الشد للمادة وقبل الفشل. الخصائص الميكانيكية الرئيسية للتناسب ، والسيولة ، والاستطالة ، والقوة ، والمرونة ، واللدونة للمواد المستخدمة في صناعة المعادن.

العمل المخبري ، تمت إضافة 01/12/2010

مفهوم الصلابة. طريقة تسنن طرف صلب. قياس صلابة برينل وفيكرز وروكويل. قياس الصلادة الدقيقة. إجراءات اختيار المعدات. إجراء اختبارات الصلابة الميكانيكية لتحديد خصائص الأنابيب.

ورقة مصطلح ، تمت الإضافة 06/15/2013

مراجعة المعلومات النظرية حول دراسة طبيعة تصلب المعدن وفقًا لمخطط الشد. مخطط لتحديد الصلابة وفقًا لـ Brinell و Rockwell. حساب المعلمات الرئيسية لمؤشر digamma ، تحليل التبعيات الرسومية.

ورقة مصطلح ، تمت إضافة 2014/04/04

مفهوم العزل وأنواعه وأسباب حدوثه وطرق القضاء عليه. جوهر وطريقة قياس قوة تأثير الخواص الميكانيكية للمعدن. كربنة الفولاذ: جوهر العملية والهيكل والخصائص والتطبيقات. التيتانيوم وسبائكه.

الاختبار ، تمت إضافة 06/26/2013

الخواص الميكانيكية للمعادن ، الطرق الأساسية لتحديدها. السمات التكنولوجية لنترة الفولاذ. أمثلة على أجزاء الماكينة والآليات المعرضة للنترة. الخصائص الفيزيائية والكيميائية لبنزين السيارات. ماركات الشحوم.

الاختبار ، تمت إضافة 09/25/2013

خصائص المعادن والسبائك. مقاومة التآكل ، مقاومة البرودة ، مقاومة الحرارة ، مقاومة الاحتكاك. الخواص الميكانيكية للمعادن. عينة مخطط الشد. اختبار التأثير. المعنى المادي للمرونة. أنواع التآكل والقوة الهيكلية.

استخدم المعادن فيها الحياة اليوميةبدأت في بداية التنمية البشرية. النحاس هو ممثلهم الأول. إنه متوفر في الطبيعة ومعالج بشكل مثالي. أثناء الحفريات الأثرية ، غالبًا ما يتم العثور على الأدوات المنزلية والمنتجات المختلفة المصنوعة منها.

في عملية التطور ، تعلم الإنسان الجمع بين المعادن المختلفة ، وإنتاج سبائك ذات قوة أكبر. تم استخدامهم في صنع الأدوات ، ثم استخدموا لاحقًا في صنع الأسلحة. تستمر التجارب في عصرنا ، حيث يتم إنشاء سبائك ذات قوة معينة من المعادن ، ومناسبة لبناء الهياكل الحديثة.

أنواع الأحمال

تشمل الخواص الميكانيكية للمعادن والسبائك تلك القادرة على مقاومة تأثير القوى الخارجية أو الأحمال عليها. يمكن أن تكون شديدة التنوع وتتميز بتأثيرها:

ثابتة ، والتي تزداد ببطء من الصفر إلى الحد الأقصى ، ثم تظل ثابتة أو تتغير قليلاً ؛
ديناميكي - تنشأ نتيجة التأثير وتتصرف لفترة قصيرة.

