Lakások beszerzése 

Fémek mechanikai tulajdonságai és meghatározásuk módszerei. Anyagok és hegesztett kötések vizsgálata Acél szilárdsági vizsgálata

Hooke törvénye

Mint ismeretes, a különböző fémek és ötvözetek eltérő mechanikai és technológiai tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek előre meghatározzák a gépalkatrészek minőségét, valamint a fém megmunkálhatóságát. A fémnek ezeket a tulajdonságait megfelelő feszültség-, nyomó-, hajlítás-, keménységi- stb. tesztek tárják fel.

Szakítópróba. A szakítófém szilárdságának meghatározásához egy 1. mintát készítünk, amelyet a szakítógép 2 bilincseibe (vagy markolataiba) helyezünk. Erre a célra leggyakrabban hidraulikus erőátviteli rendszerrel vagy csavaros rendszerrel rendelkező gépeket használnak.

Az F húzóerő (51. ábra) feszültséget hoz létre a próbatestben, és megnyúlik. Ha a feszültség meghaladja a minta erejét, az eltörik.

Rizs. 51

A teszt eredményeit általában diagram formájában mutatják be. Az F terhelést az abszcissza tengely mentén, az abszolút nyúlást?l az ordináta tengely mentén ábrázoljuk.

A diagramból látható, hogy eleinte a minta a terhelés arányában megnyúlik. Az OA egyenes szakasz reverzibilis, rugalmas alakváltozásoknak felel meg. Kirakodáskor a minta felveszi eredeti méreteit (ezt a folyamatot a görbe ugyanazon egyenes szakasza írja le). Az AC ívelt szakasz visszafordíthatatlan képlékeny alakváltozásoknak felel meg. A tehermentesítés során (CB szaggatott egyenes vonal) a minta nem tér vissza eredeti méreteihez, és megtart némi maradó alakváltozást.

A C ponttól kezdve a próbatest megnyúlik a terhelés növelése nélkül. A CM diagram vízszintes szakaszát hozamplatónak nevezzük. Azt a feszültséget, amelynél az alakváltozás a terhelés növelése nélkül nő, folyáshatárnak nevezzük.

A vizsgálatok azt mutatják, hogy a fluiditás a kristályok jelentős kölcsönös eltolódásával jár együtt, aminek következtében a minta felületén vonalak jelennek meg, amelyek a minta tengelyéhez képest 45°-os szöget zárnak be. A folyékonyság állapotán átesett anyag ismét képes ellenállni a nyújtásnak (megerősödik), és az M ponton túli diagram felfelé emelkedik, bár sokkal finomabban, mint korábban. A D pontban a mintafeszültség eléri maximális értékét, és a mintán éles lokális szűkület, ún. nyak jelenik meg. A nyak keresztmetszete gyorsan csökken, és ennek eredményeként a minta eltörik, ami megfelel a diagram K pontjának.

F D - terhelés, amelynél egy bizonyos idő elteltével a megnyújtott minta megsemmisül, N (kgf); S a minta keresztmetszete a kiindulási helyzetben, m 2 (mm 2).

Általában a különböző fémek és ötvözetek feszültségvizsgálatakor a relatív e nyúlást határozzák meg - a minta hosszának a szakadásig való növekedésének és a minta kezdeti hosszának arányát. A képlet határozza meg? \u003d?l / l 0 -100,

ahol: ? - relatív kiterjedés;

L \u003d l 1 - I 0 - abszolút nyúlás; l 0 - a minta kezdeti hossza; l 1 - minta hossza a tesztelés után. Kísérletileg megállapítottam, hogy a rugalmas alakváltozás során az anyagban fellépő feszültség a minta relatív nyúlásával arányosan növekszik. Ezt a függőséget Guk törvényének nevezik.

Az egyoldalú (hosszirányú) nyújtáshoz a Hooke-törvény alakja o \u003d E-?,

ahol: o \u003d F / s - normál feszültség; F - húzóerő; s - keresztmetszeti terület;

Relatív kiterjesztése;

E egy állandó érték a rúd anyagától függően.

Jegyzet. Az SI rendszerben a feszültség mértékegysége Pascal - az 1 newton (N) erő által okozott feszültség, amely egyenletesen oszlik el a rá merőleges, 1 m 2 területű felületen.

1 Pa \u003d 0,102 10 -4 kgf / cm 2;

1 Pa \u003d 0,102 10 -6 kgf / mm 2;

1 kgf / cm 2 \u003d 9,81 10 4 Pa;

1 kgf / mm 2 \u003d 9,81 10 6 Pa.

Tekintettel arra, hogy a feszültség Pascal mértékegysége nagyon kicsi, nagyobb mértékegységet kell használni - megapascal 1 MPa = 10 6 Pa.

Az állami szabvány lehetővé teszi a newton per négyzetmilliméter (N / mm 2) mértékegységének használatát. A feszültségek számértékei N / mm 2 -ben és MPa-ban kifejezve megegyeznek. Az N / mm 2 egység azért is kényelmes, mert a rajzokon a méretek milliméterben vannak megadva.

Az E arányossági tényezőt szakítómodulusnak vagy Young-modulusnak nevezzük. Mi a rugalmassági modulus fizikai jelentése? Térjünk rá a minta szakítódiagramjára (lásd 51. ábra, II). A rajta lévő rugalmassági modulus arányos az a dőlésszögnek az abszcissza tengelyéhez viszonyított érintőjével. Ez azt jelenti, hogy minél meredekebb az OA egyenes, annál merevebb az anyag, és annál nagyobb ellenállást fejt ki a rugalmas alakváltozással szemben.

Egy fém jellemzéséhez nem csak a relatív nyúlást, hanem a keresztmetszeti terület relatív szűkülését is fontos ismerni, ami az anyag plaszticitásának jellemzését is lehetővé teszi.

Természetesen a minta nyújtásakor a keresztmetszeti terület csökken. A töréspontban ez lesz a legkisebb. A relatív szűkülést a képlet határozza meg? = (S 0 - S 1) / S 0 100%,

ahol: ? - relatív szűkület;

S 0 - a minta keresztmetszete a vizsgálat előtt; S 1 - a minta keresztmetszete a szakadási pontban (a nyakban).

Minél nagyobb a minta keresztmetszetének relatív nyúlása és relatív szűkítése, annál plasztikusabb az anyag.

A fémek mechanikai tulajdonságainak három figyelembe vett jellemzője: szakítószilárdság (o pch), relatív nyúlás (e) és relatív szűkület (?) mellett a gépen rögzített diagram segítségével meghatározható a rugalmassági határ. (o y) és a folyáshatár (o m),

Kompressziós teszt. A fémek összenyomhatóságának vizsgálatára (53. ábra) leggyakrabban olyan préseket használnak, amelyekben a nyomóerőt a hidraulikus nyomás növelésével alakítják ki. Ha egy műanyag mintát, például lágyacélt (53. ábra, I) összenyomnak, annak keresztirányú méretei megnőnek, míg a hossza jelentősen csökken. Ebben az esetben nem sérti a minta integritását (54. ábra). A kompressziós diagramból (53. ábra, II.) látható, hogy a terhelés kezdeti szakaszában a terhelés arányában az alakváltozás növekszik, majd enyhe terhelésnövekedéssel meredeken növekszik az alakváltozás, majd a terhelés növekedésével a deformáció növekszik. a deformáció fokozatosan lelassul a minta keresztmetszetének növekedése miatt.


