Презентация по материаловедению на тему "Испытание металлов"
презентация к уроку на тему

Презентация по материаловедению на тему: «Испытание металлов»Дисциплина: МатериаловедениеПреподаватель: Козулин А.И.В - Устюг2014
Методы испытания Испытание на растяжениеИспытание на твердостьИспытание на ударную вязкостьИспытания металлов на усталость
Классифицируются по характеру приложения нагрузок во времени на: статические;динамические;усталостные или повторно-переменные.
Статические испытания осуществляются путем плавного возрастающего нагружения стандартного образца вплоть до его полного разрушения. При этом в любой момент можно определить с достаточной точностью значения усилия, приложенного к образцу с помощью преобразователя силы, а также измерить деформацию при помощи преобразователя перемещения или деформации.
По способу приложения нагрузок различают следующие статические испытания на: растяжение;сжатие;изгиб;кручение;сдвиг или срез;ползучесть.твердость
испытание на ударный изгиб. ударное испытание надрезанных образцов на маятниковых копрах, главным образом на изгиб и др.
Другое назначение динамических испытаний — определение механических. свойств металлов и сплавов при повышенной скорости деформирования. Это часто - необходимо для материала конструкций, испытывающихся в эксплуатации нагружения с большой скоростью.
Повторно- переменной приложении нагрузки Изгиб при вращении и др.
Прочностью называется способность металла не поддаваться разрушению под действием внешних нагрузок. Ценность металла как машиностроительного материала наряду с другими свойствами определяется прочностью.Величина прочности указывает, какая сила необходима, чтобы преодолеть внутреннюю связь между молекулами.
 Для испытания на растяжение применяют цилиндрические или плоские образцы определенной формы и размеров по стандарту. Испытание образцов на растяжение проводится на разрывных машинах с механическим или гидравлическим приводом. Эти машины снабжены специальным приспособлением, на котором при испытании (растяжении) автоматически записывается диаграмма растяжения (рис. 1).
Рис. 1. Диаграмма растяжения
При испытании на растяжение определяют следующие характеристики механических свойств: пределы упругости σуп, текучести σт, прочности σВ, истинного сопротивления разрыву SK, относительное удлинение δ и относительное сужение ψ.Пределом упругости σуп называется напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,05 % от расчетной величины образца и определяется по формуле:
, где :
Площадь поперечного сечения образца
нагрузка
Текучесть, свойство тел пластически или вязко деформироваться под действием напряжений; характеризуется величиной, обратной вязкости.
где l0 — длина образца до испытания, мм;l1 — длина образца после разрыва, мм.У пластических металлов и сплавов относительное удлинение сравнительно большое (достигает 20%), у хрупких относительное удлинение приближается к нулю.
определяют по формуле:
Предел прочности образца при сжатии R с , кгс/см 2 , рассчитывают по формуле;где Р — разрушающая нагрузка при сжатии, кгс;a ср — среднеарифметическое наименьшего габаритного поперечного размера, подсчитанное по размерам подшлифованных граней, см;Ь ср — то же, наибольшего габаритного поперечного размера, см;h — высота образца, см.Предел прочности породы и коэффициент вариации рассчитывают по результатам испытания всех образцов данной пробы по обычным формулам математической статистики.
Сопротивление разрыву — это усилие, требуемое для разрыва полоски материала. До определенного предела материал демонстрирует упругие и эластичные свойства.Определяется по формуле; F=Ex где ;F— разрушающее, усилие, Е - константа, х — удлинение.
Твердостью называется способность металла сопротивляться внедрению в него инородного тела. Определение твердости является наиболее часто применяемым методом испытания металлов. Для определения твердости не требуется изготовления специальных образцов, т. е. испытание проводится без разрушения детали
Существуют различные методы определения твердости вдавливанием, царапанием, упругой отдачей, а также магнитный метод. Наиболее распространенным является метод вдавливания в металл стального шарика, алмазного конуса или алмазной пирамиды. Для испытания на твердость применяют специальные приборы, несложные по устройству и простые в обращении.Определение вязкости по Бринеллю. В поверхность испытываемого металла с определенной силой вдавливают стальной закаленный шарик диаметром 10, 5 пли 2,5 мм (рис. 2). В результате на поверхности металла получается отпечаток (лунка). Диаметр отпечатка измеряют специальной лупой или микроскопом с делениями.
