Ce proprietăți ale metalelor sunt determinate de testele de compresie. Testarea mecanică a metalelor. Rezistența, determinarea rezistenței metalului. Test de oboseală

Proprietăți mecanice determina comportarea metalului la sarcina. Caracteristicile proprietăților mecanice se obțin prin încercări mecanice. Pentru a face acest lucru, aplicați o anumită forță pe o probă dintr-un material dat și măsurați reacția materialului.

Sub influența diferitelor forțe externe, metalul este deformat și distrus. Dar mărimea sarcinii aplicate nu poate caracteriza condițiile de încărcare. Este important să știți pe ce secțiune transversală acţionează această sarcină.

Caracteristica de încărcare este considerată a fi Voltaj – raportul dintre forță și aria secțiunii transversale asupra căreia acționează:

Tensiunea care acționează asupra oricărei zone luate în mod arbitrar poate fi descompusă într-o componentă normală σ , perpendicular pe platformă și tangentă t.

La aceeași sarcină P deformarea tijelor (Fig. 30) va fi diferită: a doua se va alungi mai mult, deoarece aria sa transversală este mai mică.

Deoarece solicitarea din a doua tijă va fi mai mare, aceasta va primi, prin urmare, o deformare mai mare.

Solicitarea pe care o poate rezista un metal este principala sa caracteristică mecanică, independentă de dimensiunea produsului.

Rezistenţă

Rezistenţă este capacitatea unui metal de a rezista la deformare și distrugere sub influența tensiunilor externe și interne.

Standardele de stat prevăd obținerea caracteristicilor de rezistență în timpul încercărilor de tracțiune, compresie, încovoiere și torsiune. Toate acestea - teste statice, cu o creștere treptată, lină a sarcinii.

Cel mai informativ test este un test de tracțiune folosind o mașină de încercare la tracțiune; se realizează în majoritatea cazurilor pentru a obține caracteristici standard de rezistență (Fig. 32).

Mașina de încercare la tracțiune este echipată cu un dispozitiv pentru înregistrarea așa-numitelor grafice întinse– graficul relației dintre sarcina aplicată Pși alungirea probei D l(Fig. 31). Mașini moderne au acces la un computer, care nu numai că înregistrează diagrama, ci calculează și caracteristicile de rezistență.

Din acest test se pot obține următoarele caracteristici de rezistență:

limita elastica[MPa] este cea mai mare tensiune după care proba revine la forma și dimensiunea anterioară;

puterea de curgere[MPa] este stresul curgerii plastice a metalului fără a crește sarcina;

rezistență la tracțiune[MPa] este cel mai mare stres pe care metalul îl poate rezista fără a se rupe.

Punctul de curgere adevărat sau fizic este dificil de determinat: nu toate metalele formează un „plato de randament”. Prin urmare, cel mai adesea este determinat puterea de probă , care determină o deformare permanentă de 0,2%: » .

Calculele de rezistență sunt adesea efectuate folosind limita de curgere, deoarece deformarea plastică semnificativă a majorității pieselor și structurilor este inacceptabilă. Dar este, de asemenea, necesar să se cunoască rezistența la tracțiune, deoarece arată la ce tensiune va începe fractura.

Plastic

Plastic- Aceasta este capacitatea unui metal de a se deforma fără distrugere.

Caracteristicile de ductilitate sunt determinate din aceeași încercare de tracțiune. Acest

alungirea relativă [%]

îngustare relativă [%], Unde

l 0 și l K, mm – lungimea probei înainte și după testare;

F 0 și F K, mm 2 - aria secțiunii transversale inițială și finală a probei (Fig. 32).

Alungirea relativă și contracția relativă sunt ambele criterii de fiabilitate: un material cu valori mai mari d și y este mai fiabil.

Duritate

Duritate- aceasta este capacitatea unui material de a rezista introducerii unui alt corp mai solid în el.

Metodele de măsurare, instrumentele, denumirile, unitățile de măsură ale durității sunt descrise în ghiduri metodologice pentru munca de laborator „Determinarea durității metalelor și aliajelor”. Explorează pe cont propriu!

Viscozitate

Viscozitate– aceasta este capacitatea unui material de a rezista distrugerii sub șoc și sarcini dinamice.

Caracteristica de duritate este determinată prin testarea la îndoire la impact. Acesta, spre deosebire de toate precedentele, este un test dinamic, în care sarcina este aplicată probei cu o viteză foarte mare, în miimi de secundă.

Testul se efectuează pe un pilot pendular (Fig. 33).

Se eliberează un pendul greu, ridicat la un anumit unghi. Există o probă în calea pendulului. Lovitura cuțitului pendulului îl distruge. Munca efectuată în timpul distrugerii este definită ca diferența dintre energia potențială a pendulului înainte și după încercare.

Rezistența la impact este lucrarea de distrugere a probei împărțită la aria secțiunii transversale:

[J/m2], unde

O P – lucrare de distrugere,

F– aria secțiunii transversale a probei.

Proba trebuie să aibă o crestătură - un concentrator de stres. Denumirea rezistenței la impact depinde de tipul de tăiere (Fig. 34).

Pentru acelasi material KCU > KCV > KCT, adică cu cât tăietura este mai ascuțită, cu atât materialul este mai ușor distrus.

Rezistența la impact este, de asemenea, un criteriu pentru fiabilitatea unui material, garanție că nu se va rupe fragil sau brusc.

Strict vorbind, tenacitatea la impact este o caracteristică complexă care include munca specifică de inițiere a fisurilor o h şi lucrări specifice de propagare a fisurilor o r. Pentru o evaluare mai fiabilă a fiabilității materialului, rezistența la impact pe raza concentratorului este determinată prin extrapolare. r tinde spre zero. Aceasta va fi munca de propagare a fisurilor o p, care permite evaluarea fiabilității (aproape întotdeauna există nuclee de fisuri în material; întrebarea este dacă acestea vor crește).

Testarea mecanică este de o importanță critică în industrie. În conformitate cu aceasta, au fost dezvoltate diferite metode de testare pentru a determina proprietățile mecanice ale metalelor.

Cele mai frecvente teste sunt testarea statică la tracțiune, încercarea dinamică și testarea durității.

Static sunt încercări în care materialul testat este supus unei forțe constante sau unei forțe care crește foarte lent.

Testele dinamice sunt cele în care metalul testat este supus unui impact sau forță care crește foarte rapid.

În plus, există teste pentru oboseală, uzură și fluaj, care oferă o imagine mai completă a proprietăților metalelor.

Încercări de tracțiune. Încercarea statică de tracțiune este o metodă foarte comună de încercare mecanică. Pentru testele statice se realizeaza probe rotunde sau probe plate pentru materiale din tabla ( Fig.20). Probele constau dintr-o piesă de lucru și capete concepute pentru a fi fixate în mânerele unei mașini de încercare la tracțiune. Lungimea efectivă l 0 luați puțin mai puțin decât lungimea de lucru l 1 . Dimensiunile probelor sunt standardizate. Diametrul părții de lucru a probei rotunde este de 20 mm. Probele de alte diametre sunt numite proporționale.

Fig.20. Probe pentru testarea statică a metalelor:

1 - rotund, 2 - plat

Forța de tracțiune creează tensiuni în proba de încercare și determină alungirea acesteia; când tensiunea depășește rezistența sa la tracțiune, se rupe.

Pe Fig.21 Este prezentată diagrama de tracțiune a oțelului moale reprezentată într-un sistem de coordonate dreptunghiular. Forța este reprezentată de-a lungul axei ordonatelor R kg, de-a lungul axei absciselor - deformare (alungirea absolută a probei  l mm). Această diagramă se obține prin creșterea treptată a forței de tracțiune până când proba se rupe.