Rizs. 52


Rizs. 53

A rideg anyagokból készült mintákat tömörítés hatására megsemmisítjük (54. ábra, III). Például egy öntöttvas rúd a törési terhelés elérésekor részekre törik, amelyek ferde platformok mentén egymáshoz képest mozognak (53. ábra, III).

Rizs. 54

Az összenyomódásnál teljes mértékben érvényesül a Hooke-törvény, amely szerint az anyagok az alkalmazott erő arányában ellenállnak a nyomásnak a rugalmassági határig. A legtöbb anyag nyomómodulusa megegyezik a húzási modulussal. Az egyetlen kivétel néhány rideg anyag - beton, tégla stb. A nyomófeszültség természetében a húzófeszültséggel való analógia lehetővé teszi, hogy ezeket a folyamatokat ugyanazokkal a matematikai egyenletekkel írjuk le.

Hajlítási teszt. Hajlítási vizsgálatkor a mintát (gerenda) a végeivel két támasztékra fektetjük, és középen megterheljük (55. ábra). Az anyag hajlítással szembeni ellenállását a minta elhajlásának nagysága alapján ítéljük meg.


Rizs. 55

Képzeljünk el most képzeletbeli hosszanti szálakat egy gerendában. Hajlításkor az egyik zóna rostjai összenyomódnak, míg a másik megnyúlik (55. ábra, II).

A kompressziós és feszítési zónák között egy semleges réteg van, amelynek szálai nem deformálódnak, azaz hosszuk nem változik. ábrából Az 55. ábra azt mutatja, hogy minél több szál helyezkedik el a semleges rétegből, annál nagyobb deformációt tapasztalnak. Így arra a következtetésre juthatunk, hogy a gerenda keresztmetszetein belső erők hatására történő hajlításkor normál nyomó- és húzófeszültségek lépnek fel, amelyek nagysága a metszetben figyelembe vett pontok helyzetétől függ. A legnagyobb igénybevételeket szokás jelölni: a nyomózónában - ? max , a nyújtási zónában - ? m ah. A semleges tengelyen elhelyezkedő pontokban a feszültségek nullák. A különböző magasságú keresztmetszet pontjain fellépő normál feszültségek a semleges rétegtől való távolság arányában nőnek és a képlettel számíthatók? = (E z) / p,

ahol: ? - normál igénybevételek;

z a számunkra érdekes szál és a semleges réteg távolsága; E - rugalmassági modulus; p a semleges réteg görbületi sugara.

Nyírási teszt. A vágás vizsgálatakor (56. ábra) egy hengeres 3 fémmintát helyezünk a készülék furatába, amely egy villa 1 és tárcsa 2. A gép kihúzza a tárcsát a villából, ahogy melynek eredményeként a minta középső része elmozdul a szélső részeihez képest. Az S munkaterület (vágási terület) megegyezik a minta keresztmetszeti területének kétszeresével, mivel a vágás egyidejűleg két síkban történik.

Rizs. 56

Nyíráskor a ható erők síkjai által határolt deformálható szakaszok minden pontja egyenlő távolságra eltolódik, vagyis ezeken a pontokon az anyag azonos deformációt szenved el. Ez azt jelenti, hogy a szakasz minden pontján ugyanazok a hatásos feszültségek lesznek.

A feszültségértéket úgy határozzuk meg, hogy a belső (keresztirányú) erők eredő F értékét elosztjuk az S rúd keresztmetszeti területével. Mivel a feszültségvektor a metszetsíkban helyezkedik el, nyírófeszültség lép fel benne, meghatározva. az r cf = F / 2S képlettel, ahol: r cf a feszültségérték-vágás;

F - eredő erő;

S a minta keresztmetszete. A nyírás az anyag egyik részének a másikhoz viszonyított nyírásából eredő törés, amely nyírófeszültség hatására következik be. A nyírási alakváltozásra a Hooke-törvény érvényes: a rugalmas zónában a feszültségek egyenesen arányosak a relatív alakváltozásokkal. Az arányossági együttható a rugalmassági modulusz értéke G nyírásban. A relatív nyírást (nyírási szöget) y-val jelöljük. Így a nyírási alakváltozásra vonatkozó Hooke-törvény alakja t = Gg, ahol: r = F/S - nyírófeszültség; F - érintőleges erő; S a nyírórétegek területe; y - eltolási szög;

G a nyírási modulus a test anyagától függően.

Torziós teszt. A minták torziós vizsgálatakor a 2 cső egyik végét rögzítjük 1, a másikat a 3 karral elforgatjuk (57. ábra). A torziót a rúd, tengely, cső keresztmetszeteinek kölcsönös elforgatása jellemzi az ezekben a szakaszokban ható nyomatékok (erőpárok) hatására. Ha a torziós erők alkalmazása előtt egyenes vonalú generatricákat alkalmazunk a rúd felületén (57. ábra, I), akkor ezek a generátorok csavarás után csavarvonalak formáját öltik, és mindegyik keresztmetszet egy bizonyos szögben elfordul a rúdhoz képest. szomszédos (lásd 57. ábra, II) . Ez azt jelenti, hogy minden szakaszban nyírási deformáció lép fel, és nyírófeszültségek lépnek fel. A csavarás során az anyag elmozdulásának mértékét a csavarodási szögek határozzák meg? és válts u. A torzió abszolút értékét a vizsgált szakasznak a rögzített szakaszhoz viszonyított csavarodási szöge határozza meg. A legnagyobb csavarási szög a rúd rögzített végétől a legnagyobb távolságban érhető el.


Rizs. 57

Torziós szög arány? a csavarodásnak kitett I szakasz hosszához relatív csavarodási szögnek nevezzük Q = ? /Z,

ahol: Q - relatív csavarodási szög;

csavarási szög;

Keménységi teszt. Az anyagok keménységének gyári és laboratóriumi gyakorlatban történő meghatározásakor két módszert alkalmaznak: a Brinell-módszert és a Rockwell-módszert.

Brinell módszer. Ez a módszer azon a tényen alapul, hogy a fémek keménységének mérésekor egy acélgolyót 1, amelynek átmérője 2,5; 5 vagy 10 mm-t nyomunk a 2. próbatest felületébe adott 3 terhelés mellett 625 N és 30 kN között (62,5 és 3000 kgf között). A terhelés eltávolítása után megmérjük a minta felületén maradó lenyomat d átmérőjét (58. ábra), amely minél kisebb, annál keményebb a fém.

Rizs. 58

Jegyzet. Az acélgolyónak hőkezelt acélból kell készülnie, amelynek keménysége legalább HB850. Az R z felületi érdesség nem kisebb, mint a GOST 2789-73 szerinti 0,100 paraméter. A labda felületének 5x-es nagyításnál nagyítóval látható hibáktól mentesnek kell lennie.

A Brinell keménységi számot a képlet alapján számítjuk ki

D - golyó átmérője, mm;

d - lenyomat átmérője, mm.

Egy speciális táblázat (GOST 9012-59) lehetővé teszi a leggyakoribb fémek keménységének meghatározását.

Meg kell jegyezni, hogy összefüggés van a HB acél Brinell-keménysége és szakítószilárdsága o p között a hagyományos szénstílusok esetében, az o p = 0,36 HB képlettel kifejezve.

