10162

На рисунке 6.4 представлены модели современных твердомеров. Мо-

дель (рис. 6.4,а) – один из вновь разработанных цифровых твердомеров по Бринеллю. Он может быть широко применен на заводах и фабриках, в

научно-исследовательских и учебных институтах для определения твердо-

сти по Бринеллю закаленных и незакаленных сталей, чугуна, цветных металлов, мягких подшипниковых сплавов в соответствии с ГОСТ 9012-59, GB/T 231.2, ISO 6506-2 и ASTM E10.

Особенности конструкции и применения: 1. Цифровое представление числа твердости. 2. Преобразование между различными шкалами твердо-

сти. 3. Ручное управление испытательными нагрузками и турелью. 4.

Автоматизированный процесс измерения (исключена ошибка, связанная с человеческим фактором в процессе нанесения отпечатка). 5. Большой ЖК экран, отображающий все параметры измерения. 6. Простое и удобное управление.

а б в

Рис. 6.4. Современные твердомеры: а – цифровой твердомер по

Бринеллю; б – твердомер Виккерса; в – твердомер по Роквеллу

Твердомер Виккерса (рис. 6.4,б) представляет собой прибор неразру-

шающего контроля для измерения твѐрдости металлов и сплавов. Наибо-

лее применяемые марки твердомеров: ИТ 5010, ИТ 5010–01, ТМВ 1000

120

УТ 5011А, УТ 5011. Необходимо отметить хорошее совпадение зна-

чений твѐрдости по Бриннелю и Виккерсу в следующих пределах: от 100

до 450 НV.

К основным параметрам при измерении твѐрдости с помощью твер-

домера Виккерса относят нагрузку от 0,09807 до 980,7 Н и время выдержки

10 – 15 с. – для сталей, 30 с. – для цветных металлов. Число твердости по Виккерсу обозначают символом HV, при этом указывают нагрузку P и

время выдержки под нагрузкой, размерность числа твердости (кгс/мм2) не ставится. Твердомер Виккерса можно применять для определения твѐрдо-

сти азотированных и цементированных поверхностей, тонких листовых материалов.

На рисунке 6.4,в представлен испытательный стенд для определения твердости PCE HT 500 для измерения твердости металлических и неметал-

лических объектов. Прибор имеет ручную калибровку, шкалу Роквелла в диапазоне 20 – 80 HRA / 20 – 100 HRB / 20 – 80 HRC. Твердомер представ-

ляет собой компактный стенд для проведения точных измерений значения твердости металлических материалов и изделий. Прибор позволяет полу-

чать результаты по шкале Роквелла HRA, HRB и HRC для таких материа-

лов, как легированная сталь, углеродистая сталь, железо и лигатуры. Сила удара по образцу может быть отрегулирована в ручную.

Стенд выполнен максимально устойчивым и стабильным, для исклю-

чения любых внешних воздействий. Данный прибор нашел широкое при-

менение в промышленности и научных исследованиях.

Преимущества:

1. Механизм торможения (масленый амортизатор) для погашения по-

вышенных нагрузок. Возможна регулировка уровня торможения.

2. Высокая повторяемость результатов, возможность измерения твер-

дости плоских и округлых объектов, соответствие требованиям норм

ISO6508.2 и BSEN10109-96.

3. Прибор поставляется откалиброванным в соответствии с требова-

121

ниями ISO, богатая базовая комплектация.

4. В качестве опций предлагаются различные адаптеры и принадлеж-

ности.

6.2. Испытание на растяжение

Испытания на растяжение проводят в соответствии с ГОСТ 1497-84.

Для испытания на растяжение применяют цилиндрические или пло-

ские образцы определенной формы и размеров по стандарту (рис. 6.5).

Испытание образцов на растяжение проводится на разрывных машинах с механическим или гидравлическим приводом (рис. 6.7). Эти машины снабжены специальным приспособлением, на котором при испытании

(растяжении) автоматически записывается диаграмма растяжения (рис. 6.6).

При испытании на растяжение определяют следующие характеристики механических свойств: пределы упругости (ζуп), текучести (ζТ), прочности

(ζВ), истинного сопротивления разрыву(SК), относительное удлинение(δ) и

сужение(ψ).

Пределом упругости (ζуп) называется напряжение, при котором оста-

точное удлинение достигает 0,05 % от расчетной величины образца.

Пределом текучести (ζТ) называется наименьшее напряжение, при котором образец деформируется (течет) без заметного увеличения нагруз-

ки:

Т PАТ ,

0

где PТ – нагрузка приложенная к образцу или к детали, А0 – площадь поперечного сечения образца или детали.

122

Рис. 6.6. Диаграмма растяжения

Условный предел текучести (ζт) – это напряжение, при котором оста-

точное удлинение достигает 0,2% от расчетной длины образца.

Предел текучести – основной показатель прочности при расчете до-

пустимых напряжений, характеризующих сопротивление малым пластиче-

ским деформациям.

Напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествую-

щей разрушению, называется временным сопротивлением ζВ.

Пределом прочности (ζВ) называется напряжение, отвечающее наи-

большей нагрузке РВ, предшествующей разрушению образца:

В РАВ ,

0

Истинным сопротивлением разрушению (SК) называется напряжение,

определяемое отношением нагрузки Рк в момент разрыва образца к площа-

ди поперечного сечения FК образца в шейке после разрыва.