Fig.21. Diagrama de tracțiune din oțel moale

Valoarea tensiunii  în orice punct al diagramei se poate determina prin împărțirea forței R la aria secțiunii transversale a probei.

Pe diagramă pot fi notate mai multe puncte caracteristice. Complot OA este un segment de linie dreaptă și arată că până la punct O alungirea probei este proporțională cu forța (sarcina); Fiecare increment de sarcină corespunde aceluiași increment de deformare. Această relație între alungirea probei și sarcina aplicată este legea proporționalității.

Odată cu încărcarea ulterioară a probei, se observă o abatere de la legea proporționalității: pe diagramă apare o secțiune curbă. Până la obiect ÎN Proba prezintă deformații elastice.

Punct CU Diagrama arată începutul zonei orizontale, care arată că proba se prelungește fără a crește sarcina: metalul pare să curgă. Se numește efortul cel mai mic la care deformarea probei continuă fără creșterea sarcinii puterea fizică de curgere. Rezistenta la curgere  T determinat de formula

kg mm 2 ,

Unde R Cu .

Fluiditatea este caracteristică numai oțelului recoapt cu emisii scăzute de carbon și anumitor clase de alamă. Oțelurile cu conținut ridicat de carbon și alte metale nu au un platou de randament. Pentru astfel de metale, rezistența la rezistență este determinată la o alungire reziduală de 0,2%. Efortul la care o probă de tracțiune primește o alungire reziduală egală cu 0,2% din lungimea sa calculată se numește rezistență la rezistență și este desemnată  0.2

kg mm 2 .

Punct D indică cea mai mare sarcină maximă pe care o poate suporta specimenul. Se numește tensiunea condiționată corespunzătoare celei mai mari sarcini premergătoare defecțiunii eșantionului rezistență la tracțiune(rezistența temporară la tracțiune) și este determinată de formulă

kg mm 2 ,

Unde P .

Pentru un punct D elongaţie  l 3 proba și îngustarea secțiunii sale transversale are loc uniform pe toată lungimea piesei de lucru. La atingerea punctului D deformarea probei se concentrează în locul de cea mai mică rezistență și alungire ulterioară  l 4 apare din cauza formării unui gât de-a lungul căruia proba se rupe sub sarcină R LA .

La rupere, deformare elastică  l întreprindere unitară dispare și alungirea reziduală absolută  l ost constă dintr-o alungire uniformă  l 1 și extinderea locală  l 2 , adică

l ost =  l 1 +  l 2 .

Pentru a evalua ductilitatea unui metal, este important să se cunoască alungirea relativă  și îngustarea relativă a ariei secțiunii transversale  în procente.

Alungirea relativă (în%) este determinată de formulă

,

Unde l 1 - lungimea probei după rupere, mm;

l 0 - lungimea estimată a probei, mm;

La alungire, aria secțiunii transversale scade simultan. La locul rupturii această zonă va fi cea mai mică. Îngustarea relativă (în%) este determinată de formulă

,

Unde F 0 - aria secțiunii transversale inițiale a probei, mm 2 ;

F 1 - zona de la locul ruperii, mm 2 .

Pentru metalele fragile, alungirea relativă  și îngustarea relativă  aproape de zero; pentru metalele ductile ajung la câteva zeci de procente.

Astfel, încercarea de întindere statică oferă caracteristicile de rezistență -  întreprindere unitară ,  T (sau  0,2 ) și caracteristicile de plasticitate -  Şi  .

Teste de duritate .

Testele de duritate se efectuează prin apăsarea unui vârf dur.

Conform metodei Brinell diametrul bilei de oțel călit D (10; 5 sau 2,5 mm) este presat cu forță în proba de testat R (3000;1000; 750kg sau mai putin). Ca urmare, o amprentă sub forma unui segment sferic cu un diametru de d (Fig.22). Cu cât metalul este mai dur, cu atât dimensiunea imprimării este mai mică. Numărul de duritate Brinell NV calculate prin formula

kg mm 2 ,

F- dimensiunea suprafeței de imprimare, mm 2 .

Fig.22. Schema de testare Brinell

Pentru produsele mici, se folosesc bile cu diametru mai mic cu o forță de presare mai mică. Grosimea metalului de sub imprimare nu trebuie să fie mai mică de zece ori adâncimea imprimării, iar distanța de la centrul imprimării până la suprafața tăiată nu trebuie să fie mai mică. D .

Presele cu pârghie sunt utilizate în prezent în principal pentru testarea durității Brinell.

După cum au arătat studiile, între rezistența la tracțiune a metalelor  V și duritatea Brinell NV exista o dependenta:

pentru oțel laminat și forjat V = 0.36NV ;

pentru oțel turnat...................... V =(0.3-0.4) NV :

pentru fontă cenușie...................... V =0.1 NV .

Metoda Brinell poate testa materiale cu duritate NV până la 450; Dacă materialele sunt mai dure, bila de oțel se poate deforma. De asemenea, această metodă nu este potrivită pentru testarea materialului din foi subțiri.

Conform metodei Rockwell Testul de duritate se efectuează prin presarea unei bile de oțel cu un diametru de D =1.58mm(116 inch) sau 120 0 con diamant.

Bila de oțel este folosită pentru a testa metale moi (duritate mai mică de 220 pe scara Brinell) la o sarcină de 100 kg, con de diamant - pentru testarea metalelor dure la o sarcină de 150 kg. Eșantionul este plasat pe etapa 2 a instrumentului Rockwell ( Fig.23) și prin rotirea volantului 1, ridicați-l până când vine în contact cu conul de diamant 3 (sau bila de oțel). Rotirea volantului este continuată până când presiunea conului sau a bilei devine egală cu 10 kg(preîncărcare), care este indicată de săgeata mică a indicatorului 4. Apoi, aplicați sarcina principală folosind mânerul 5. Indentarea durează 5-6 sec, apoi sarcina principală este îndepărtată. După aceasta, săgeata mare indicatoare arată valoarea durității.

Fig.23. presa Rockwell

Cadranul indicator are două scale: roșu ÎN pentru testarea cu bile de oțel și negru CU pentru testarea conurilor de diamant.

Duritatea Rockwell este o valoare condiționată care caracterizează diferența de adâncime a adâncimii. Este desemnat numărul de duritate Rockwell HR cu adăugarea unui index al scalei pe care a fost efectuat testul, de exemplu HR ÎN sau HR CU. Pentru testarea materialelor foarte dure, se folosește un con de diamant la o sarcină de 60 kg. Numărarea se face pe o scară neagră.

Metoda Vickers, care vă permite să măsurați duritatea metalelor și aliajelor atât moi, cât și foarte dure; este potrivit pentru determinarea durității straturilor subțiri de suprafață (de exemplu, în timpul tratamentului chimico-termic).

Folosind această metodă, o piramidă de diamant tetraedrică cu un unghi de vârf de 136 0 este presată în probă. Sarcina poate fi aplicată de la 5 la 120 kg. Amprenta este măsurată cu ajutorul unui microscop amplasat pe dispozitiv.

Numărul durității este determinat de formulă

kg mm 2 ,

F - zona amprentei piramidale, mm 2

Valoare practică H.V. luate de pe tabele.

Teste de microduritate produs prin presarea unei piramide de diamant cu un unghi de vârf de 136 0 sub o sarcină de la 2 la 200 G; se exprimă numărul de duritate kg mm 2 . Folosind această metodă, este posibil să se determine duritatea componentelor structurale individuale ale aliajelor, piese mici, fire metalice, filme de oxid etc. Pe Fig. 24, a este prezentat dispozitivul PMT-3 pentru testarea microdurității.