Ezért az acél Brinell szerinti keménységének ismeretében ki lehet számítani a szakítószilárdságot.

Ennek a képletnek nagy gyakorlati jelentősége van. A Brinell-módszer általában nem edzett acélok, öntöttvas és színesfémek keménységét határozza meg. Az edzett acélok keménységét Rockwell teszterrel mérjük.

Rockwell módszer. A fémek keménységének ezzel a módszerrel történő mérésekor egy szabvány típusú hegyet (keményfémeknél gyémánt kúpot, lágyabbaknál acélgolyót) nyomnak a vizsgált mintába két egymást követő terhelés hatására: előzetes (F 0) 100 N (10 kgf) és végső (F 1) 1000 N (100 kgf) - a labdához és 1500 N (150 kgf) - a gyémánt kúphoz.

Előfeszítés hatására a kúp h 0 mélységig behatol a fémbe (59. ábra, I); az előzetes főterheléshez hozzáadva a lenyomat mélysége h-ra nő (59. ábra, II), és a főterhelés eltávolítása után h 1 marad (59. ábra, III).


Rizs. 59

Az F 1 főterhelés hatására kapott h = h 1 - h 0 lenyomatmélység jellemzi a Rockwell-keménységet. A Rockwell teszteket speciális műszerekkel végzik, amelyek olyan indikátorral vannak felszerelve, amely közvetlenül a teszt befejezése után mutatja a keménységi számot.

A mutatónak két skálája van: fekete (C) a gyémánt kúppal és piros (B) a labdával történő teszteléshez.

A Rockwell-keménységet tetszőleges mértékegységekben mérik.

Példa a Rockwell-keménység megjelölésére: HRC50 (keménység 50 a C skálán).

Keménység meghatározása kalibrált reszelőkkel. A HRC keménysége különböző vágási keménységig hőkezelt reszelősorozat segítségével határozható meg. A bevágási intervallum általában 3 és 5 HRC egység között van. A fájlok kalibrálása referencialapok szerint történik, amelyek keménységét előre pontosan meghatározzák a készüléken.

A vizsgált alkatrész keménységét két minimális keménységi intervallumú reszelő határozza meg, amelyek közül az egyik csak az alkatrészen tud átcsúszni, a másik pedig kissé megkarcolja. Ha egy HRC62-es reszelő megkarcolja a fémet, HRC59-nél pedig csak az alkatrész felületén csúszik át, akkor a keménység HRC60-61.

A gyakorlatban ezzel a módszerrel olyan szerszámok (dörzsár, maró stb.) keménységét határozzák meg, amelyek keménysége más módon nehezen mérhető.

Vannak más módszerek is a keménység meghatározására (Vickers-módszer, elektromágneses módszerek stb.), amelyeket ebben a könyvben nem veszünk figyelembe.


FÉMEK MECHANIKAI TULAJDONSÁGAI ÉS MEGHATÁROZÁSUK MÓDSZEREI

Bevezetés

A mechanikai tulajdonságok határozzák meg a fémek külső erők (terhelések) hatásának ellenálló képességét. Ezek a fémek kémiai összetételétől, szerkezetüktől, a technológiai feldolgozás természetétől és egyéb tényezőktől függenek. A fémek mechanikai tulajdonságainak ismeretében megítélhető a fém viselkedése a feldolgozás során, valamint a gépek, mechanizmusok működése során.

A fémek fő mechanikai tulajdonságai közé tartozik a szilárdság, a hajlékonyság, a keménység és az ütési szilárdság.

Szilárdság - a fém azon képessége, hogy ne omoljon össze a rá ható külső erők hatására.

Plaszticitás - a fém azon képessége, hogy roncsolás nélkül megkapja a maradék alak- és méretváltozást.

Keménység - a fém azon képessége, hogy ellenálljon annak, hogy egy másik, szilárdabb test belenyomja.

Ütőszilárdság - a fém ütésállóságának mértéke ütési terhelés hatására.

A mechanikai tulajdonságokat végrehajtással határozzuk meg mechanikai vizsgálat.

1. Szakítóvizsgálat

Ezek a vizsgálatok olyan jellemzőket határoznak meg, mint a fémek arányossági, rugalmassági, szilárdsági és hajlékonysági határai. A szakítóvizsgálatokhoz kerek és lapos mintákat használnak (2.1. ábra, a, b), amelyek alakját és méreteit a szabvány határozza meg. A d 0 = 10 mm átmérőjű, l 0 = 10d 0 számított hosszúságú hengeres mintákat normálnak, az l 0 = 5d 0 hosszúságú mintákat rövidnek nevezzük. A szakítóvizsgálat során a mintát fokozatosan növekvő terhelés hatására megnyújtják és tönkreteszik.

A húzógépek speciális önrögzítő berendezéssel vannak felszerelve, amely automatikusan megrajzolja a nyúlási diagramnak nevezett alakváltozási görbét. A "terhelés P - nyúlás? l" koordinátákban lévő feszültségdiagram olyan jellemző területeket és pontokat tükröz, amelyek lehetővé teszik a fémek és ötvözetek számos tulajdonságának meghatározását (2.1. ábra). A 0 - Rpc területen a minta nyúlása egyenes arányban növekszik a terhelés növekedésével. Az R pts feletti terhelés növekedésével az R pts - P szabályozás szakaszban az egyenes arányosság sérül, de az alakváltozás rugalmas (reverzibilis) marad. A P vpr pont feletti területen észrevehető maradó alakváltozások lépnek fel, a nyújtási görbe jelentősen eltér az egyenestől. P t terhelés alatt megjelenik a diagram vízszintes szakasza - a T-T 1 hozamplatform, amely főleg alacsony szén-dioxid-kibocsátású acélból készült alkatrészeken figyelhető meg. A törékeny fémek feszültséggörbéjén nincs hozamplató. A P t pont felett a terhelés az A pontig növekszik, ami megfelel a P in maximális terhelésnek, majd esni kezd, a minta (nyak) lokális elvékonyodásával összefüggésben. Ekkor a terhelés a B pontba esik, ahol a minta megsemmisülése következik be. A nyak kialakulásával csak a képlékeny fémek pusztulnak el.

a, b - szabványos próbatestek szakítóvizsgálathoz;

c - műanyagból készült minta szakítódiagramja

2.1 ábra – Szakítóvizsgálat

A feszítési diagram fő pontjainak megfelelő erők lehetővé teszik a szilárdsági jellemzők meghatározását megapascalban, MPa-ban a képlet szerint.

ahol y i - feszültség, MPa;

P i - a feszültségdiagram megfelelő pontja, N;

F 0 - a minta keresztmetszete a vizsgálat előtt, mm 2.

Az arányosság határa pc-nél az a maximális feszültség, ameddig a feszültség és az alakváltozás közötti egyenes arányosság megmarad:

ahol P c - az arányossági határnak megfelelő feszültség, N.

Az y upr rugalmassági határ az a feszültség, amelynél a képlékeny alakváltozások először érnek el egy bizonyos kis értéket, amelyet bizonyos tűrés (általában 0,05%) jellemez:

ahol P szabályozás a rugalmassági határnak megfelelő feszültség, N.

Az y t fizikai folyáshatár az a feszültség, amelyből kiindulva szinte a terhelés további növekedése nélkül megy végbe a minta deformációja:

ahol P t a folyáshatárnak megfelelő feszültség, N.