أنواع التشوه

التشوه هو تعديل لتكوين الجسم الصلب تحت تأثير الأحمال المطبقة عليه (القوى الخارجية). تعتبر التشوهات التي تعود بعدها المادة إلى شكلها السابق وتحتفظ بأبعادها الأصلية مرنة ، وإلا (تغير الشكل ، تطول المادة) - بلاستيك أو بقايا. هناك عدة أنواع من التشوه:

ضغط. يتناقص حجم الجسم نتيجة تأثير قوى الضغط عليه. يحدث هذا التشوه من خلال أسس الغلايات والآلات.
تمتد. يزداد طول الجسم عند تطبيق قوى على نهاياته ، ويتزامن اتجاهه مع محوره. الكابلات وأحزمة القيادة مشدودة.
التحول أو القطع. في هذه الحالة ، يتم توجيه القوى تجاه بعضها البعض ، وفي ظل ظروف معينة ، يحدث قطع. ومن الأمثلة المسامير وربط البراغي.
التواء. يعمل زوج من القوى الموجهة بشكل معاكس على جسم مثبت في أحد طرفيه (أعمدة المحركات والأدوات الآلية).
يلوي. تغير في انحناء الجسم تحت تأثير القوى الخارجية. مثل هذا الإجراء هو نموذجي للحزم ، وأذرع الرافعات ، وقضبان السكك الحديدية.

تحديد قوة المعدن

تعتبر القوة من المتطلبات الرئيسية التي يتم فرضها على المعدن المستخدم في إنتاج الهياكل والأجزاء المعدنية. لتحديد ذلك ، يتم أخذ عينة معدنية وشدها على آلة اختبار. يصبح المعيار أرق ، تقل مساحة المقطع العرضي بزيادة متزامنة في طوله. في لحظة معينة ، تبدأ العينة بالتمدد في مكان واحد فقط ، وتشكل "رقبة". وبعد فترة توجد فجوة في منطقة أنحف مكان. هذه هي الطريقة التي تتصرف بها معادن الدكتايل بشكل استثنائي وهشة: يتمدد الفولاذ الصلب والحديد الزهر قليلاً ولا يشكلان رقبة.

يتم تحديد الحمل على العينة بواسطة جهاز خاص يسمى مقياس القوة ، وهو مدمج في آلة الاختبار. لحساب السمة الرئيسية للمعدن ، والتي تسمى مقاومة الشد للمادة ، من الضروري تقسيم الحمل الأقصى الذي تتحمله العينة قبل التمزق على قيمة منطقة المقطع العرضي قبل التمدد. هذه القيمة ضرورية للمصمم من أجل تحديد أبعاد الجزء المصنّع ، وللتقني لتعيين أوضاع المعالجة.

اقوى المعادن في العالم

تشمل المعادن عالية القوة ما يلي:

التيتانيوم. لها الخصائص التالية:
- قوة محددة عالية
- مقاومة درجات الحرارة المرتفعة ؛
- كثافة قليلة؛
- مقاومة التآكل
- المقاومة الميكانيكية والكيميائية.

يستخدم التيتانيوم في الطب والصناعة العسكرية وبناء السفن والطيران.

أورانوس. المعدن الأكثر شهرة ودائمًا في العالم ، هو مادة مشعة ضعيفة. يحدث في الطبيعة في شكل نقي وفي مركبات. إنه ينتمي إلى معادن ثقيلة ومرنة وقابلة للطرق وقابلة للدهن نسبيًا. تستخدم على نطاق واسع في مناطق التصنيع.
التنغستن. يُظهر حساب قوة المعدن أنه المعدن الأكثر متانة وصهرًا وغير القابل للهجوم الكيميائي. إنه مزور جيدًا ، ويمكن سحبه في خيط رفيع. تستخدم للفتيل.
الرينيوم. صهر ، ذو كثافة وصلابة عالية. متين للغاية ، لا يخضع لتغيرات درجة الحرارة. يجد التطبيق في الإلكترونيات والهندسة.
الأوزميوم. معدن صلب ، حراري ، مقاوم للتلف الميكانيكي والبيئات العدوانية. تستخدم في الطب ، وتستخدم في تكنولوجيا الصواريخ والمعدات الإلكترونية.
إيريديوم. في الطبيعة ، نادرًا ما يوجد في شكل حر ، وغالبًا في مركبات تحتوي على الأوزميوم. إنها آلية سيئة ، لديها مقاومة عالية للمواد الكيميائية والقوة. السبائك المعدنية: تستخدم التيتانيوم والكروم والتنغستن في صناعة المجوهرات.
البريليوم. معدن شديد السمية ذو كثافة نسبية ولونه رمادي فاتح. تجد تطبيقات في علم المعادن الحديدية وهندسة الطاقة النووية والليزر وهندسة الطيران. لها صلابة عالية وتستخدم لسبائك السبائك.
الكروم. معدن شديد الصلابة ذو قوة عالية ، لونه أبيض-أزرق ، مقاوم للقلويات والأحماض. تسمح قوة المعدن والسبائك باستخدامها لتصنيع المعدات الطبية والكيميائية ، وكذلك في أدوات قطع المعادن.