Masa 11 și suportul tub 4 se sprijină pe cadrul 1 al dispozitivului. Obiectul de testat 2 este instalat pe o masă sub lentila 9, prin care este îndreptată focalizarea microscopului și firele sunt instalate folosind un microscop ocular 6. Apoi piramida de diamant 10 este presată în obiectul de testat timp de 5-7 sec. După îndepărtarea încărcăturii, măsurați diagonala cu un microscop d (Fig. 24, b), combinând intersecția firelor mașinii mai întâi cu colțul din dreapta al tipăririi (linii punctate) și apoi cu cel din stânga (linii continue).

Pe baza dimensiunii diagonalei, aria imprimării și duritatea sunt determinate folosind formula de mai sus ( H.V. n ).

Alte teste mecanice .Testare de șoc efectuat pentru părți ale mașinilor și mecanismelor care suferă sarcini de șoc (dinamice), deoarece unele metale cu indicatori de rezistență statică destul de mari sunt distruse la sarcini de impact reduse, de exemplu, oțel cu o structură cu granulație grosieră și fontă.

Testele de impact la îndoire sunt efectuate pe mostre de formă standard folosind instrumente numite teste de impact cu pendul.

Rezistența la impact se numește rezistență la impact și se măsoară în kilograme pe centimetru pătrat.

Fig.24. Dispozitiv PMT-3 pentru testarea microdurității

Rezistența la impact O n calculate prin formula

kg m cm 2 ,

Unde O n - impactul muncii efectuate pentru spargerea probei, kg m;

F - zona secțiunii transversale a probei la locul inciziei, cm 2 .

Teste de oboseală. Multe piese ale mașinii (biele de motor, arbori cotiți etc.) în timpul funcționării sunt supuse unor sarcini care variază în mărime și direcție. Sub astfel de solicitări alternative repetate, metalul trece treptat de la o stare vâscoasă la o stare fragilă (obosește). Starea fragilă se explică prin apariția microfisurilor, care treptat se extind și slăbesc metalul. Ca urmare, distrugerea are loc la solicitări mai mici decât rezistența la tracțiune.

Microfisurile apar și se dezvoltă de la suprafață în principal în secțiuni cu rupturi ascuțite în linia de contur (de exemplu, în prezența canalelor, găurilor etc.).

Teste de oboseală ( rezistenta) sunt produse pe diverse mașini. Cele mai comune aparate de testare sunt:

îndoire în timpul rotației;

în tensiune-compresiune;

când torsiune.

Pentru metalele care funcționează în condiții dificile, mașinile de testare sunt echipate cu instalații și dispozitive care asigură testarea la temperaturi ridicate și scăzute, în timpul coroziunii și în alte condiții speciale.

Fig.25. Test de extrudare

Teste tehnologice (probe). Ele determină capacitatea de a efectua anumite operații tehnologice cu un metal dat.

Test de extrudare servește la determinarea capacității tablei subțiri de a ștanța și trage la rece. Testul constă în extrudarea unei găuri cu cap rotunjit 1 ( Fig.25) până când apare prima fisură în placa 2, prinsă în suprafața inelară.

Adâncimea găurii extrudate când apare prima fisură este o măsură cantitativă a probei.

Test de îndoire determină capacitatea unui metal de a rezista la îndoiri repetate și este utilizat pentru a evalua calitatea materialului de tablă de până la 5 mm grosime mm, precum și sârmă și tije.

Testul de decontare determină capacitatea unui metal rece de a lua o formă dată când este comprimat. O mostră de cilindru, a cărei înălțime este egală cu două diametre, se consideră a fi trecut testul dacă, la răsturnarea la o înălțime dată, nu apar fisuri, rupturi și fracturi pe ea.

Test de sudabilitate. Două bare din metalul testat sunt sudate și testate pentru îndoire sau tensiune, după care rezultatele sunt comparate cu cele corespunzătoare unei probe solide (nesudate) din același metal. Cu o sudabilitate bună, rezistența la tracțiune a sudurii ar trebui să corespundă cu cel puțin 80% din rezistența la tracțiune a unei bare solide.

Metode de analiză fizico-chimică.

Macroanaliza. Pentru macroanaliză, se prepară o secțiune de probă, sau fractură, din care se dezvăluie macrostructura-structură a metalului și a aliajului, vizibilă cu ochiul liber sau la o mărire mică de până la x 5 ori.

Pregătirea unei secțiuni lustruite constă în nivelarea și șlefuirea suprafeței cu ajutorul unei mașini de șlefuit. Apoi, secțiunea subțire este gravată cu reactivi care dizolvă sau colorează părți ale secțiunii subțiri care diferă ca compoziție sau orientare.

Folosind macroanaliză, este posibilă detectarea cavităților de contracție și slăbiciune, goluri, fisuri, incluziuni nemetalice (zgură, grafit în fontă cenușie etc.), prezența și natura locației anumitor impurități dăunătoare, cum ar fi sulful.

Microanaliză. O secțiune subțire pentru microanaliză este pregătită în același mod ca și pentru macroanaliza, dar după șlefuire este lustruită până la un finisaj în oglindă.

Cu ajutorul unui microscop metalografic, se determină o microstructură dintr-o secțiune subțire: prezența, cantitatea și forma anumitor componente structurale, contaminarea cu incluziuni străine. Prezența și dimensiunea porilor sunt determinate din secțiuni negravate; Pentru a dezvălui structura principală, secțiunea subțire este gravată. Deoarece metalele sunt opace, secțiunile lustruite pot fi studiate numai în lumină reflectată folosind un microscop metalografic.

Pe Fig.26 Este prezentată o diagramă pentru a explica vizibilitatea limitelor de cereale ale unei secțiuni gravate a unui metal monofazat. Sub influența reactanților în timpul gravării, metalul de-a lungul granițelor de granule se dizolvă mai puternic, în urma căruia se formează micro-barbi acolo. În ele sunt împrăștiate razele de lumină, astfel încât limitele de cereale sunt mai întunecate la microscop; razele de pe suprafața plană a boabelor sunt reflectate și fiecare bob de pe secțiunea subțire pare ușoară, în timp ce se observă adesea culori diferite ale boabelor, ceea ce se explică prin solubilitatea inegală din cauza anizotropiei.

Fig.26. Schema de reflexie a razelor printr-o secțiune subțire gravată

metal monofazat

Alături de un microscop cu lumină convențional, este utilizat pe scară largă un microscop electronic, în care razele electronice sunt utilizate în locul razelor de lumină: aceste raze sunt emise de o spirală fierbinte de wolfram. Un microscop electronic oferă o mărire electron-optică de până la zeci de mii de ori.

Analiza difracției cu raze X face posibilă stabilirea tipurilor de rețele cristaline ale metalelor și aliajelor, precum și a parametrilor acestora. Determinarea structurii metalelor, plasarea atomilor într-o rețea cristalină și măsurarea distanței dintre ei se bazează pe difracția (reflexia) razelor X de către rândurile de atomi dintr-un cristal, deoarece lungimea de undă a acestor raze este comparabilă cu distanța interatomică. în cristale. Cunoscând lungimea de undă a razelor X, este posibil să se calculeze distanța dintre atomi dintr-un cristal și să se construiască un model de aranjare a atomilor.