Ha egy adott anyag szakítódiagramján nincs folyáshatár, akkor a feltételes y 0,2 folyáshatárt határozzuk meg - a képlékeny alakváltozást okozó feszültséget 0,2%-kal.

Szakítószilárdság (szakítószilárdság) y in - feszültség egyenlő a minta tönkretételét megelőző maximális terhelés és az eredeti keresztmetszeti terület arányával:

ahol P in a szakítószilárdságnak megfelelő feszültség, N.

A szakítóvizsgálat eredményei alapján meghatározzuk a fémek hajlékonysági jellemzőit.

A fémek plaszticitási mutatóit - relatív nyúlást és relatív szűkülést - a vizsgálat előtti és utáni mintamérések eredményeiből számítják ki.

A d relatív nyúlás a minta szakadás utáni hosszának és a kezdeti becsült hosszának százalékában kifejezett aránya:

ahol l k a minta hossza szakadás után, mm;

l 0 - becsült (kezdeti) mintahossz, mm.

A w relatív szűkületet a minta szakadás utáni keresztmetszeti területének csökkenésének aránya a keresztmetszet kezdeti területéhez viszonyítva határozza meg, százalékban kifejezve:

ahol F 0 a minta kezdeti keresztmetszete;

F - a minta keresztmetszeti területe a megsemmisítés helyén.

2. A keménység meghatározásának módszerei

A fémes anyagok keménységének meghatározására a legelterjedtebb módszer a benyomódás, melynek során állandó statikus terhelés hatására egy másik, szilárdabb testet (csúcsot) nyomnak a vizsgálati felületbe. Az anyag felületén lenyomat marad, melynek mérete alapján ítéljük meg az anyag keménységét. A keménységi index az anyag plasztikus deformációval szembeni ellenállását jellemzi, általában nagy, a terhelés helyi érintkezésével.

A keménységet speciális eszközökön - keménységmérőkön - határozzák meg, amelyek a bemélyedés alakjában, méretében és anyagában, az alkalmazott terhelés nagyságában és a keménységi szám meghatározásának módszerében különböznek egymástól. Mivel a fém felületi rétegeit a keménység mérésére tesztelik, a megfelelő eredmény elérése érdekében a fém felületén nem lehetnek külső hibák (repedések, nagy karcolások stb.).

Brinell keménységmérés. Ennek a módszernek a lényege abban rejlik, hogy a vizsgált fém felületébe a minta vastagságától függően 10, 5 vagy 2,5 mm átmérőjű edzett acélgolyót préselnek terhelés hatására, amely a a vizsgált anyag várható keménységétől és a csúcs átmérőjétől függően választjuk ki a következő képletek szerint: P = 30D 2 ; P \u003d 10D 2; P = 2,5D 2 (2.1 táblázat).

2.1 táblázat – A D golyóátmérő és a P terhelés kiválasztása

Mintaanyag

Keménység, kgf/mm2

Mintavastagság, mm

Golyó átmérője D, mm

P/D2, kgf/mm2

Terhelés alatti állóképesség, s

vasfémek (acél, öntöttvas)

Fekete fémek

Kemény színesfémek (sárgaréz, bronz, réz)

Lágy színesfémek (ón, alumínium stb.)

A minta felületén lenyomat marad (2.2. ábra, a), melynek átmérője határozza meg a keménységet. A lenyomat átmérőjét speciális, osztásokkal ellátott nagyítóval mérjük.

A keménységet a képlet alapján számítják ki

ahol HB - Brinell keménység, kgf / mm 2;

F a kapott lenyomat területe, mm 2 ;

D - hegy átmérője, mm;

d - lenyomat átmérője, mm.

2.2. ábra - Keménységmérés Brinell (a), Rockwell (b), Vickers (c) módszerekkel

A gyakorlatban speciális táblázatokat használnak, amelyek a bemélyedés átmérőjét egy keménységi számra fordítják, amelyet HB jelöl. Például: 120 HB, 350 HB stb. (H - keménység, B - Brinell szerint, 120, 350 - keménységi szám kgf / mm 2 -ben, ami 1200 és 3500 MPa-nak felel meg).

Ezt a módszert elsősorban nem edzett fémek és ötvözetek keménységének mérésére használják: hengerelt termékek, kovácsolt termékek, öntvények stb.

A Brinell keménységmérő akkor használható, ha az anyag keménysége nem haladja meg a 450 kgf / mm 2 értéket. Ellenkező esetben a labda deformálódhat, ami mérési hibákat eredményez. Ezenkívül a Brinell keménységmérő nem alkalmas vékony felületi rétegek és vékony metszetű minták vizsgálatára.

Rockwell keménységmérés. A mérést egy 1,588 mm átmérőjű acélgolyó vagy egy 120°-os csúcsszögű gyémántkúp benyomásával végezzük a vizsgált fémbe (lásd 2.2. ábra, b). A Brinell-módszerrel ellentétben a Rockwell-keménységet nem a bemélyedés átmérője, hanem a hegy bemélyedésének mélysége határozza meg.

A bemélyedés két egymás után alkalmazott terhelés hatására történik - előzetes, egyenlő? 100 N, a végső (teljes) terhelés pedig 1400, 500 és 900 N. A keménységet a nyomatok bemélyedési mélységének különbsége határozza meg. A kemény anyagok (pl. edzett acél) 1500 N terhelést igényelnek, az edzetlen acél, bronz, sárgaréz és egyéb lágy anyagok keménységének meghatározására pedig 1000 N terhelésű acélgolyós bemélyedést használnak. A bemélyedés mélységét automatikusan méri, és a mérés utáni keménységet három skálán számítja ki: A, B, C (2.2 táblázat).

2.2 táblázat – A, B, C mérlegek hegyei és terhelései

A Rockwell szerinti keménység (keménységi szám) a következőképpen jelölhető: 90 HRA, 80 HRB, 55 HRC (H - keménység, P - Rockwell, A, B, C - keménységi skála, 90, 80, 55 - keménységi szám hagyományos mértékegységekben ).

A Rockwell-keménység meghatározása széles körben elterjedt, mivel lehetővé teszi a lágy és kemény fémek vizsgálatát további mérések nélkül; a nyomatok mérete nagyon kicsi, így az elkészült részeket sérülés nélkül tesztelheti.

Vickers keménységmérés. Ez a módszer lehetővé teszi a lágy és nagyon kemény fémek és ötvözetek keménységének mérését. Nagyon vékony (0,3 mm vastagságú) felületi rétegek keménységi vizsgálatára alkalmas. Ebben az esetben egy 136 o-os csúcsszögű tetraéderes gyémánt piramist nyomunk a vizsgált mintába (lásd 2.2. ábra, c). Az ilyen vizsgálatok során 50 és 1200 N közötti terhelést alkalmaznak. A bemélyedés mérését az átlója hosszában végezzük, a bemélyedést a keménységmérőben található mikroszkóppal vizsgálva. A Vickers keménységi számot, amelyet HV-vel jelölünk, a képlet határozza meg

d a lenyomat átlójának hossza, mm.

A gyakorlatban a HV keménységi számot speciális táblázatok alapján találjuk meg.