التنتالوم. المعدن فضي اللون ، وله صلابة عالية ، وقوة ، ولديه مقاومة للحرارة ومقاومة للتآكل ، وهو مطيل ، وسهل المعالجة. يجد التطبيق في إنشاء المفاعلات النووية ، في علم المعادن والصناعات الكيماوية.
روثينيوم. يمتلك قوة عالية ، وصلابة ، حرارية ، مقاومة كيميائية. مصنوعة من جهات الاتصال والأقطاب الكهربائية ونصائح حادة.

كيف يتم تحديد خصائص المعادن؟

لاختبار قوة المعادن ، يتم استخدام الطرق الكيميائية والفيزيائية والتكنولوجية. تحدد الصلابة كيفية مقاومة المواد للتشوه. المعدن المقاوم لديه قوة أكبر والأجزاء المصنوعة منه تبلى بشكل أقل. لتحديد الصلابة ، يتم ضغط كرة أو مخروط ماسي أو هرم في المعدن. يتم تحديد قيمة الصلابة من خلال قطر البصمة أو عمق المسافة البادئة للكائن. المعدن الأقوى أقل تشوهًا ، وسيكون عمق البصمة أقل.

لكن عينات الشد يتم اختبارها على آلات الشد بحمل يزداد تدريجياً أثناء الشد. قد يحتوي المعيار على دائرة أو مربع في المقطع العرضي. لاختبار المعدن لتحمل أحمال التصادم ، يتم إجراء اختبارات التأثير. يتم إجراء شق في منتصف عينة مصنوعة خصيصًا ويوضع مقابل جهاز الإيقاع. يجب أن يحدث الدمار حيث تكون نقطة الضعف. عند اختبار المعادن من أجل القوة ، يتم فحص بنية المادة بواسطة الأشعة السينية والموجات فوق الصوتية واستخدام المجاهر القوية ، كما يتم استخدام الحفر الكيميائي.

التكنولوجي يشمل أكثر وجهات نظر بسيطةاختبارات الإتلاف ، اللدونة ، الكير ، اللحام. يجعل اختبار البثق من الممكن تحديد ما إذا كانت مادة الصفيحة قابلة للتشكل على البارد. باستخدام كرة ، يتم ضغط ثقب في المعدن حتى يظهر الشق الأول. سيحدد عمق الحفرة قبل ظهور الكسر ليونة المادة. يتيح اختبار الانحناء تحديد قدرة مادة الصفيحة على القبول الشكل المطلوب. يستخدم هذا الاختبار لتقييم جودة اللحامات في اللحام. لتقييم جودة السلك ، يتم استخدام اختبار kink. يتم اختبار الأنابيب للتسطيح والانحناء.

