Материаловедение. Общетехнический курс материаловедение

• Название: Общетехнический курс материаловедение
• Анкор: Материаловедение
• Дата: 23.03.2022
• Размер: 1.24 Mb.
• Имя файла: Материаловедение.doc
• Тип: Тематический план; #411633
• страница: 4 из 13

Динамические испытания.

Детали машин в процессе эксплуатации подвергаются не только статическим нагрузкам, но и динамическим, т.е. нагрузка возрастает резко.

Бывает быстрое (хрупкое) разрушение 0,5 - 8 скорости звука и медленное (вязкое) 0,18 скорости звука.

Метод определения ударной вязкости.

Вязкость - способность материала поглощать механическую энергию внешних сил за счет пластической деформации. По физическому смыслу вязкость - энергетическая характеристика и выражается в единицах работы. Принято различать два основных типа разрушения хрупкое и пластическое (вязкое). Для хрупкого разрушения характерным является кристаллический излом, а для вязкого - волокнистый излом.
Вязкость металлов и сплавов определяется их химическим составом, термической обработкой и другими внутренними факторами. Наряду с этим вязкость зависит от условий, в которых находится металл при работе в изделии. При определенных условиях-факторах один и тот же металл будет находиться в пластическом состоянии, при других – он перейдет в хрупкое состояние.

Хладноломкостью называют склонность металла к переходу в хрупкое состояние при понижении температуры.
Порог хладноломкости характеризует влияние снижения температуры на склонность материала к хрупкому разрушению. Его определяют по результатам ударных испытаний образцов с надрезом при понижающихся температурах. На переход от вязкого разрушения к хрупкому указывают изменения строения излома и резкое снижение ударной вязкости, наблюдаемое в интервалах температур (t_В - t_Х) (граничные значения температур вязкого и хрупкого разрушения). Порог хладноломкости обозначают интернатом температур (t_В - t_Х) либо одной температурой t₅₀ при которой в изломе образца имеется 50% волокнистой составляющей, и величина КСТ снижается.
t₅₀ зависит от структуры, температуры испытаний, концентраторов напряжений. Чем выше предел прочности, тем выше t₅₀. Способом оценки вязкости является определение ударной вязкости.
Ударная вязкость - это работа, затраченная на ударный излом образца. Определяется как отношение работы «удара» затраченной на разрушение образца к площади поперечного сечения образца.
Это ударные испытания надрезанных образцов на маятниковых копрах. Для получения сопоставимых результатов испытания проводят на стандартных образцах нескольких типов с надрезами определенной формы. Образец устанавливается на опорах копра надрезом в сторону, противоположную удару ножа маятника, который поднимают на определенную высоту. На разрушение образца затрачивается работа




К=P(H-h),

где Р- масса маятника, кг; H, h - высоты подъема маятника.

КС= К/S, где S - площадь поперечного сечения образца в

месте концентратора напряжения. Размерность - Дж/см²;

КДж/м² Ударная вязкость обозначают

КCU, KCV, КСТ Буквы КС - символы ударной вязкости,

буквы Т,V,U - вид надреза.
Рис. Схема маятникового

копра и ударного образца.

Усталостные испытания.

Усталостные испытания проводят, чтобы определить поведение металлов в условиях повторно переменного приложения нагрузки. При этом наблюдается более низкая прочность, чем при статических испытаниях. Усталостные разрушения происходят, например, у пружин автоматики, деталей кулачковых и других механизмов, работающих в режиме нагрузки и снятия нагрузки, растяжение-сжатие, у валов, передающих крутящий момент, деталей, испытывающих вибрацию. За свою жизнь металл «устает». Это происходит вследствие того, то под действием большого числа циклов в наиболее нагруженном или ослабленном месте зарождается и развивается трещина, и образуется участок усталостного излома. Усталостное разрушение имеет рад характерных признаков. Оно происходит как бы внезапно без заметных внешних признаков деформации. Под усталостью металла понимают процесс постепенного накопления повреждений под действием повторно-переменных напряжений, приводящий к уменьшению срока службы изделия, образованию трещин и разрушению. Свойство металлов противостоять усталости называют выносливостью.
Наибольшее напряжение, которое выдерживает металл без разрушения при повторении заранее заданного числа циклов переменных нагрузок, называют пределом выносливости. Для испытания материалов на усталость применяют гладкие образцы круглого или квадратного сечений. Испытания проводят при помощи изгиба, растяжения-сжатия или кручения. Испытания ведутся на серии образцов (10-15). По полученным данным строят кривую, на которой определяют предел выносливости на базе заданного числа циклов (для стали N=10). Предел выносливости, определяемый в стандартных условиях (симметричный цикл, нормальная температура, отсутствие агрессивной среды и т.д.) обозначают σ _-1 и τ _-1 Размерность предела выносливости - МПа. Предел выносливости существенно зависит от качества обработки поверхности. Между пределом выносливости и пределом прочности существует связь:σ_-1=0,6σ_B
Существует приблизительно 2 вида кривых усталости:

• 
  кривые с горизонтальным участком типичны для сталей при невысоких температурах;
  
• 
  кривые без горизонтального участка характерны для цветных сплавов, а также для всех материалов, работающих при высоких температурах или в коррозионной среде.
  

Работоспособность материала в условиях эксплуатации характеризуют следующие критерии:

1. Критерии прочности - σ_B, σ_0,2, Е, HB, HRB - определяют допустимые рабочие напряжения массу и размеры;
2. критерии надежности - δ, ψ, KCV, t₅₀ - способность сохранять заданные свойства в процессе эксплуатации;
3. критерии долговечности - σ_-1 - способность работать в заданных условиях определенное время.

Важной характеристикой конструкционной прочности является живучесть. При циклическом нагружении понимают продолжительность эксплуатации детали, от момента зарождения первой макроскопической усталостной трещины размером 0,5…1 мм, до окончательного разрушения. Живучесть имеет особое значение для надежности эксплуатации изделий, безаварийная работа которых поддерживается путем раннего обнаружения и предотвращения дальнейшего развития усталостных трещин.