3. Ütőszilárdság meghatározása

Az ütőszilárdság meghatározása egy speciális inga ütőműszerrel történik (2.3. ábra). A teszteléshez szabványos hornyolt mintát használnak, amelyet a kopratartókra szerelnek fel. A meghatározott tömegű ingát egy bizonyos H magasságba emeljük és rögzítjük, majd a reteszből kiengedett inga leesik, tönkreteszi a mintát és ismét felemelkedik egy bizonyos h magasságra. Az ütést a minta bevágással ellentétes oldalán alkalmazzuk. A teszteléshez prizmatikus mintákat használnak különböző típusú vágással: U-alakú, V-alakú, T-alakú (fáradási repedéssel).

a - vizsgálati séma; b - minták a vizsgálathoz.

2.3 ábra – Ütésvizsgálat

A CS ütőszilárdságát (J / cm 2) az inga által egy szabványos hornyolt minta megsemmisítésére fordított munka alapján becsülik meg, a bevágásnál lévő minta keresztmetszetére hivatkozva:

ahol A a minta megsemmisítésére fordított munka (amelyet az inga ütközés előtti és utáni energiáinak különbsége határoz meg: A 0 - A 1), J;

F - a minta keresztmetszete a bevágásnál, cm 2 .

A mintában lévő bevágás típusától függően az ütési szilárdságot KCU, KCV, KCT jelöli (a harmadik betű a bevágás típusa).

fémtulajdonságok vizsgálata mechanikai

Irodalom

1. Tushinsky, L.I. Anyagkutatási módszerek / L.I. Tushinsky, A.V. Plokhov, A.O. Tokarev, V.N. Sindeev. - M.: Mir, 2004. - 380 p.

2. Lahtin, Yu.M. Anyagtudomány / Yu.M. Lahtin. - M.: Kohászat, 1993. - 448 p.

3. Fetisov, G.P. Fémek anyagtudománya és technológiája / G.P. Fetisov, M.G. Karpman és mások - M .: Higher School, 2001. - 622 p.

4. Evstratova, I.I. Anyagtudomány / I.I. Evstratova és mások - Rostov-on-Don: Phoenix, 2006. - 268 p.

5. Markova, N.N. Vas-szén ötvözetek / N.N. Markov. - Eagle: OrelGTU, 2006. - 96 p.

6. Iljina, L.V. A gépészetben használt anyagok: referencia kézikönyv / L.V. Iljina, L.N. Kurdyumov. - Eagle: OrelGTU, 2007.

Hasonló dokumentumok

    Szerkezeti anyagok mechanikai tulajdonságainak meghatározása húzóvizsgálattal. Fémek és ötvözetek minőségének, szerkezetének, tulajdonságainak vizsgálatára, keménységük meghatározására szolgáló módszerek. Kovácsolt alumíniumötvözetek hőkezelése.

    oktatóanyag, hozzáadva: 2011.01.29

    Az anyagok statikai vizsgálatának lényege. Végrehajtásuk módjai. Szakító-, csavaró- és hajlítási vizsgálatok végrehajtása és jelentőségük a mérnöki gyakorlatban. Anyagok keménységének mérése Vickers szerint, Brinell módszerrel, Rockwell módszerrel.

    absztrakt, hozzáadva: 2013.12.13

    A keménység meghatározásának módszere Brennel, Rockwell, Vickers szerint. Keménységvizsgálati séma különféle módokon. A minta terhelés alatti expozíciójának időtartama. A szabványos hegyek bejuttatásának fő módszerei a vizsgált fém felületére.

    labormunka, hozzáadva 2010.01.12

    Keménység-meghatározási és benyomódásmérési módszerek, vizsgálati sémák többféleképpen. Egy anyag ellenállása a keményebb test behatolásával szemben. Keménységmeghatározási számítások; a Brinell keménység átalakítása Rackwell, Vickers keménységre.

    labormunka, hozzáadva 2010.01.12

    Az anyag viselkedésének elemzése az anyag szakítóvizsgálata során és a tönkremenetel előtt. Az arányosság, a folyékonyság, a nyúlás, a szilárdság, a rugalmasság és a plaszticitás fő mechanikai jellemzői a kohászati ​​ipar számára.

    labormunka, hozzáadva 2010.01.12

    A keménység fogalma. Kemény hegyű behúzási módszer. Brinell, Vickers és Rockwell keménységmérés. Mikrokeménység mérése. A berendezés kiválasztásának eljárása. Mechanikai keménységvizsgálatok elvégzése a csövek tulajdonságainak meghatározására.

    szakdolgozat, hozzáadva 2013.06.15

    Elméleti ismeretek áttekintése a fémedzés természetének vizsgálatáról a feszültség indikátordiagramja szerint. A keménység meghatározásának sémája Brinell és Rockwell szerint. Az indikátor digamma főbb paramétereinek számítása, grafikus függőségek elemzése.

    szakdolgozat, hozzáadva 2014.04.04

    A szegregáció fogalma, típusai, előfordulásuk okai és megszüntetésük módjai. A fém mechanikai tulajdonságainak ütőszilárdságának mérésének lényege és módszere. Acél karburálása: a folyamat, szerkezet, tulajdonságok és alkalmazások lényege. Titán és ötvözetei.

    teszt, hozzáadva 2013.06.26

    Fémek mechanikai tulajdonságai, meghatározásuk alapvető módszerei. Az acélnitridálás technológiai jellemzői. Példák nitridálásnak kitett gépalkatrészekre és mechanizmusokra. Az autóbenzinek fizikai és kémiai tulajdonságai. Zsír márkák.

    teszt, hozzáadva 2013.09.25

    Fémek és ötvözetek tulajdonságai. Korrózióállóság, hidegállóság, hőállóság, súrlódásgátló. A fémek mechanikai tulajdonságai. Minta húzási diagram. Ütésvizsgálat. A rugalmasság fizikai jelentése. Kopástípusok és szerkezeti szilárdság.

Használjon fémeket Mindennapi élet az emberi fejlődés kezdetén kezdődött. A réz az első képviselőjük. A természetben kapható és tökéletesen feldolgozva. A régészeti feltárások során gyakran előkerülnek háztartási cikkek és különféle, belőle készült termékek.

A fejlődés során az ember megtanulta kombinálni a különböző fémeket, nagyobb szilárdságú ötvözeteket előállítani. Szerszámokat, később fegyvereket készítettek belőlük. A kísérletek korunkban is folytatódnak, fajlagos fémszilárdságú ötvözetek készülnek, amelyek alkalmasak modern szerkezetek építésére.

A terhelések fajtái

A fémek és ötvözetek mechanikai tulajdonságai közé tartoznak azok, amelyek képesek ellenállni a külső erők vagy terhelések hatásának. Nagyon sokfélék lehetnek, és hatásuk alapján különböztethetők meg:

  • statikusak, amelyek lassan nulláról a maximumra nőnek, majd állandóak maradnak vagy enyhén változnak;
  • dinamikus - hatás eredményeként keletkeznek, és rövid ideig hatnak.