Analiza cu raze X(transiluminarea) se bazează pe pătrunderea razelor X prin corpuri care sunt opace la lumina vizibilă. Trecând prin metale, razele X sunt parțial absorbite, iar razele sunt absorbite mai puternic de metalul solid decât în ​​acele părți în care se află incluziuni sau fisuri de gaz și zgură. Mărimea, forma și tipul acestor defecte pot fi observate pe un ecran luminos instalat de-a lungul traseului razelor din spatele piesei examinate. Deoarece razele X acţionează asupra unei emulsii fotografice în mod similar cu lumina, ecranul luminos poate fi înlocuit cu o casetă de film fotografic şi se poate obţine o fotografie a obiectului.

Astfel, transmisia cu raze X poate detecta chiar și defecte microscopice în interiorul piesei.

Analiza termica se reduce la identificarea punctelor critice în timpul încălzirii și răcirii metalelor și aliajelor și este însoțită de construcția de curbe în coordonate „temperatură – timp”.

Dacă nu au loc transformări de fază în metal, curba de răcire (încălzire) va fi netedă, fără îndoituri sau trepte; dacă, la răcirea (sau încălzirea) un metal, în el apar transformări de fază, care sunt însoțite de eliberarea (la încălzire, absorbția) de căldură, pe curbă vor apărea secțiuni orizontale sau îndoituri (adică schimbări în direcția curbei). ). Aceste îndoituri și secțiuni orizontale fac posibilă determinarea temperaturilor de transformare.

Analiza dilatometrică(dilatometrie - din latină pentru a extinde) se bazează pe măsurarea modificărilor de volum care apar într-un metal sau aliaj în timpul transformărilor de fază și este utilizată pentru a determina punctele critice din probele solide. Analiza dilatometrică se realizează cu ajutorul dispozitivelor dilatometrice.

Detectarea defectelor.Detectarea defectelor magnetice folosit pentru detectarea defectelor în piesele supuse unor solicitări alternante mari. Defectele precum fisuri, linii de păr, bule, incluziuni nemetalice etc., în condiții variabile de încărcare, devin foarte periculoase, deoarece reduc rezistența dinamică a pieselor.

Testarea magnetică constă în trei operații principale: magnetizarea produselor, acoperirea acestora cu pulbere feromagnetică, inspecția externă și demagnetizarea produselor.

În produsele magnetizate cu defecte, liniile de câmp magnetic, încercând să ocolească defectele (datorită permeabilității lor magnetice reduse), trec dincolo de suprafața produsului și apoi intră în ea, formând un câmp magnetic neuniform. Prin urmare, atunci când acoperiți produse cu pulbere magnetică, particulele acesteia din urmă sunt situate deasupra defectului, formând modele bine definite ( Fig.27). Natura acestor modele este folosită pentru a judeca dimensiunea și forma defectelor metalice.

Detectarea defectelor cu ultrasunete vă permite să testați orice metale (și nu doar pe cele feromagnetice) și să identificați defecte în grosimea metalului la o adâncime semnificativă care nu sunt detectate prin metoda magnetică.

Pentru a studia metalul, se folosesc vibrații ultrasonice cu o frecvență de la 2 la 10 milioane. Hz. La această frecvență, vibrațiile se propagă în metal, ca razele, aproape fără să se împrăștie în lateral: ele pot „străluci prin” metale la o adâncime mai mare de 1. m.

Fig.27. Dispunerea liniilor de câmp magnetic activată

piese defecte

Ultrasunetele sunt reflectate la interfața dintre mediile eterogene. Prin urmare, atunci când se propagă în metal, ultrasunetele nu trec prin fisuri, cavități și incluziuni nemetalice, formând astfel o umbră acustică ( Fig.28). Aici, O-zonă de umbră acustică.

Emițătoarele și receptorii piezoelectrici sunt utilizați pentru a emite și, respectiv, a primi ultrasunete.

Aplicarea izotopilor radioactivi (atomi marcați).În metalurgie și știința metalelor, izotopii radioactivi sunt utilizați în diverse scopuri. De exemplu, în zgură se introduc izotopi radioactivi de fosfor, sulf, mangan etc. și se studiază viteza de tranziție a acestor elemente în metal și viteza de restabilire a distribuției lor de echilibru între metal și zgură în topiturile metalurgice. când temperatura sau compoziția zgurii se modifică. Introducerea carbonului radioactiv în fier în timpul cimentării face posibilă studierea vitezei de difuzie și distribuția carbonului în acesta.

Fig.28. Schema de examinare cu ultrasunete a unei piese

Pentru a determina distribuția staniului în nichel, la aliajul lichid se adaugă staniu radioactiv. Aliajul întărit este plasat pe o casetă cu o placă fotografică și, după expunerea corespunzătoare, placa este dezvoltată.

Pe Fig.29 Este prezentat un microautograf al unui astfel de aliaj, din care (din distribuția întunecării) este clar că radioactiv, și odată cu el staniul obișnuit, mărginește boabele de nichel.

Fig.29. Microradioautografia unui aliaj de nichel-staniu

Izotopii radioactivi ajută la monitorizarea uzurii zidăriei refractare în furnalele sau piesele de mașini.

Încercări de tracțiune. Testarea la tracțiune poate determina rezistența la tracțiune a unui metal sau material, alungirea, contracția, limita elastică, limita proporțională, limita de curgere și modulul de elasticitate.
Cu toate acestea, în practică, cel mai adesea ele se limitează la determinarea cantităților de bază: rezistența la tracțiune, alungirea relativă și contracția relativă.
Dacă notăm forța (sarcina) care acționează asupra probei P kgși aria secțiunii transversale a probei F mm 2, apoi tensiunea

adică tensiune =

Tensiunea la care un material cedează în tensiune se numește rezistență la tracțiune și se notează σ vr.
Dacă specimenul de întindere avea o zonă inițială a secțiunii transversale F 0 mm 2 și sarcina de rupere P kg, apoi rezistența la tracțiune

Alungirea relativă.Într-o încercare de tracțiune, proba se alungește proporțional cu creșterea sarcinii. Până la o anumită valoare a sarcinii, această alungire nu este reziduală (Fig. 167), adică dacă sarcina este îndepărtată în acest moment, proba își va lua poziția inițială. La sarcini mari (mai mare decât la punct O) proba primește alungire permanentă. Dacă pliați ambele jumătăți ale probei după distrugerea acesteia, atunci lungimea totală a probei l va fi mai mare decât lungimea eșantionului inițial l 0 înainte de testarea lui. O creștere a lungimii probei caracterizează plasticitatea (ductilitatea) metalului.

De obicei, alungirea este determinată în partea centrală a probei.
Alungirea relativă este determinată de raportul dintre alungirea obținută în timpul întinderii l - l 0 la lungimea inițială a eșantionului l 0 și exprimat ca procent:

Contracția relativă este raportul dintre aria secțiunii transversale reduse a specimenului după ruptură ( F 0 - F) la aria secțiunii transversale a probei înainte de rupere ( F 0)

Test de impact. Pentru a determina rezistența la impact a unui material (rezistența acestuia la sarcina dinamică la impact), se utilizează un test de impact al unui eșantion de material pe o mașină specială - un dispozitiv de șoc cu pendul (Fig. 168). Pentru a face acest lucru, luați o probă de o anumită formă și secțiune transversală cu o canelură unilaterală în mijloc, așezați-o pe suporturile unui piledriver și distrugeți proba cu o lovitură de pendul de la o anumită înălțime. Rezistența la impact a materialului este determinată din munca depusă la distrugerea probei. Cu cât rezistența la impact este mai mică, cu atât metalul este mai fragil.