Рис. 2. Схема испытания на твердость по Бринеллю
где Р – нагрузка на шарик, Н (кгс); F – поверхность отпечатка, мм2; D – диаметр вдавливаемого шарика, мм; d – диаметр отпечатка, мм.Для того чтобы не вычислять твердость по приведенной выше формуле, на практике пользуются специальной таблицей, в которой диаметру отпечатка соответствует определенное число твердости НВ.
Число твердости по Бринеллю НВ характеризуется отношением нагрузки, действующей на шарик, к поверхности отпечатка:
, кг/мм2
Для характеристики твердости часто пользуются диаметром отпечатка dHB (мм) без перевода в число твердости. Диаметр шарика и нагрузку устанавливают в зависимости от испытуемого металла, твердости и его толщины. Например, при испытании стали и чугуна Р = 30D2, меди и ее сплавов Р = 10D2, баббитов Р = 2,5D2.Метод Бринелля не рекомендуется применять для металлов твердостью более 450 НВ, так как шарик может деформироваться и результат получится неправильным. Нельзя также испытывать тонкие материалы, которые при вдавливании шарика продавливаются.
Определение твердости по Роквеллу. В поверхность испытываемого металла вдавливают алмазный конус с углом 120° или стальной закаленный шарик диаметром 1,59 мм. Испытание шариком применяют при определении твердости мягких материалов, а алмазным конусом при испытании твердых материалов.Шарик и конус вдавливают в испытываемый образец под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок предварительной Р0 и основной P1 общая нагрузка Р равна их сумме (рис. 3)
Предварительная нагрузка во всех случаях равна 100, Н а основная и общая составляют :Испытание проводят конусом, твердость определяют по шкале А, обозначают HRA P1 = 500 Н, Р=600 Н2. Испытание проводится шариком , твердость определяется по шкале В обозначают HRB Р1 = 900 Н, Р = 1000 Н3. Испытание проводят конусом, твердость определяется по шкале HRC Р1 = 1400 Н, Р = 1500 Н
Рис. 3. Схема   испытания на твердость по Роквеллу.
Определение твердости по Роквеллу имеет широкое применение, так как дает возможность испытывать твердые и мягкие материалы; при этом отпечатки от конуса или шарика очень малы, поэтому можно испытывать готовые детали без их порчи; испытание выполняется легко и быстро (30 – 60 с); не требуется никаких измерений – число твердости читается прямо на шкале. Значения твердости по Роквеллу можно перевести в значения твердости по Бринеллю. Определение твердости и силы , чем испытывают и нагрузки.
Определение твердости по Виккерсу. В поверх­ность металла вдавливают четырехгранную алмазную пирамиду с углом равным 136°. По нагрузке, приходящейся на единицу поверхности отпечатка, определяют твердость, обозначаемое HV:где Р – нагрузка на пирамиду, Н (кгс); d – среднее арифметическое длины обеих диагоналей отпечатка после снятия нагрузки, мм; α – угол   между   противоположными гранями пирамиды.
При испытании применяют нагрузки, равные 50, 100, 200, 300, 500, 1000 Н (соответственно 5, 10, 20, 30, 50, 100 кгс). Возможность применения малых нагрузок – 50, 100 Н (5, 10 кгс) позволяет испытывать материалы тонкого сечения и твердые поверхностные слои (например, цианированные, азотированные). Для определения числа твердости HV по величине диагонали отпечатка используют специальную таблицу. Числа твердости до 400 HV единиц совпадают с числами твердости НВ (по Бринеллю), а при твердости более 400 HV они превышают числа твердости НВ и тем больше, чем выше твердость. 
Рис. 4. Схема испыта­ния на твердость по Вик­керсу.