Относительным удлинением (δ) называется отношение абсолютного удлинения, т. е. приращения расчетной длины образца после разрыва, к его первоначальной расчетной длине l0, выраженное в процентах:

124

где l– длина образца после разрыва; l0 – первоначальная длина образца.

Относительным сужением (ψ) называется отношение абсолютного сужения, т. е. уменьшения площади поперечного сечения образца после разрыва, к его первоначальной площади поперечного сечения выраженное в процентах:

где А – площадь сечения разрушившегося образца в месте разрыва; А0 –

первоначальная площадь сечения образца.

Рис. 6.7. Испытательная машина Zwick/Roell серии Allround Z100

предназначена для статических испытаний на сжатие, растяжение, разрыв и изгиб

Относительным удлинением и сужением характеризуется пластич-

ность металла.

125

В последнее время разработаны и прошли сертификацию высокоточ-

ные многофункциональные испытательные машины. Например, испыта-

тельная машина Zwick/Roell серии Allround Z100 напольного исполнения предназначена для статических испытаний на сжатие, растяжение, разрыв и изгиб. Развиваемое усилие до 100 кН.

Машина оснащена новейшим блоком электроники testControl, допол-

нительно укомплектована температурной камерой и криокамерой. В состав системы входит персональный компьютер с управляющим программным обеспечением TestXpert.

6.3. Испытание на изгиб

Испытание на изгиб можно проводить почти на всех машинах, пригод-

ных для испытания на сжатие. Большинство универсальных машин имеют специальные раздвигающиеся опоры для испытаний на изгиб.

Для испытания на изгиб применяют образцы круглого или прямо-

угольного (квадратного) поперечного сечения, которые помещают концами на две опоры. Во избежание смятия в опорах лучше увеличить поверхность контактов, уменьшив удельное давление на опоры.

Изгибающая сила уменьшается при увеличении пролета (расстояния между опорами), а также при выборе длинных образцов с соотношением l/h

> 10.

При деформации изгиба нижние слои металла до нейтрального слоя испытывают растяжение, а верхние – сжатие (рис. 6.8). Между зонами растяжения и сжатия располагается нейтральный недеформированный слой металла. Различают простой или плоский изгиб, при котором внешние силы лежат в одной из главных плоскостей бруса, и сложный, вызываемый си-

лами, расположенными в разных плоскостях.

126

Рис. 6.8. Деформация при изгибе

Испытания на изгиб (ГОСТ 14019-80) проводятся по двум схемам:

1) сосредоточенной нагрузкой, приложенной в середине пролета (рис. 6.9,а).

а б

Рис. 6.9. Схема испытаний на изгиб: а – сосредоточенный; б – чистый

В этом случае наибольший изгибающий момент:

Мизг =P l /4,

где Р – изгибающая нагрузка; l – расстояние между опорами, на кото-

рых установлен образец.

2) двумя равными симметрично приложенными (на равных расстоя-

ниях от опор) сосредоточенными нагрузками, создающими на определенном участке чистый изгиб (рис. 6.9,б). Расстояние от опоры целесообразно при-

нимать равным 1/3 расчетной длины образца.

127

При чистом изгибе:

Мизг =Pа/2.

Результаты испытаний по второй схеме более точные, так как наи-

большие напряжения возникают на определенном участке длины образца и поэтому оценивается не одно (случайное) сечение, как в первом случае, а

значительный объем образца.

При испытаниях на изгиб можно подсчитать напряжения, соответст-

вующие различным нагрузкам, а также определить стрелу прогиба образца f. Это определение проводится либо по кривой, полученной на диаграмм-

ном приборе машины, либо с помощью специальных приборов – проги-

бомеров.

На рис. 6.10 представлены типичные диаграммы изгиба для пластич-

ных (рис. 6.10,а), малопластичных (рис. 6.10,б) и хрупких (рис. 6.10,в)

материалов.

Рис. 6.10. Диаграммы изгибов: а – пластичный материал;

б – малопластичный; в – хрупкий

При изгибе хрупких материалов максимум нагрузки часто совпадает с появлением первой трещины. Иногда образование трещин сопровождается

128

резкими перегибами на ниспадающей ветви диаграммы.

Предел прочности при изгибе в этом случае будет выражен соотно-

шением:

ζизг = Mизг/W,

где W (момент сопротивления) – геометрическая характеристика по-

перечного сечения бруса, показывающая сопротивляемость бруса изгибу в рассматриваемом сечении.

Для образцов круглого сечения:

W= π d3/32,

где d – диаметр образца.

Для образцов прямоугольного сечения со сторонами b и h: W=bh2/ 6,

где h – высота бруса.

При изгибе можно определить пределы пропорциональности, упруго-

сти и текучести с точным замером деформаций.

Величина прогиба fразр характеризует пластичность; она зависит от материала, длины образца, момента инерции, от отношения высоты к ширине и способа приложения нагрузки.

При чистом изгибе величина прогиба зависит от соотношения длин участков а и b (рис.6.9,б). При изгибе устраняется важный недостаток испытаний на растяжение (сжатие) – влияние перекосов при установке образцов.

6.4. Определение ударной вязкости

Очень часто детали в процессе работы испытывают действие не толь-

ко плавно возрастающих нагрузок, но одновременно подвергаются и удар-

ным (динамическим) нагрузкам. Поэтому необходимо знать, насколько хорошо сопротивляется металл действию на него этих нагрузок.

Метод основан на разрушении образца с концентратором посередине

129