Test de îndoire. Testul de îndoire se efectuează în principal pe materiale fragile (fontă, oțel călit), care, ca urmare a îndoirii, sunt distruse fără deformare plastică vizibilă.
Materialele plastice (oțel cu conținut scăzut de carbon etc.) sunt deformate la îndoire, dar nu se prăbușesc ca urmare a îndoirii, iar pentru ele rezistența finală la încovoiere nu poate fi determinată. Pentru astfel de materiale, ele sunt limitate, dacă este necesar, la determinarea raportului dintre momentele încovoietoare și deflexiunile corespunzătoare.
Încercarea de torsiune este utilizată pentru a determina limita de proporționalitate, limita elastică, limita de curgere și alte caracteristici ale materialului din care sunt fabricate piesele critice (arbore cotit, biele etc.) care funcționează la sarcini de torsiune mari.
Test de duritate. Dintre toate tipurile de testare mecanică a metalelor, testarea durității este efectuată cel mai des. Acest lucru se explică prin faptul că testarea durității are o serie de avantaje semnificative în comparație cu alte tipuri de teste mecanice:
1. Produsul nu este distrus și după testare intră în funcțiune.
2. Simplitatea și rapiditatea testării.
3. Portabilitatea dispozitivului pentru testarea durității și ușurința în exploatare.
4. Valoarea durității poate fi folosită pentru a aprecia, cu o oarecare aproximare, rezistența la tracțiune.
5. Pe baza valorii durității, puteți determina aproximativ ce structură a metalului testat este la locul de testare.
Deoarece straturile de suprafață ale metalului sunt testate la determinarea durității, pentru a obține rezultatul corect, suprafața metalului nu trebuie să aibă astfel de defecte cum ar fi scara, stratul decarburat, spărturi, zgârieturi mari etc. și, de asemenea, nu trebuie să existe suprafață. întărire.
Metodele de testare a durității sunt împărțite în următoarele tipuri: 1) indentare, 2) zgâriere, 3) balansare pendulului, 4) recul elastic.
Cea mai comună este metoda de indentare, în care duritatea poate fi determinată:
1. După dimensiunea suprafeței amprentei de la o bilă de oțel presată atunci când este testată pe o presă Brinell (Fig. 169).
2. După adâncimea amprentei atunci când apăsați un con de diamant sau o bilă de oțel când este testată pe un dispozitiv Rockwell (Fig. 170).

3. După dimensiunea suprafeței de indentare a unei piramide de diamant atunci când este testată pe un dispozitiv Vickers.
Când se testează duritatea pe o presă Brinell, o bilă de oțel întărit cu un diametru de 10,5 sau 2,5 este utilizată ca corp solid presat în materialul de testat. mm. Piese mai groase de 6 mm testat cu o minge cu diametrul de 10 mm la sarcina 3000 sau 1000 kg. Grosimea pieselor de la 3 la 6 mm testat cu o minge cu diametrul de 5 mm la sarcina 750 și 250 kg. La testarea unei piese cu o grosime mai mică de 3 mm folosiți o minge de 2,5 mm iar sarcina 187,5 kg. Măsura durității este considerată ca fiind raportul dintre sarcina luată R V kg la suprafața imprimării rezultate (segment de bilă)

Pentru a accelera determinarea durității Brinell, există tabele speciale în care duritatea este determinată de diametrul adânciturii (găurii). O presă Brinell nu poate fi utilizată pentru a testa materiale cu o duritate mai mare decât N B= 450, deoarece mingea va fi deformată și va da citiri incorecte.
De asemenea, este imposibil să testați duritatea unui strat de oțel nitrurat, cimentat și întărit, deoarece bila va împinge prin stratul dur de suprafață subțire și citirile instrumentului vor fi distorsionate.
La testarea durității pe un aparat Rockwell, un con de diamant cu un unghi de vârf de 120° sau un con de carbură sau o bilă de oțel întărit cu un diametru de 1,59 este utilizat ca un corp solid presat în materialul de testat. mm (1/16").
Valoarea durității este diferența dintre adâncimea depresiunilor obținute pe obiectul de testat din indentarea unui con de diamant sub două sarcini de o anumită mărime: o sarcină mai mare - cea principală și una mai mică - cea preliminară. Preîncărcarea este 10 kg, iar sarcina totală, adică preliminară plus principală, este egală cu 100 la apăsarea bilei de oțel kg(scară ÎN) și la apăsarea conului de diamant - 150 kg(scară CU) sau 60 kg(scară O).
Măsurarea durității cu o minge pe scara B se folosește atunci când duritatea nu este mare (oțel necălit sau slab călit, bronz etc.). Con de diamant la sarcina de 60 kg pe o scară O verificați duritatea stratului cimentat și întărit (nu profund), a stratului nitrurat și, de asemenea, în cazurile în care nu este de dorit să lăsați o urmă mare pe produs de la vârf sau, în final, în cazurile în care suprafața care se măsoară este aproape de muchia de lucru (marginile de tăiere ale alezorului etc.).
Duritatea Rockwell este indicată de RB, R cŞi R aîn funcție de sarcina la care se efectuează testul, adică la ce scară - B, C sau O.
Citirile de duritate pe dispozitivul Rockwell sunt condiționate, nu au aceeași dimensiune ca și dispozitivul Brinell.
Sunt disponibile tabele de conversie pentru a converti duritatea Rockwell în duritatea Brinell.
În multe cazuri este necesar să se determine duritatea obiectelor subțiri cu o grosime mai mică de 0,3 mm, de exemplu, duritatea unui strat subțire nitrurat, duritatea tijelor cu secțiune transversală mică (burghie elicoidale cu diametrul de 1 mmși mai puțin, marginile de tăiere ale alezărilor etc.). În astfel de cazuri, se folosește dispozitivul Vickers. În acest dispozitiv, testarea este efectuată cu o piramidă de diamant tetraedrică cu un unghi de vârf de 136°. Sarcina aplicată la 5, 10, 20, 30, 50, 100 și 120 kg. .Încărcările mici se folosesc pentru măsurarea durității stratului nitrurat al obiectelor subțiri sau mici. În toate celelalte cazuri se aplică sarcina crescuta. Măsura durității pe un dispozitiv Vickers este dimensiunea diagonalei adânciturii piramidei de pe produsul de testat. Dimensiunile amprentei piramidei sunt determinate cu ajutorul unei lupe speciale cu riglă fixă ​​și mobilă. Duritatea Vickers este determinată de dimensiunea diagonalei folosind un tabel special de conversie. Denumirile de duritate Vickers trebuie să indice ce sarcină a fost aplicată, de exemplu: H D 5 , H D 30 etc. Numerele durității Dar până la 400 de unități coincid cu numărul de duritate N B(când este testat pe un dispozitiv de tip Brinell) și cu o duritate mai mare de 400 H D depășesc cifrele N Bși cu cât mai mult, cu atât duritatea este mai mare.
Test de duritate prin indentarea dinamică a unei mingi.În multe cazuri, este necesar să se determine cel puțin aproximativ duritatea metalului pieselor mari, de exemplu, un arbore de laminoare, un jurnal puternic al axului motorului, un pat și altele care nu pot fi aduse practic sub Brinell, Rockwell. și dispozitivul Vickers. În acest caz, duritatea este determinată aproximativ folosind un dispozitiv manual Poldi (Fig. 171).