الخواص الميكانيكية للمعادن والسبائك

يشمل المعدن ما يلي:

قوة. إنه يكمن في قدرة المادة على مقاومة الدمار تحت تأثير القوى الخارجية. يعتمد نوع القوة على كيفية عمل القوى الخارجية. وهي مقسمة إلى: ضغط ، توتر ، التواء ، انحناء ، زحف ، تعب.
بلاستيك. هذه هي قدرة المعادن وسبائكها على تغيير شكلها تحت تأثير الحمل دون أن تتلف ، والاحتفاظ بها بعد انتهاء التأثير. يتم تحديد ليونة المادة المعدنية عند شدها. كلما حدث المزيد من الاستطالة ، مع تقليل المقطع العرضي ، كلما زادت مرونة المعدن. تتم معالجة المواد ذات ليونة جيدة بشكل مثالي عن طريق الضغط: الكير ، الضغط. تتميز اللدونة بقيمتين: الانكماش النسبي والاستطالة.
صلابة. تكمن جودة المعدن في قدرته على مقاومة اختراق جسم غريب فيه ، والذي يتمتع بصلابة أكبر ، وعدم تلقي التشوهات المتبقية. مقاومة التآكل والقوة هي الخصائص الرئيسية للمعادن والسبائك ، والتي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالصلابة. تُستخدم المواد ذات هذه الخصائص لتصنيع الأدوات المستخدمة في معالجة المعادن: القواطع ، والملفات ، والمثاقب ، والصنابير. في كثير من الأحيان ، تحدد صلابة المادة مقاومة التآكل. لذا فإن الفولاذ الصلب يبلى أثناء التشغيل بدرجة أقل من الأنواع الأكثر ليونة.
قوة التأثير. خصوصية السبائك والمعادن لمقاومة تأثير الأحمال المصحوبة بالتأثير. هذا هو واحد من الميزات الهامةالمواد التي تصنع منها الأجزاء التي تتعرض للتحميل بالصدمات أثناء تشغيل الماكينة: محاور العجلات ، أعمدة الكرنك.
إعياء. هذه هي حالة المعدن الذي يتعرض لضغط مستمر. يحدث إجهاد المادة المعدنية تدريجياً وقد يؤدي إلى إتلاف المنتج. تسمى قدرة المعادن على مقاومة الكسر من التعب التحمل. تعتمد هذه الخاصية على طبيعة السبيكة أو المعدن وحالة السطح وطبيعة المعالجة وظروف العمل.

فصول القوة وتسمياتها

قدمت الوثائق التنظيمية المتعلقة بالخصائص الميكانيكية للمثبتات مفهوم فئة القوة المعدنية وأنشأت نظام التعيين. يشار إلى كل فئة قوة برقمين ، يتم وضع نقطة بينهما. الرقم الأول يعني قوة الشد ، مخفضة بمقدار 100 مرة. على سبيل المثال ، فئة القوة 5.6 تعني أن قوة الشد ستكون 500. يتم زيادة الرقم الثاني بمقدار 10 مرات - هذه هي النسبة إلى قوة الشد ، معبرًا عنها كنسبة مئوية (500x0.6 \ u003d 300) ، أي 30٪ هو الحد الأدنى من مقاومة الخضوع لمقاومة الشد للتمدد. يتم تصنيف جميع المنتجات المستخدمة في السحابات وفقًا للاستخدام المقصود والشكل والمواد المستخدمة وفئة القوة والطلاء. حسب الاستخدام المقصود فهي:

مشترك. يتم استخدامها للآلات الزراعية.
أثاث. يتم استخدامها في البناء وإنتاج الأثاث.
طريق. وهي متصلة بالهياكل المعدنية.
هندسة. يتم استخدامها في صناعة بناء الآلات وصنع الأدوات.

تعتمد الخواص الميكانيكية للمثبتات على الفولاذ الذي صنعت منه وجودة المعالجة.

قوة محددة

تتميز القوة المحددة للمادة (الصيغة أدناه) بنسبة قوة الشد إلى كثافة المعدن. توضح هذه القيمة قوة الهيكل لوزن معين. إنها ذات أهمية قصوى للصناعات مثل الطائرات والصواريخ والمركبات الفضائية.