A deformáció típusai

Az alakváltozás a szilárd test konfigurációjának megváltozása a rá ható terhelések (külső erők) hatására. Azok az alakváltozások, amelyek után az anyag visszanyeri korábbi alakját és megtartja eredeti méreteit, rugalmasnak tekintendő, ellenkező esetben (az alak megváltozott, az anyag megnyúlt) - műanyagnak vagy maradéknak. Többféle deformáció létezik:

  • Tömörítés. A test térfogata csökken a rá ható nyomóerők hatására. Ilyen deformációt tapasztalnak a kazánok és gépek alapjai.
  • Nyújtás. Egy test hossza növekszik, ha a végeire olyan erők hatnak, amelyek iránya egybeesik a tengelyével. Kábelek, hajtószíjak megfeszülve.
  • Váltás vagy vágás. Ebben az esetben az erők egymás felé irányulnak, és bizonyos körülmények között vágás következik be. Ilyenek például a szegecsek és a kötőcsavarok.
  • Csavarás. Az egyik végén rögzített testre (motorok és szerszámgépek tengelyei) ellentétes irányú erőpár hat.
  • hajlít. A test görbületének megváltozása külső erők hatására. Ez a művelet jellemző a gerendákra, a daruk gémjére, a vasúti sínekre.

A fém szilárdságának meghatározása

A fémszerkezetek és alkatrészek gyártásához használt fémekkel szemben támasztott egyik fő követelmény a szilárdság. Ennek meghatározásához fémmintát vesznek, és egy vizsgálógépen kifeszítik. A szabvány elvékonyodik, a keresztmetszete csökken a hossza egyidejű növekedésével. Egy bizonyos pillanatban a minta csak egy helyen kezd nyúlni, és "nyakat" képez. És egy idő után rés van a legvékonyabb hely régiójában. Így viselkednek a kivételesen képlékeny fémek, törékenyek: a tömör acél és az öntöttvas enyhén megnyúlik, és nem képez nyakat.

A minta terhelését egy speciális eszköz határozza meg, amelyet erőmérőnek neveznek, és ez a vizsgálógépbe van beépítve. A fém fő jellemzőjének, az anyag szakítószilárdságának számításához el kell osztani a minta szakadás előtti maximális terhelését a nyújtás előtti keresztmetszeti terület értékével. Ez az érték szükséges a tervezőnek a gyártott alkatrész méreteinek meghatározásához, a technológusnak pedig a feldolgozási módok hozzárendeléséhez.

A világ legerősebb fémei

A nagy szilárdságú fémek közé tartoznak a következők:

  • Titán. A következő tulajdonságokkal rendelkezik:

    • nagy fajlagos szilárdság;
    • ellenáll a magas hőmérsékletnek;
    • kis sűrűségű;
    • korrózióállóság;
    • mechanikai és kémiai ellenállás.

A titánt az orvostudományban, a hadiiparban, a hajógyártásban és a repülésben használják.

  • Uránusz. A világ leghíresebb és legtartósabb féme, gyenge radioaktív anyag. A természetben tiszta formában és vegyületek formájában fordul elő. A nehézfémekhez tartozik, rugalmas, képlékeny és viszonylag képlékeny. Széles körben használják a gyártási területeken.
  • Volfrám. A fém szilárdságának kiszámítása azt mutatja, hogy ez a legtartósabb és legtûzállóbb fém, amely nem érzékeny a kémiai támadásra. Jól kovácsolt, vékony cérnára húzható. Izzószálhoz használják.
  • Rénium. Tűzálló, nagy sűrűségű és keménységű. Nagyon tartós, nincs kitéve a hőmérséklet-változásoknak. Alkalmazást talál az elektronikában és a mérnöki munkákban.
  • Ozmium. Keményfém, tűzálló, ellenáll a mechanikai sérüléseknek és az agresszív környezetnek. Használják az orvostudományban, használják rakétatechnikához, elektronikai berendezésekhez.
  • Iridium. A természetben ritkán fordul elő szabad formában, gyakrabban ozmiummal rendelkező vegyületekben. Rosszul megmunkált, nagy a vegyszerállósága és szilárdsága. Fémötvözetek: titán, króm, volfrám ékszerek készítésére szolgálnak.
  • Berillium. Erősen mérgező fém relatív sűrűséggel, világosszürke színű. Alkalmazható a vaskohászatban, az atomenergia-technikában, a lézer- és űrtechnikában. Nagy keménységű, és ötvözetek ötvözésére használják.
  • Króm. Nagyon kemény fém, nagy szilárdságú, fehér-kék színű, lúgoknak és savaknak ellenálló. A fémek és ötvözetek szilárdsága lehetővé teszi orvosi és vegyi berendezések gyártásához, valamint fémvágó szerszámokhoz való felhasználásukat.

  • Tantál. A fém ezüstös színű, nagy keménységű, szilárdságú, tűz- és korrózióálló, képlékeny, könnyen megmunkálható. Alkalmazható atomreaktorok létrehozásában, a kohászatban és a vegyiparban.
  • Ruténium. Nagy szilárdsággal, keménységgel, tűzállósággal és vegyszerállósággal rendelkezik. Érintkezők, elektródák, éles hegyek készülnek belőle.

Hogyan határozzák meg a fémek tulajdonságait?

A fémek szilárdságának tesztelésére kémiai, fizikai és technológiai módszereket alkalmaznak. A keménység határozza meg, hogy az anyagok mennyire ellenállnak a deformációnak. Az ellenálló fém nagyobb szilárdságú, és a belőle készült alkatrészek kevésbé kopnak. A keménység meghatározásához golyót, gyémántkúpot vagy piramist nyomnak a fémbe. A keménységi értéket a lenyomat átmérője vagy az objektum bemélyedési mélysége határozza meg. Az erősebb fém kevésbé deformálódik, és a lenyomat mélysége is kisebb lesz.

De a szakító mintákat szakítógépeken tesztelik, olyan terhelés mellett, amely a húzás során fokozatosan növekszik. A szabvány keresztmetszete lehet kör vagy négyzet. Annak érdekében, hogy a fém ellenálljon az ütési terhelésnek, ütési vizsgálatokat kell végezni. Egy speciálisan elkészített minta közepén bemetszést készítünk, és az ütőeszközzel szemben helyezzük el. A pusztulásnak ott kell történnie, ahol a gyenge pont van. A fémek szilárdsági vizsgálatakor az anyag szerkezetét röntgennel, ultrahanggal és erős mikroszkóppal vizsgálják, valamint vegyi maratást is alkalmaznak.

A technológia magában foglalja a legtöbbet egyszerű nézetek roncsolási, plaszticitási, kovácsolási, hegesztési vizsgálatok. Az extrudálási teszt lehetővé teszi annak meghatározását, hogy a lemezanyag hidegen alakítható-e. Egy golyó segítségével egy lyukat préselnek ki a fémben, amíg az első repedés meg nem jelenik. A gödör mélysége a törés megjelenése előtt jellemzi az anyag plaszticitását. A hajlítási teszt lehetővé teszi a lemezanyag befogadó képességének meghatározását kívánt formát. Ezt a tesztet a hegesztési varratok minőségének értékelésére használják. A huzal minőségének értékeléséhez töréstesztet használnak. A csöveket lapításra és hajlításra tesztelték.