Designul dispozitivului Poldi este următorul: într-o cușcă specială există o tijă (știft de lovire) cu un guler pe care se sprijină arcul în partea inferioară a tijei există o fantă în care este introdusă o bilă de oțel; Un standard de duritate - o placă de o anumită duritate - este introdus în aceeași fantă. Un astfel de dispozitiv portabil este instalat pe partea din locul în care este necesar să se verifice duritatea, iar partea superioară a percutorului este lovită o dată cu un ciocan de mână cu o forță medie. După aceasta, dimensiunea găurii de indentare este comparată pe proba de referință și pe piesa care se măsoară, obținută simultan din minge la lovirea loviturii. Apoi, folosind un tabel special, se determină „numărul de duritate al piesei”.
În cazurile în care este necesar să se determine duritatea unui metal solid călit fără nicio urmă de măsurare sau să se determine duritatea unei piese întărite mari sau, în sfârșit, duritatea aproximativă a pieselor finisate șlefuite călite de producție în masă, Se folosește dispozitivul Shore, bazat pe principiul recul elastic (Fig. 172).
Principiul de funcționare al dispozitivului Shore este următorul: un percutor cu un vârf de diamant de o anumită greutate cade de la o înălțime pe suprafața care se măsoară și, datorită elasticității metalului testat, revine la o anumită înălțime, care este înregistrat vizual pe un tub de sticlă gradat.
Precizia citirilor de la instrumentul lui Shore este aproximativă. Dispozitivul este deosebit de inexact atunci când se testează plăci subțiri sau tuburi cu pereți subțiri, deoarece gradul de elasticitate al unei plăci sau tuburi subțiri și al pieselor masive cu o grosime mare nu sunt același la aceeași duritate.
Teste tehnologice (probe).În multe cazuri, este necesar să se determine modul în care un anumit material se va comporta atunci când este prelucrat conform cerințelor procesului tehnologic de fabricare a produsului.
În aceste cazuri, se efectuează un test tehnologic, care prevede operațiunile pe care metalele vor fi supuse în timpul fabricării piesei.
Următoarele teste tehnologice sunt cel mai des efectuate.
1. Test de îndoire în stare rece și încălzită (conform OST 1683) pentru a determina capacitatea metalului de a accepta o îndoire de o dimensiune și o formă dată. Îndoirea poate fi făcută la un anumit unghi, în jurul dornului până când laturile sunt paralele, sau apropiate, adică până când părțile laterale ale probelor se ating atât în ​​stare rece, cât și în stare fierbinte.
2. Test de îndoire (conform OST 1688 și GOST 2579-42) pentru a determina capacitatea metalului de a rezista la îndoiri repetate. Acest test este utilizat pentru sârmă și tije cu un diametru de 0,8 până la 7 mmși pentru material fâșii și foi de până la 5 mm. Proba este îndoită alternativ la dreapta și la stânga cu 90° la o viteză uniformă (aproximativ 60 de curbe pe minut) până când proba se rupe.
3. Test de extrudare. Acest test determină capacitatea unui metal de a fi format și tras la rece (de obicei tablă subțire). Testul constă în strângerea unei adâncituri din tablă până când apare prima crăpătură sub un poanson, al cărui capăt de lucru are o formă semisferică. Pentru a efectua testul, se folosesc prese manuale cu șurub de design simplu.
Pe langa incercarile specificate, materialul poate fi supus si altor tipuri de incercari tehnologice: aplatizarea, indoirea sudurilor, indoirea tevilor etc., in functie de cerintele productiei.

32272 0

Încercarea de tracțiune

Încercarea de tracțiune este o metodă de testare a materialelor relativ simplă de înțeles și explicat și este probabil cea mai des folosită metodă. În acest test, o probă de material este întinsă de-a lungul axei longitudinale folosind dispozitivul de întindere al mașinii de testare (Fig. 1.7.4). Testul se efectuează la o viteză constantă (adică la o rată constantă la care proba este întinsă) și sarcina este măsurată cu ajutorul unei celule de sarcină. În același timp, se măsoară alungirea corespunzătoare sarcinii aplicate. Alungirea poate fi măsurată în mai multe moduri, inclusiv de-a lungul traseului unei traverse în mișcare sau prin atașarea unui extensometru la material la valori de deformare foarte mici.

Orez. 1.7.4. Schema de testare a unei probe pentru a determina rezistența la tracțiune

Tensiunea și deformarea corespunzătoare pot fi calculate folosind formulele de mai sus. Din aceste date, se poate construi o curbă efort-deformare și din această curbă pot fi determinate o serie de proprietăți. Exemple tipice de curbe efort-deformare pentru unele materiale sunt prezentate în Fig. 1 .7.5.

Orez. 1.7.5. Tipul curbelor efort-deformare pentru materiale diverse tipuri. Curbele nu la scară

Un exemplu de material ductil sau ductil este oțelul moale, pentru care graficul efort-deformare arată: o regiune de elasticitate liniară, un punct de curgere clar definit și un grad ridicat de ductilitate a materialului. În schimb, graficul unui material dur, cum ar fi ghipsul, arată doar o regiune liniară de elasticitate, iar apoi defectarea are loc fără semne de deformare plastică.

Multe materiale plastice, cum ar fi metacrilatul de polimetil, sunt, de asemenea, materiale rigide, dar sunt mai puțin casante decât gipsul. Comportamentul elastomerului, așa cum este exemplificat de materialul de amprentă din silicon, este foarte neobișnuit în comparație cu alte materiale. Rezultă că pe graficul efort-deformare nu există nicio regiune de elasticitate liniară, iar regiunea de recuperare elastică a elastomerului este foarte extinsă. Alungirea sa este mult mai mare decât, de exemplu, oțel sau gips. Elastomerul este de natură elastică și, ca și cauciucul, revine la dimensiunile inițiale imediat după îndepărtarea tensiunii. În plus, cauciucul are o rezistență la tracțiune extrem de scăzută.

Gât în ​​încercarea de tracțiune

În timpul deformării elastice se observă o ușoară creștere a volumului materialului datorită faptului că distanța dintre atomii care alcătuiesc corpul solid se prelungește la întindere. Cu toate acestea, în timpul deformării plastice, astfel de modificări de volum nu sunt observate. Cu o astfel de deformare, o creștere a lungimii materialului poate duce la o scădere a ariei secțiunii transversale a acestuia. Aceasta, la rândul său, va duce la apariția unei regiuni localizate de material, care este prezentată în Fig. 1.7.6. Această zonă de reducere a secțiunii transversale a probei se numește gât. Acest fenomen este adesea observat la întinderea materialelor cu vâscozitate mare (materiale plastice).

Orez. 1.7.6. Formarea unui „gât” la întinderea unui material plastic

Rezultatele încercărilor de tracțiune pot fi foarte utile atunci când se creează noi structuri, deoarece pentru a prezice comportamentul unei structuri sub sarcină este necesară cunoașterea parametrilor de deformare elastică a materialului.

Tensiunea maximă pe care o poate rezista un material în siguranță este determinată de limita sa de curgere. În consecință, sarcina maximă pe care o poate suporta materialul depinde de limita de curgere, deși ar fi prudent să se includă un anumit factor de siguranță în calcule.

Dacă în proces Fabricarea produselor include operatii precum laminare, trefilare sau presare, este necesar sa se cunoasca cantitatea de deformare plastica la care materialul o poate suporta fara distrugere. Dacă materialul are plasticitate mare, atunci i se poate da forma dorită, dar dacă plasticitatea materialului este scăzută, atunci crearea unei forme prin aplicarea unei sarcini va fi imposibilă.

Test de compresie

Testele de tracțiune sunt dificil de efectuat, mai ales dacă materialul este casant - în astfel de cazuri există o mare dispersie de rezultate. Metodă alternativă Evaluarea rezistenței unui material este un test de compresie, care este mai ușor de efectuat dacă materialul este fragil, deoarece în acest caz dispersarea rezultatelor va fi mai mică. Un alt motiv pentru care probele fragile ar trebui testate la compresie este faptul că aceste materiale sunt utilizate în medii în care sunt aplicate sarcini de compresiune.

