Поставь образец в машину и испытай сам: растяжение, изгиб, кручение, удар, твердость и усталость. Диаграмма, излом и протокол испытания появляются сразу.
По марке на чертеже не видно, какая сталь пришла на склад. Поэтому из каждой партии металла вытачивают образцы и испытывают их: растягивают, сжимают, гнут, крутят, ломают маятником, вдавливают в них шарик и много раз нагружают по кругу. Каждое испытание отвечает на свой вопрос: сколько металл выдержит, насколько вытянется перед разрывом, не станет ли хрупким на морозе, сколько циклов проработает.
Здесь 12 материалов и 7 испытаний. Поставь образец в машину, нажми «Испытать», и рядом построится диаграмма, а после разрушения крупно покажется излом. Все результаты попадают в протокол, два образца можно сравнить на одной диаграмме, а задания подскажут, что попробовать.
Отметь «на диаграмму» у двух испытаний одного вида, и их кривые лягут рядом с текущей.
| № | Материал | Испытание | Условия | Результат | Сравнить |
|---|
ⓘ Свойства материалов типовые и примерные, у конкретной плавки и термообработки они отличаются на 10 - 20 %. Образцы стандартные: для растяжения d0 = 10 мм, l0 = 50 мм; для удара брусок 10 × 10 × 55 мм с V-надрезом; для изгиба брусок 10 × 10 мм на пролете 100 мм; для кручения вал d = 10 мм, рабочая длина 100 мм. Время испытания сжато: настоящая усталостная проба длится сутки. Протокол и выполненные задания сохраняются в этом браузере.
Машина меряет силу, удлинение, момент, угол и работу. Чтобы результат не зависел от размеров образца, их делят на площадь или момент сопротивления сечения. Карточки берут числа из последних испытаний в протоколе.
Сколько выдержал материал при растяжении?
Напряжение это сила на квадратный миллиметр начального сечения. Удлинение после разрыва считают по меткам на образце: две половинки складывают и меряют, на сколько разошлись метки.
Какое напряжение при кручении и изгибе?
При кручении момент делят на полярный момент сопротивления, при изгибе на осевой. Так напряжение в самой нагруженной точке на поверхности можно сравнить с пределами из растяжения.
Как оценить вязкость и прочность без разрыва?
Ударная вязкость это работа удара, отнесенная к сечению под надрезом. Для образца с V-надрезом то же число называют KCV. По твердости сталь можно рассортировать без испытания на разрыв: формула работает для углеродистых и низколегированных сталей.
Начни с упругой прямой: ее наклон это модуль упругости E. У низкоуглеродистой стали прямая обрывается горизонтальной площадкой. Напряжение на площадке и есть предел текучести σт. У легированной стали, алюминия и бронзы площадки нет. Тогда проводят прямую параллельно упругой, сдвинутую на 0,2 % по оси ε. Где она пересечет кривую, там условный предел текучести σ0,2: после такого напряжения в детали остается удлинение 0,2 %.
Верхняя точка кривой дает временное сопротивление σв. После нее начинается шейка, и сила падает. Удлинение после разрыва δ меньше полного удлинения в момент разрыва: при разрыве упругая часть уходит, и образец укорачивается по прямой, параллельной упругой. Поэтому δ читают на оси ε в точке, куда приходит эта прямая.
У хрупкого чугуна кривая обрывается почти сразу после начала, без площадки и без шейки. По одной диаграмме видно, чего ждать от детали при перегрузке: пластичная сталь сначала заметно согнется или вытянется, хрупкий материал сломается без предупреждения.
На металлургическом и машиностроительном заводе от каждой плавки отбирают пробы и рвут их на разрывной машине, ломают на копре, меряют твердость. Если хоть один образец не дотянул до нормы, плавку переводят в другую марку или в брак.
Прокат, поковки и пальцы от поставщика проверяют до того, как они пойдут в ремонт. Самое быстрое: замер твердости переносным твердомером. Сталь 40Х после улучшения должна показать 269 - 302 HB; 180 HB значит, что термообработку не делали.
К каждой партии листа и трубы прилагается сертификат: марка, химический состав, σт, σв, δ и KCU или KCV при заданной температуре. Для северного исполнения в нем должна стоять ударная вязкость при −40 °C или −60 °C.
Сломанный палец, вал или болт сначала смотрят по излому. Пляжные линии говорят об усталости, и искать надо концентратор и переменную нагрузку. Блестящий кристаллический излом без следов течения указывает на хрупкость: мороз, перекал, сварку без подогрева.
Палец стрелы должен быть твердым снаружи, чтобы не изнашивался, и вязким внутри, чтобы не лопнул от удара ковша о скалу. Поэтому его делают из улучшенной 40Х или 40ХН и закаливают токами высокой частоты только поверхность. Втулку делают мягче пальца: из бронзы или капролона, чтобы изнашивалась она, а не дорогой палец.
Перед сваркой ответственной конструкции сваривают пробные пластины и испытывают их: растяжение поперек шва, загиб на 120° и удар по зоне термического влияния. После наплавки зубьев и ножей меряют твердость слоя: слишком мягкий износится, слишком твердый отколется.
Модель учебная, числа примерные. Свойства взяты такими же, как в справочнике «Сравнение материалов», и соответствуют типовым значениям из справочников; для закаленной стали 45, сосны и капролона они оценочные. Диаграммы растяжения условные: напряжение считается на начальную площадь, кривые построены по нескольким опорным точкам (σт, σв, равномерное удлинение, δ). Испытание на сжатие пластичных материалов останавливается на осадке 50 %. При изгибе и кручении после начала текучести напряжения σ = M / W и τ = T / Wp условные: в настоящей детали напряжение по сечению уже не линейное. Временное сопротивление при кручении для пластичных металлов принято около 0,75 σв, предел текучести при сдвиге 0,58 σт.
Ударная вязкость задана по справочнику при +20 °C и −40 °C, значение при −20 °C промежуточное. Копер с энергией около 290 Дж, маятник 20 кг на плече 0,8 м. Твердость по Бринеллю: шарик 10 мм, сила подобрана по материалу (3000 кгс для стали и чугуна, 1000 для алюминия и бронзы, 250 для капролона, 50 для сосны); перевод в HRC и HRB приближенный, по таблице. Усталость: гладкий полированный образец при вращении с изгибом, кривая Велера построена степенной зависимостью между точкой 10³ циклов и пределом выносливости; база 10⁷ циклов для сталей и чугунов, 10⁸ для остальных. Разброс долговечности, который у настоящих образцов достигает нескольких раз, показан слабо. Для решений по технике нужны сертификаты, стандарты и испытания конкретного металла.