Fémek és ötvözetek mechanikai tulajdonságai

A fém a következőket tartalmazza:

  1. Erő. Ez abban rejlik, hogy az anyag képes ellenállni a külső erők hatására bekövetkező pusztulásnak. Az erő típusa a külső erők hatásától függ. Ez fel van osztva: kompresszió, feszítés, csavarás, hajlítás, kúszás, fáradás.
  2. Műanyag. Ez a fémek és ötvözeteik azon képessége, hogy terhelés hatására alakot változtassanak anélkül, hogy tönkremennének, és megtartják azt az ütközés végén. A fém anyag rugalmasságát nyújtáskor határozzák meg. Minél nagyobb a megnyúlás, miközben csökken a keresztmetszet, annál képlékenyebb a fém. A jó hajlékonyságú anyagok nyomással tökéletesen megmunkálhatók: kovácsolás, préselés. A plaszticitást két érték jellemzi: relatív összehúzódás és nyúlás.
  3. Keménység. A fém ezen minősége abban rejlik, hogy képes ellenállni egy idegen test behatolásának, amely nagyobb keménységgel rendelkezik, és nem fogadja el a maradék deformációkat. A kopásállóság és a szilárdság a fémek és ötvözetek fő jellemzői, amelyek szorosan összefüggenek a keménységgel. Az ilyen tulajdonságokkal rendelkező anyagokat fémfeldolgozáshoz használt szerszámok gyártásához használják: marók, reszelők, fúrók, csapok. Gyakran az anyag keménysége határozza meg a kopásállóságát. Így a kemény acélok kevésbé kopnak működés közben, mint a lágyabbak.
  4. ütési szilárdság. Az ötvözetek és fémek sajátossága, hogy ellenállnak az ütésekkel kísért terhelések befolyásának. Ez az egyik fontos jellemzői az anyag, amelyből a gép működése során a lökésterhelést átélő alkatrészek készülnek: keréktengelyek, főtengelyek.
  5. Fáradtság. Ez a fém állapota, amely állandó feszültség alatt áll. A fémanyag kifáradása fokozatosan következik be, és a termék tönkremeneteléhez vezethet. A fémek azon képességét, hogy ellenállnak a fáradtság okozta törésnek, állóképességnek nevezzük. Ez a tulajdonság az ötvözet vagy fém jellegétől, a felület állapotától, a feldolgozás természetétől és a munkakörülményektől függ.

Erőosztályok és megnevezésük

A kötőelemek mechanikai tulajdonságaira vonatkozó szabályozási dokumentumok bevezették a fém szilárdsági osztály fogalmát, és létrehoztak egy jelölési rendszert. Minden szilárdsági osztályt két szám jelöl, amelyek közé egy pont kerül. Az első szám a 100-szorosára csökkentett szakítószilárdságot jelenti. Például az 5.6-os szilárdsági osztály azt jelenti, hogy a szakítószilárdság 500 lesz. A második szám 10-szeresére nő - ez a szakítószilárdság aránya, százalékban kifejezve (500x0,6 = 300), azaz 30% a nyújtáshoz szükséges szakítószilárdság minimális folyáshatára. Minden kötőelemhez használt terméket a rendeltetésszerű használat, forma, felhasznált anyag, szilárdsági osztály és bevonat szerint osztályozunk. A felhasználási célnak megfelelően ezek a következők:

  • Megosztva. Mezőgazdasági gépekhez használják.
  • Bútor. Építőiparban és bútorgyártásban használják.
  • Út. Fémszerkezetekhez vannak rögzítve.
  • Mérnöki. A gépgyártásban és a műszergyártásban használják őket.

A kötőelemek mechanikai tulajdonságai függenek az acéltól, amelyből készültek, és a feldolgozás minőségétől.

Fajlagos erősség

Az anyag fajlagos szilárdságát (az alábbi képlet) a szakítószilárdság és a fém sűrűségének aránya jellemzi. Ez az érték mutatja a szerkezet szilárdságát adott súlyhoz. Ez a legnagyobb jelentőségű az olyan iparágak számára, mint a repülőgépek, rakéták és űrhajók.

Fajlagos szilárdságukat tekintve a titánötvözetek a legerősebbek az összes felhasznált műszaki anyag közül. kétszerese az ötvözött acélokhoz viszonyított fémek fajlagos szilárdságának. Nem korrodálódnak levegőn, savas és lúgos környezetben, nem félnek a tengervíztől és jó hőállósággal rendelkeznek. Magas hőmérsékleten szilárdságuk nagyobb, mint a magnézium- és alumíniumötvözeteké. Ezeknek a tulajdonságoknak köszönhetően szerkezeti anyagként való felhasználásuk folyamatosan növekszik, és széles körben alkalmazzák a gépészetben. Hiba titánötvözetek alacsony megmunkálhatóságukban rejlik. Köze van a fizikai és kémiai tulajdonságok anyag és speciális ötvözet szerkezet.

A fenti táblázatban található a fémek fajlagos szilárdsága.

A fémek plaszticitásának és szilárdságának felhasználása

Magasan fontos tulajdonságait A fém a hajlékonyság és a szilárdság. Ezek a tulajdonságok közvetlenül függnek egymástól. Nem teszik lehetővé a fém alakjának megváltoztatását, és megakadályozzák a makroszkopikus pusztulást, amikor külső és belső erőknek vannak kitéve.

A nagy rugalmasságú fémek a terhelés hatására fokozatosan megsemmisülnek. Eleinte van egy hajlásuk, és csak azután kezd fokozatosan összeomlani. A képlékeny fémek könnyen változtatják alakjukat, ezért széles körben használják autókarosszériák gyártására. A fémek szilárdsága és hajlékonysága attól függ, hogy a rájuk ható erők hogyan irányulnak, és milyen irányban történt a hengerlés az anyag gyártása során. Megállapítást nyert, hogy a hengerlés során a fémkristályok jobban megnyúlnak annak irányában, mint keresztirányban. Acéllemezeknél a szilárdság és a hajlékonyság sokkal nagyobb a hengerlés irányában. Keresztirányban a szilárdság 30%-kal, a plaszticitás 50%-kal csökken, ezek a számok még alacsonyabbak a lemez vastagságában. Például az acéllemezen a hegesztés során fellépő törés a hegesztési varrat tengelyének és a hengerlési irány párhuzamosságával magyarázható. Az anyag plaszticitása és szilárdsága szerint meghatározzák annak lehetőségét, hogy különböző gépalkatrészeket, szerkezeteket, szerszámokat, eszközöket gyártsanak le.

Fém normatív és tervezési ellenállása

Az egyik fő paraméter, amely a fémek erőhatásokkal szembeni ellenállását jellemzi, a normatív ellenállás. A tervezési szabványok szerint van beállítva. A tervezési ellenállást úgy kapjuk meg, hogy a normatívát elosztjuk az anyag megfelelő biztonsági tényezőjével. Egyes esetekben a szerkezetek működési feltételeinek együtthatóját is figyelembe veszik. A gyakorlati jelentőségű számításoknál elsősorban a fém számított ellenállását használják.