În fig. 1.7.7 prezintă schematic testul de compresie. Deoarece proba este ținută prin frecare în punctele de contact cu plăcile suport ale aparatului de testare, există o creștere a ariei secțiunii transversale în mijlocul probei și, în același timp, materialul capătă o formă de butoi. Acest efect de „formare a butoiului” are ca rezultat un model de distribuție a tensiunilor foarte complex în material (prezentat și în Figura 1.7.7). Este foarte greu de analizat un astfel de model. Acest lucru face dificilă interpretarea rezultatelor testului de compresie.

Orez. 1.7.7. Distribuția tensiunilor de tracțiune și forfecare într-o probă atunci când se determină rezistența la compresiune a unui material

Un test de compromis este măsurarea așa-numitei rezistențe diametrale, în care un disc din materialul testat este supus unei sarcini de compresiune. Ca urmare a aplicării acestei sarcini pe disc, într-o direcție perpendiculară pe direcția de aplicare a sarcinii de compresiune, apar tensiuni de tracțiune, care sunt prezentate schematic în Fig. 1.7.8.

Orez. 1.7.8. Schema de testare a unui eșantion pentru a determina rezistența diametrală la tracțiune a unui material

Efortul de tracțiune, a, se calculează folosind formula:

unde P este sarcina, D este diametrul discului, T este grosimea discului. Această metodă este utilizată de obicei pentru testarea materialelor dentare fragile, deoarece este simplă și produce rezultate mai reproductibile decât testarea la tracțiune.

Test de duritate

Test de duritate- aceasta este o măsură a rezistenței suprafeței unui material la influența unei scule încorporate sau presate în suprafață (indenters) sau instrument de tăiere. Se efectuează un test de duritate pentru a determina rezistența la zgârieturi sau la abraziune a unui material. În plus, există o relație aproximativă între duritatea materialului și rezistența la tracțiune.

Pentru testare se folosește un indentor sub forma unei bile (pentru testarea durității Brinell), o piramidă (pentru testarea durității Vickers sau Knupp) sau un con (pentru testarea durității Rockwell). Desigur, duritatea indentorului în sine trebuie să fie mai mare decât duritatea materialului testat. Proba este presată pe suprafața materialului pentru o anumită perioadă de timp, iar pe suprafața materialului se lasă o amprentă a unei bile, piramide sau conuri (Fig. 1.7.9).

Orez. 1.7.9 Vedere a amprentei indenter pe suprafața probei pt diverse tipuri teste de duritate

Dimensiunea imprimării rezultate va depinde de duritatea materialului testat. Dimensiunile amprentei pot fi măsurate și valoarea empirică a numărului de duritate poate fi calculată din acestea. Alegerea metodei de testare a durității depinde într-o oarecare măsură de natura materialului care trebuie testat.

Test de impact este o evaluare a rezistenței unui material la aplicarea instantanee a sarcinii. Un eșantion standard sub forma unui fascicul crestat este supus la o sarcină de impuls creată de un driver de piloți cu pendul. O reprezentare schematică a testului de impact este prezentată în Fig. 1.7.10.

Orez. 1.7.10. Poziția probei la determinarea rezistenței la impact Charlie. Un pendul cu un percutor care cade de la o anumită înălțime

Impactorul cu pendul este eliberat de la o anumită înălțime, lovește și distruge proba, care este montată pe suporturi paralele. O parte din energia pendulului este folosită pentru a sparge proba. Dacă se cunosc înălțimea inițială la care a fost amplasat pendulul și înălțimea la care s-a ridicat după distrugerea probei, atunci nu va fi dificil să se calculeze diferența de energie. Această diferență este o măsură a cantității de energie care a fost absorbită de probă, provocând distrugerea acesteia. Deși rezultatele acestui test sunt empirice, acesta poate fi folosit pentru a evalua rezistența la impact a unui număr de materiale. Prezența crestăturilor pe probă face condițiile de testare foarte dure și este, de asemenea, un indicator al sensibilității materialului la prezența crestăturilor pe suprafața sa.

Test de rezistență la oboseală

În multe situații practice, materialele sunt supuse la sarcini variabile mai des decât sarcinile statice discutate mai sus. Acumularea treptată a unor cantități mici de deformare plastică rezultată din expunerea la un ciclu de solicitări alternante este cunoscută sub numele de oboseală materială.

Oboseala poate cauza cedarea materialului la solicitări mult sub limita de curgere. Pentru a testa rezistența la oboseală, mostrele de material sunt supuse unor sarcini ciclice într-un anumit interval. În fiecare caz, se calculează numărul de cicluri necesare pentru distrugerea probelor.

Mărimea tensiunii este exprimată grafic ca o dependență logaritmică de numărul corespunzător de cicluri de stres necesare pentru a distruge proba. Curba tensiune în funcție de numărul de cicluri (curba H - H) este prezentată în Fig. 1.7.11.

Există două forme de comportament material. Pentru unele materiale, pe măsură ce numărul ciclurilor de încărcare crește, solicitările pe care materialul le poate suporta scad. Cu toate acestea, pentru alte materiale există un nivel de stres, numit limită de anduranță, sub care materialul poate fi supus unui număr nedefinit de cicluri de încărcare fără a provoca defectarea acestuia.

Rezistența la oboseală este determinată în mare măsură de caracteristicile suprafeței materialului. Îmbunătățirea calității tratamentului de suprafață sau crearea unor tensiuni de compresiune pe suprafață prin mijloace mecanice, termice sau metode chimice, duce la o creștere a curbei de oboseală N-Ch.

În plus, natura curbei H - H este clar influențată de mediul în care are loc experimentul. De exemplu, în medii corozive rezistența la oboseală a unui material este redusă.

Semnificație clinică

În unele cazuri, un material poate fi suficient de puternic pentru a rezista la stres în timpul utilizării orale inițiale, dar acest lucru nu înseamnă că va fi capabil să reziste la același stres mai târziu în serviciul clinic.

Test de fluaj

Dacă materialul pentru o lungă perioadă de timp este sub sarcină, apoi sub influență tensiune DC se poate deforma continuu, chiar daca amploarea tensiunilor care actioneaza asupra sa este semnificativ sub limita elastica. Această deformare a materialului, în funcție de timpul în care se află sub sarcină, se numește fluaj, ceea ce duce în cele din urmă la distrugerea materialului. În special, înțelegerea acestui fenomen este importantă dacă materialul este utilizat la temperaturi peste jumătate din punctul de topire sau punctul de înmuiere, așa cum este cazul, de exemplu, cu unele faze de amalgam sau multe materiale plastice. La temperaturi cu 40 - 50% sub punctul de topire absolut al materialului, fluajul este neglijabil.

În fig. Figura 1.7.12 prezintă o curbă tipică de fluaj. Se poate distinge în 4 etape de deformare:

Alungirea initiala rezultata din aplicarea unei sarcini;

Fluaj tranzițional sau primar, care se străduiește să crească continuă;

Stare de echilibru (fluaj secundar);

Flux terțiar.

Orez. 1.7.12. Curba de fluaj, în care patru etape de fluaj pot fi distinse în condiții de testare pe termen lung la temperaturi ridicate

Semnificație clinică

Proprietățile mecanice ale materialelor pot fi determinate în limite largi. Acest lucru permite comparații între diferite materiale dentare, deși implicațiile clinice ale acestor teste rămân subiectul multor dezbateri.

Fundamentele științei materialelor dentare
Richard van Noort

Proprietățile mecanice caracterizează rezistența unui metal la deformare și distrugere sub influența forțelor mecanice (sarcină).

Principalele proprietăți mecanice includ:

Rezistenţă
- plasticitate
- rezistenta la impact
- duritate

Rezistenţă– aceasta este capacitatea unui metal de a nu se prăbuși sub influența forțelor mecanice (sarcină).