من حيث القوة المحددة ، تعتبر سبائك التيتانيوم هي الأقوى بين جميع المواد التقنية المستخدمة. ضعف القوة المحددة للمعادن المتعلقة بسبائك الفولاذ. لا تتآكل في الهواء ، في البيئات الحمضية والقلوية ، ولا تخاف من مياه البحر ولديها مقاومة جيدة للحرارة. في درجات الحرارة العالية ، تكون قوتها أعلى من تلك الموجودة في السبائك التي تحتوي على المغنيسيوم والألمنيوم. بسبب هذه الخصائص ، يتزايد استخدامها كمواد هيكلية باستمرار ويستخدم على نطاق واسع في الهندسة الميكانيكية. عيب سبائك التيتانيومتكمن في انخفاض قدرتها على الماكينة. يتعلق الأمر بالجسدية و الخواص الكيميائيةهيكل المواد والسبائك الخاصة.

أعلاه هو جدول القوة المحددة للمعادن.

استخدام اللدونة وقوة المعادن

جدا خصائص مهمةالمعدن ليونة وقوة. هذه الخصائص تعتمد بشكل مباشر على بعضها البعض. لا تسمح للمعدن بتغيير شكله ومنع التدمير العياني عند تعرضه لقوى خارجية وداخلية.

يتم تدمير المعادن ذات الليونة العالية ، تحت تأثير الحمل ، تدريجيًا. في البداية ، لديهم منحنى ، وعندها فقط يبدأ في الانهيار تدريجياً. يتغير شكل معادن الدكتايل بسهولة ، لذلك يتم استخدامها على نطاق واسع لتصنيع هياكل السيارات. تعتمد قوة وليونة المعادن على كيفية توجيه القوى المطبقة عليها وفي أي اتجاه تم تنفيذ التدحرج أثناء تصنيع المادة. ثبت أنه أثناء التدحرج ، تستطيل البلورات المعدنية في اتجاهها أكثر من الاتجاه العرضي. بالنسبة للصفائح الفولاذية ، تكون القوة والمرونة أكبر بكثير في اتجاه الدرفلة. في الاتجاه العرضي ، تنخفض القوة بنسبة 30٪ ، واللدونة بنسبة 50٪ ؛ وهذه الأرقام أقل في سماكة الصفيحة. على سبيل المثال ، يمكن تفسير ظهور كسر على لوح فولاذي أثناء اللحام بالتوازي مع محور اللحام واتجاه الدرفلة. وفقًا لدونة المادة وقوتها ، يتم تحديد إمكانية استخدامها لتصنيع أجزاء مختلفة من الآلات والهياكل والأدوات والأجهزة.

المقاومة المعيارية والتصميمية للمعدن

تعتبر المقاومة المعيارية واحدة من العوامل الرئيسية التي تميز مقاومة المعادن لتأثيرات القوة. تم ضبطه وفقًا لمعايير التصميم. يتم الحصول على مقاومة التصميم بقسمة المعيار على عامل الأمان المناسب لهذه المادة. في بعض الحالات ، يؤخذ أيضًا في الاعتبار معامل ظروف تشغيل الهياكل. في الحسابات ذات الأهمية العملية ، يتم استخدام المقاومة المحسوبة للمعدن بشكل أساسي.

طرق زيادة قوة المعدن

هناك عدة طرق لزيادة قوة المعادن والسبائك:

إنشاء سبائك ومعادن ذات هيكل خالٍ من العيوب. هناك تطورات في صناعة الشعيرات (الشعيرات) أعلى بعشرات المرات من قوة المعادن العادية.
الحصول على التصلب الحجمي والسطحي صناعيا. عندما تتم معالجة المعدن بالضغط (التشكيل ، السحب ، الدرفلة ، الضغط) ، يتشكل تصلب الحجم ، ويؤدي التخريش والتقطيع إلى تصلب السطح.
الخلق باستخدام عناصر من الجدول الدوري.
تنقية المعدن من الشوائب الموجودة فيه. نتيجة لذلك ، تم تحسين خصائصه الميكانيكية ، وتقليل انتشار الشقوق بشكل كبير.
إزالة الخشونة من سطح الأجزاء.