A fém szilárdságának növelésének módjai

Számos módja van a fémek és ötvözetek szilárdságának növelésére:

  • Hibamentes szerkezetű ötvözetek és fémek készítése. Vannak olyan fejlesztések, amelyek a hagyományos fémek szilárdságánál több tízszer nagyobb bajuszokat (bajuszokat) gyártanak.
  • A térfogati és felületi keményedés mesterséges megszerzése. A fém nyomással történő megmunkálásakor (kovácsolás, húzás, hengerlés, préselés) térfogati keményedés jön létre, a recézés és a sörétezés felületedzést ad.
  • Létrehozás a periódusos rendszer elemeinek felhasználásával.
  • Fém tisztítása a benne lévő szennyeződésektől. Ennek eredményeként javulnak mechanikai tulajdonságai, jelentősen csökken a repedések terjedése.
  • Az egyenetlenségek eltávolítása az alkatrészek felületéről.
  • A titánötvözetek, amelyek fajsúlya körülbelül 70%-kal meghaladja az alumíniumot, 4-szer erősebbek, ezért a fajlagos szilárdság szempontjából a titántartalmú ötvözetek jövedelmezőbbek repülőgépgyártáshoz.
  • Sok alumíniumötvözet meghaladja a szenet tartalmazó acélok fajlagos szilárdságát. Az alumíniumötvözetek nagy rugalmassággal, korrózióállósággal rendelkeznek, kiválóan megmunkálhatók nyomással és vágással.
  • A műanyagok fajlagos szilárdsága nagyobb, mint a fémek. De az elégtelen merevség, mechanikai szilárdság, öregedés, megnövekedett ridegség és alacsony hőállóság miatt a textolitok és getinakok felhasználása korlátozott, különösen nagy méretű szerkezetekben.
  • Megállapítást nyert, hogy korrózióállóság és fajlagos szilárdság tekintetében a vas-, színesfémek és sok ötvözetük rosszabb, mint az üvegerősítésű műanyagok.

A fémek mechanikai tulajdonságai a legfontosabb tényező a gyakorlati felhasználásukban. Amikor valamilyen szerkezetet, alkatrészt vagy gépet tervez, és kiválaszt egy anyagot, feltétlenül vegye figyelembe az összes mechanikai tulajdonságát.

Fémek mechanikai vizsgálata. Szilárdság, a fém szilárdságának meghatározása.

A gépalkatrészek és -szerkezetek gyártásához használt fém kiválasztását a tervezési, működési, technológiai és gazdasági követelmények határozzák meg.

A fémnek rendelkeznie kell a szükséges szilárdsággal, deformálódni képes, meg kell felelnie az üzemi feltételeknek (korrózióállóság, hő- és elektromos vezetőképesség stb.), valamint minimális költséggel kell rendelkeznie.

A gépalkatrészek és fémszerkezetek gyártásához használt fémekkel szemben a szilárdság a fő követelmény.

A szilárdság az anyag azon képessége, hogy ellenáll a külső terheléseknek, összeomlás nélkül. A szilárdság mértéke az a terhelés, amelyet az alkatrész minden egyes négyzetmillimétere (vagy centimétere) elvisel.

A fém szilárdságát meghatározott alakú és méretű minták tesztelőgépen történő nyújtásával határozzák meg. Nyújtáskor a minta keresztmetszete csökken, a minta elvékonyodik, hossza megnő. Egy ponton a minta teljes hosszában való nyújtása megáll és csak egy helyen jelentkezik, kialakul az ún. Egy idő után a minta eltörik a "nyaki" képződés helyén.

A húzási folyamat csak viszkózus anyagoknál megy így, a ridegeknél (keményacél, öntöttvas) a minta enyhe megnyúlással, „nyak” kialakulása nélkül törik.

Ha azt a maximális terhelést, amelyet a minta elviselt a szakadás előtt (a terhelést speciális eszközzel - a vizsgálógép kialakításában szereplő erőmérővel mérik), elosztjuk a nyújtás előtti keresztmetszettel, a fém fő jellemzője: kapott, az úgynevezett szakítószilárdság (σ in).

A tervezőnek ismernie kell az egyes fémek szakítószilárdságát az alkatrész méreteinek meghatározásához, a technológusnak - a feldolgozási módok hozzárendeléséhez.

Emelt hőmérsékleten a rövid távú szakítóvizsgálatokat hagyományos vizsgálógépeken végzik, csak egy kemence (általában elektromos tokos) van beépítve a gépbe a minta felmelegítésére. A kemence úgy van felszerelve a gépvázra, hogy a hangtompító tengelye egybeessen a gép tengelyével. A vizsgálandó mintát a sütő belsejébe kell helyezni. Az egyenletes melegítéshez a sütőnek 2-4-szer hosszabbnak kell lennie, mint a minta, ezért nem lehet közvetlenül a gép markolatába rögzíteni. A mintát speciális hőálló acél toldókba rögzítik, amelyek viszont a gép fogantyúihoz vannak rögzítve.

A stabil eredmények elérése érdekében a mintát 30 percig a vizsgálati hőmérsékleten kell tartani. A felhevített fém szakítószilárdságának értékét jelentősen befolyásolja a szakítószilárdság: minél nagyobb a sebesség, annál nagyobb a szakítószilárdság értéke. Ezért az acél hőállóságának helyes értékeléséhez a szakítóvizsgálat időtartama 15-20 perc legyen.

Az erősség a fém azon képessége, hogy ellenálljon a külső terhelés hatására bekövetkező pusztulásnak. A fém, mint mérnöki anyag értékét más tulajdonságokkal együtt a szilárdság határozza meg.

Az erősségi érték azt jelzi, hogy mekkora erőre van szükség a molekulák közötti belső kötés leküzdéséhez.

A fémek szakítószilárdságának vizsgálatát különféle kapacitású speciális gépeken végzik. Ezek a gépek egy terhelő mechanizmusból állnak, amely erőt hoz létre, nyújtja a próbadarabot, és jelzi a próbadarabra kifejtett erő mértékét. A mechanizmusok mechanikus és hidraulikus hatásúak.

A gépek teljesítménye eltérő és eléri az 50 tonnát. A 7. ábrán a gép szerkezete látható, amely egy 2 keretből és 4 bilincsekből áll, amelyekkel a 3 próbamintákat rögzítjük.

A felső bilincs mozdulatlanul van rögzítve a keretben, az alsó pedig egy speciális mechanizmus segítségével lassan süllyed le a tesztelés során, megfeszítve a mintát.




Rizs. 7. Fémek szakítóvizsgálata:

a - fémek feszítésének tesztelésére szolgáló eszköz; b - minták szakítóvizsgálathoz: I - kerek, II - lapos

A mintán a vizsgálat során átvitt terhelés a készülék nyílának az 1-es mérőskálán elfoglalt helyzetéből határozható meg.

A mintákat mindig azonos körülmények között kell vizsgálni, hogy az eredményeket össze lehessen hasonlítani. Ezért a vonatkozó szabványok bizonyos méretű próbatesteket határoznak meg.

A szakítószilárdság-vizsgálathoz használt szabványos próbatestek kerek és lapos szelvényű minták, az ábrán látható. 7b.

Lapok, szalaganyagok stb. vizsgálatánál lapos mintákat használnak, és ha a fémprofil megengedi, akkor kerek mintákat készítenek.

A végső szilárdság (σ b) a legnagyobb igénybevétel, amelyet az anyag megsemmisülése előtt megtapasztalhat; a fém szakítószilárdsága megegyezik a próbatest szakadási vizsgálatakor a maximális terhelés és a próbatest kezdeti keresztmetszeti területének arányával, pl.

σ b = P b / F 0 ,

ahol R b - a minta szakadását megelőző legnagyobb terhelés, kgf;

F 0 - a minta kezdeti keresztmetszete, mm 2.

A gépek és szerkezetek biztonságos üzemeltetéséhez szükséges, hogy üzem közben az anyagban fellépő feszültségek ne lépjék túl a megállapított arányossági határt, vagyis azt a legnagyobb feszültséget, amelynél nem keletkeznek deformációk.

Egyes fémek szakítószilárdsága szakítópróbában, kgf / mm 2:

Ólom 1.8

Alumínium 8