Plastic este capacitatea unui metal de a-și schimba forma (deformarea) sub influența forțelor mecanice (sarcină) fără distrugere.

Determină capacitatea unui metal de a rezista forțelor mecanice de impact (dinamice) (sarcini de șoc).

Duritate este capacitatea unui metal de a rezista la pătrunderea altor materiale mai dure în el.

Tipuri și condiții de încercare mecanică a metalelor

Pentru a determina proprietățile mecanice, se efectuează următoarele tipuri de teste:

Încercări de tracțiune;
- încercări de încovoiere statică;
- teste de incovoiere la impact;
- masurarea duritatii.

Condițiile pentru testarea probelor includ: temperatura, tipul și natura aplicării sarcinii probelor.

Temperatura de testare:

Normal (+20°C);
- scăzută (sub +20°C, temperatură 0...-60°C);
- ridicat (peste +20°C, temperatura +100...+1200°C).

Tipul sarcinilor:

întinderea
comprimare
îndoi
torsiune
felie

Caracterul aplicării sarcinii:

Sarcina creste lent si lin sau ramane constanta - teste statice;
- sarcina se aplica la viteze mari; sarcina de soc - teste dinamice;
- sarcina variabila multipla repetata; modificări ale sarcinii în mărime sau în mărime și direcție (tensiune și compresie) - încercări de anduranță.

Probe de încercare mecanică

Testele mecanice sunt efectuate pe probe standard. Forma si dimensiunile probelor se stabilesc in functie de tipul de incercare.

Pentru încercările de tracțiune mecanică se folosesc probe standard cilindrice (secțiune transversală circulară) și plate (secțiune transversală dreptunghiulară). Pentru probele cilindrice se iau ca principale probe cu diametrul dо=10 mm, scurt lо=5×do = 50 mm si lung lо=10×do = 100 mm.

Probele plate au o grosime egală cu grosimea foii, iar lățimea este setată la 10, 15, 20 sau 30 mm.

Eșantion plat fără capete pentru prinderi de tracțiune

Eșantion plat cu capete

Proprietăți mecanice determinate prin încercări statice

Static sunt teste în care sarcina aplicată probei crește încet și fără probleme.

În încercările de întindere statică se determină următoarele caracteristici mecanice de bază ale metalului:

Limita de curgere (σ t);
- rezistenta la tractiune sau rezistenta temporara (σ in);
- alungirea relativă (δ);
- îngustare relativă (ψ).

este tensiunea la care proba se deformează fără o creștere vizibilă a sarcinii de tracțiune.

este solicitarea la sarcina maximă care precede defectarea probei.

este raportul dintre creșterea lungimii probei după distrugere și lungimea inițială înainte de testare.

este raportul dintre reducerea ariei secțiunii transversale a probei după distrugere și aria sa inițială înainte de testare.

În încercarea de tracțiune statică, fierul și alte metale plastice au un platou de randament atunci când proba este alungită sub o sarcină constantă Pm.

La sarcina maximă Pmax, într-o secțiune a eșantionului apare o îngustare a secțiunii transversale, așa-numitul „gât”. Distrugerea probei începe în gât. Deoarece secțiunea transversală a probei scade, distrugerea probei are loc la o sarcină mai mică decât cea maximă. În timpul încercării, dispozitivele desenează o diagramă de tracțiune din care se determină sarcinile. După testare, probele distruse sunt puse împreună și se măsoară lungimea și diametrul final al gâtului. Din aceste date se calculează rezistența și ductilitatea.

Testare de impact mecanic

Testele dinamice sunt teste în care rata de deformare este semnificativ mai mare decât în ​​testele statice.

Testele dinamice de îndoire la impact dezvăluie tendința unui metal de a suferi fracturi fragile. Metoda se bazează pe distrugerea unui eșantion cu o crestătură (concentrator de stres) cu o lovitură de pilon cu pendul.

Standardul prevede mostre cu trei tipuri de crestături:

Probă în formă de U cu raza R = 1 mm (metoda KCU);

Probă în formă de V cu raza R = 0,25 mm (metoda KCV);

proba I – formată cu o fisură de oboseală (metoda KST).

Rezistența la impact este înțeleasă ca lucrul de impact legat de aria secțiunii transversale inițiale a probei la locația concentratorului.

După testare, munca de impact necesară distrugerii probei este determinată cu ajutorul cântarelor pendulare. Aria secțiunii transversale a probei este determinată înainte de eșec.

DETERMINAREA DURIȚII METALELOR

Duritatea este proprietatea unui metal de a rezista la deformarea plastică în stratul de suprafață atunci când o bilă, un con sau o piramidă este indentată. Măsurarea durității este simplă și rapidă de efectuat și se realizează fără distrugerea produsului. Trei metode pentru determinarea durității sunt utilizate pe scară largă:

duritatea Brinell (unitatea de duritate este desemnată HB);
- Duritatea Rockwell (unitatea de duritate este desemnată HR);
- Duritatea Vickers (unitatea de duritate este desemnată HV).

Determinarea durității Brinell constă în presarea unei bile de oțel cu diametrul D = 10 mm în eșantion (produs) sub influența unei sarcini și măsurarea diametrului indentării d după îndepărtarea sarcinii.

Duritatea Brinell este desemnată prin cifre și litere HB, de exemplu, 180 HB. Cu cât diametrul imprimării este mai mic, cu atât duritatea este mai mare. Cu cât duritatea este mai mare, cu atât rezistența metalului este mai mare și o ductilitate mai mică. Cu cât metalul este mai moale, cu atât sarcina dispozitivului este mai mică. Deci, atunci când se determină duritatea oțelului și a fontei, sarcina este considerată a fi de 3000 N, pentru nichel, cupru și aluminiu - 1000 N, pentru plumb și cositor - 250 N.

Determinarea durității Rockwell constă în presarea unui vârf cu un con de diamant (scara A și C) sau a unei bile de oțel cu diametrul de 1,6 mm (scara B) în proba de testat (produs) sub acțiunea unui preliminar aplicat succesiv (Po) și principalele (P) și în adâncimea de penetrare a vârfului de măsurare (h). Duritatea Rockwell este indicată de cifrele și literele HR care indică scara. De exemplu, 60 HRC (duritate 60 pe scara C).

Determinarea durității Vickers constă în presarea unui vârf de diamant în formă de piramidă tetraedică obișnuită în eșantion (produs) sub influența unei sarcini și măsurarea diagonalei adânciturii d rămase după îndepărtarea sarcinii. Metoda este utilizată pentru a determina duritatea părților subțiri și a straturilor subțiri de suprafață cu duritate mare. Duritatea Vickers este desemnată prin cifre și litere HV, de exemplu, 200 HV.

Teste de încovoiere statică

Testele tehnologice pentru îndoirea statică sunt utilizate pentru a determina capacitatea unui metal de a accepta o îndoire dată ca formă și dimensiune. Teste similare sunt efectuate pe îmbinările sudate.

Încercările de îndoire se efectuează pe mostre din tablă și metal profilat (tijă, pătrat, unghi, canal etc.). Pentru tablă, lățimea eșantionului (b) este considerată egală cu dublul grosimii (2 t), dar nu mai mică de 10 mm. Raza dornului este indicată în specificațiile tehnice.

Există trei tipuri de îndoire:

Îndoiți-vă la un anumit unghi;
- îndoiți în jurul dornului până când părțile laterale sunt paralele;
- îndoiți până când părțile laterale se ating (aplatizare).

Absența fisurilor, rupturii, delaminărilor sau fracturilor în probă este un semn că proba a trecut testul.