Очень часто детали в процессе работы испытывают действие не только плавно возрастающих нагрузок, но одновременно подвергаются и ударным (динамическим) нагрузкам. Поэтому необходимо знать, насколько хорошо сопротивляется металл действию на него этих нагрузок.Метод основан на разрушении образца с концентратором посередине одним ударом маятникового копра. Концы образца располагают на опорах. В результате испытания определяют полную работу, затраченную при ударе (работу удара), и ударную вязкость.
Испытание на удар проводится на специальном приборе, называемом маятниковым копром, изломом надрезанного образца, свободно установленного на две опоры копра (рис. 5 и 6), падающим с определенной высоты массивным маятником.Под ударной вязкостью следует понимать работу удара, отнесенную к начальной площади поперечного сечения образца в месте концентратора. 
Рис. 5. Расположение образца на опорах.
Рис. 6. Схема положения образца при испытании на ударную вязкость.
Ударную вязкость вычисляют по формуле:Дж/см, (кгс ∙м/см)
Дж/см, (кгс ∙м/см),
Энергия маятника до удара
Энергия маятника после удара
Где: Ан- работа удараF- площадь поперечного образца вместе надреза
Ударная вязкость из всех характеристик механических свойств наиболее чувствительна к снижению температуры. Поэтому испытания на ударную вязкость при пониженных температурах используют для определения порога хладноломкости температуры или интервала температур, в котором происходит снижение ударной вязкости. Хладноломкость – свойство металлического материала терять вязкость, хрупко разрушаться при понижении температуры. Хладноломкость проявляется у железа, стали, металлов и сплавов, имеющих объёмноцентрированную или гексагональную плотноупакованную решетку. Она отсутствует у металлов с гранецентрированной кубической решеткой.На переход от вязкого разрушения к хрупкому указывают изменения строения излома и резкое снижение ударной вязкости (рис. 7) в интервале температур (tв – tх) (граничные значения температур вязкого и хрупкого разрушения).Строение излома изменяется от волокнистого матового при вязком разрушении (t ≥ tв) до кристаллического блестящего при хрупком разрушении (t < tx). Порог хладноломкости обозначают интервалом температур (tв – tн) либо одной температурой t50 которой в изломе образца имеется 50 % волокнистой составляющей, и КСТ снижается наполовину.
Рис. 7. Влияние температуры испытания на процент вязкой составляющей в изломе (В) и ударную вязкость материала KCU, KCT
Усталость – это разрушение металла под воздействием повторных или закономерных напряжений.Способность металла противостоять усталости называется выносливостью. При испытании на усталость определяется предел выносливости, т.е. максимальное число циклов переменных нагрузок не вызывающих разрушение. Испытания поводит по симметричному и асимметричному циклу. При симметричном цикле нагрузки одиноковы по величине но противоположны по знаку, при ассиметричном цикле нагрузки не одинаковы по величине и знаку.
Методы определения усталости очень сложны. Поэтому до сих пор исследования проводились чаще на сплавах в надежде, что в этом случае можно скорее установить основные зависимости. Однако эти надежды до сих пор оправдались. Многие важные в практическом отношении закономерности, до сих пор остались неосвещенными даже в применении к прокатываемым сплавам. Все же в настоящее время имеется достаточно данных, относящихся также и к литейным сплавам, которые позволяют установить, что испытания на усталость не могут быть заменены какими-либо другими. 
В простейшем и наиболее частом случае они выбираются между равными значениями противоположного знака, которые могут быть различными для каждого отдельного образца. Излом образца происходит тогда после известного числа таких перемен нагрузки. Подобные довольно ясно отражают процесс, но конструктора обычно интересует также, какие цифровые данные он может положить в основу своих расчетов. Этот вопрос затруднителен уже тем, что мы должны строить кривую по отдельным точкам, или, другими словами, как мы должны выводить среднее из результатов испытаний. Для литейных сплавов часто считают решающими самые низкие из полученных результатов. 
Список используемой учебной литературы :1. Технологии металлов и конструкционные материалы под руководством профессора Б.А. Кузьмина; г. Москва: “Машиностроение”, 1989.Материаловедение: учебник Б. Н. Арзамаса, г.Москва: ”Машиностроение”, 1994.