سبائك التيتانيوم ، التي يتجاوز جاذبيتها الألومنيوم بحوالي 70٪ ، أقوى 4 مرات ، وبالتالي ، من حيث القوة المحددة ، فإن السبائك المحتوية على التيتانيوم أكثر ربحية لاستخدامها في بناء الطائرات.
تتجاوز العديد من سبائك الألومنيوم القوة المحددة للفولاذ المحتوي على الكربون. سبائك الألومنيوم لديها ليونة عالية ، مقاومة للتآكل ، يتم معالجتها بشكل ممتاز عن طريق الضغط والقطع.
تتمتع المواد البلاستيكية بقوة محددة أعلى من المعادن. ولكن نظرًا للصلابة غير الكافية والقوة الميكانيكية والشيخوخة وزيادة الهشاشة وانخفاض المقاومة للحرارة ، فإن استخدام الأقمشة والجيتناك محدود ، خاصة في الهياكل كبيرة الحجم.
لقد ثبت أنه من حيث مقاومة التآكل والقوة المحددة ، فإن المعادن الحديدية وغير الحديدية والعديد من سبائكها أدنى من البلاستيك المقوى بالزجاج.

تعتبر الخصائص الميكانيكية للمعادن أهم عامل في استخدامها في الاحتياجات العملية. عند تصميم نوع من الهيكل أو جزء أو آلة واختيار مادة ، تأكد من مراعاة جميع الخصائص الميكانيكية التي تمتلكها.

الاختبار الميكانيكي للمعادن. القوة ، تحديد قوة المعدن.

يتم تحديد اختيار المعدن لتصنيع أجزاء وهياكل الماكينة حسب متطلبات التصميم والتشغيل والتكنولوجية والاقتصادية.

يجب أن يتمتع المعدن بالقوة اللازمة ، والقدرة على التشوه ، وتلبية ظروف التشغيل (مقاومة التآكل ، والتوصيل الحراري والكهربائي ، وما إلى ذلك) وبأقل تكلفة.

القوة هي المطلب الرئيسي لأي معدن يستخدم في تصنيع أجزاء الماكينة والهياكل المعدنية.

القوة هي قدرة المادة على تحمل الأحمال الخارجية دون الانهيار. مقياس القوة هو الحمل الذي يمكن أن يتحمله كل مليمتر مربع (أو سنتيمتر) من جزء الجزء.

يتم تحديد قوة المعدن عن طريق مد عينات ذات شكل وحجم معين على آلة الاختبار. عند التمدد ، تقل مساحة المقطع العرضي للعينة ، وتصبح العينة أرق ويزداد طولها. في مرحلة ما ، يتوقف شد العينة بطولها بالكامل ويحدث فقط في مكان واحد ، يتم تشكيل ما يسمى بالرقبة. بعد مرور بعض الوقت ، تنكسر العينة في موقع تشكيل "العنق".

تستمر عملية الشد بهذه الطريقة فقط بالنسبة للمواد اللزجة ، وبالنسبة للمواد الهشة (الفولاذ الصلب والحديد الزهر) ، تنكسر العينة باستطالة طفيفة وبدون تكوين "رقبة".

عند قسمة الحد الأقصى للحمل الذي صمدت العينة قبل التمزق (يتم قياس الحمل بجهاز خاص - مقياس قوة مدرج في تصميم آلة الاختبار) ، على مساحة المقطع العرضي قبل التمدد ، فإن السمة الرئيسية للمعدن هي تم الحصول عليها ، تسمى قوة الشد (σ in).

يحتاج المصمم إلى معرفة قوة الشد لكل معدن لتحديد أبعاد الجزء ، والتقني - لتعيين أوضاع المعالجة.

في درجات الحرارة المرتفعة ، يتم إجراء اختبارات الشد قصيرة المدى على آلات الاختبار التقليدية ، فقط فرن (عادة ما يكون دثرًا كهربائيًا) مدمج في الجهاز لتسخين العينة. يتم تثبيت الفرن على إطار الماكينة بحيث يتزامن محور الغطاء مع محور الماكينة. توضع العينة المراد اختبارها داخل الفرن. للتسخين المنتظم ، يجب أن يكون الفرن أطول بمقدار 2-4 مرات من العينة ، وبالتالي فإن تثبيته مباشرة في مقابض الماكينة أمر مستحيل. يتم تثبيت العينة في تمديدات فولاذية خاصة مقاومة للحرارة ، والتي بدورها متصلة بقبضة الآلة.

للحصول على نتائج مستقرة ، يجب حفظ العينة في درجة حرارة الاختبار لمدة 30 دقيقة. تتأثر قيمة مقاومة الشد للمعدن المسخن بشكل كبير بمعدل الشد: فكلما زادت السرعة ، زادت قيمة قوة الشد. لذلك ، من أجل التقييم الصحيح لمقاومة الفولاذ للحرارة ، يجب أن تكون مدة اختبار الشد من 15 إلى 20 دقيقة.

القوة هي قدرة المعدن على مقاومة التدمير تحت تأثير الأحمال الخارجية. يتم تحديد قيمة المعدن كمادة هندسية ، إلى جانب الخصائص الأخرى ، من خلال القوة.

تشير قيمة القوة إلى مقدار القوة اللازمة للتغلب على الرابطة الداخلية بين الجزيئات.

يتم إجراء اختبار مقاومة الشد للمعادن على آلات خاصة ذات سعات مختلفة. تتكون هذه الآلات من آلية تحميل تولد قوة وتمدد عينة الاختبار وتشير إلى مقدار القوة المطبقة على العينة. الآليات هي عمل ميكانيكي وهيدروليكي.

قوة الآلات مختلفة وتصل إلى 50 طنًا. يوضح الشكل 7 ، أ جهاز الآلة ، الذي يتكون من إطار 2 ومشابك 4 ، حيث تم إصلاح عينات الاختبار 3.

يكون المشبك العلوي ثابتًا بلا حراك في الإطار ، ويخفض المشبك السفلي ببطء أثناء الاختبار بمساعدة آلية خاصة ، مما يؤدي إلى شد العينة.

أرز. 7. اختبار الشد للمعادن:

أ - جهاز لاختبار معادن التوتر ؛ ب- عينات اختبار الشد: الأول - الدائري ، الثاني - المسطح

يمكن تحديد الحمولة المنقولة أثناء الاختبار على العينة من خلال موضع سهم الجهاز على مقياس القياس 1.

يجب دائمًا اختبار العينات في ظل نفس الظروف حتى يمكن مقارنة النتائج. لذلك ، تحدد المعايير ذات الصلة أحجامًا معينة من عينات الاختبار.

العينات القياسية لاختبار الشد هي عينات من المقاطع المستديرة والمسطحة ، كما هو موضح في الشكل. 7 ب.

تُستخدم العينات المسطحة عند اختبار الألواح ، ومواد الشريط ، وما إلى ذلك ، وإذا كان المظهر الجانبي المعدني يسمح بذلك ، يتم عمل عينات مستديرة.

القوة المطلقة (ب) هي أكبر إجهاد يمكن أن تتعرض له المادة قبل تدميرها ؛ تساوي قوة الشد للمعدن نسبة الحمل الأقصى عند اختبار عينة التمزق إلى منطقة المقطع العرضي الأولية للعينة ، أي

σ ب = P b / F 0 ،

حيث R b - أعلى حمولة تسبق تمزق العينة ، kgf ؛

F 0 - مساحة المقطع العرضي الأولي للعينة ، مم 2.

من أجل التشغيل الآمن للآلات والهياكل ، من الضروري ألا تتجاوز الضغوط في المادة أثناء التشغيل حد التناسب المحدد ، أي أعلى إجهاد لا تحدث فيه التشوهات.

مقاومة الشد لبعض المعادن في اختبار الشد ، kgf / مم 2:

الرصاص 1.8

الألومنيوم 8