Методы определения качества изделий из металла

1.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Саратовский государственный технический университет
имени Гагарина Ю.А.»
Институт машиностроения материаловедения и транспорта
Кафедра «Организация перевозок, безопасность движения и сервис автомобилей»
Контрольная работа на тему
на тему: «Определение прочностных характеристик металла»
Выполнил: студент группы м-зЭТТК-21
Трифонов Андрей Дмитриевич

2.

Понятие прочности и основные характеристики
Прочность - способность материала сопротивляться разрушениям и деформациям, происходящим под влиянием сил,
прилагаемых извне. Прочный металл эффективно сопротивляется магнитным, механическим разрушающим либо
деформирующим, термическим (высокотемпературным) или другим нагрузкам, а также сохраняет первоначальную
структуру, исходную целостность.
Прочность – это обобщённое понятие, которое охватывает характеристики:
Предел текучести – одна из механических характеристик материалов с обозначением σТ, описывающая
напряжение, при котором деформации статического типа увеличиваются при том, что нагрузки не растут.
Предел упругости, обозначаемый σY. Так называется максимально возможное напряжение при нагрузке, после
прекращения воздействия которой отсутствуют пластические (остаточные) деформации.
Предел прочности – это механическое максимальное напряжение, после увеличения которого материал начинает
разрушаться. Это порог, после которого тело потеряет свою целостность.
Предел пропорциональности (σПЦ) считается максимумом напряжения, при котором находится в действии закон
Гука: деформирование тела является прямо пропорциональным оказываемому на него силовому воздействию.
Предел
выносливости
(либо
усталости)
σR
описывает
способность
материала
принимать
нагрузки,
провоцирующие цикличные напряжения. Это максимум напряжения цикла, не вызывающего усталостных
разрушений после многочисленных нагружений, происходящих циклично.

3.

Рис. 1 Диаграмма растяжения металлов

4.

Таблица.1. Механические свойства основных промышленных сплавов

5.

По воздействию предел прочности бывает:
Статическим. Нагрузки увеличиваются от нулевого до предельного значения длительно, медленно. После достижения пика они продолжительно
сохраняются на постоянном уровне. Статический предел прочности – порог механического стабильного напряжения, при превышении которого тело
разрушится.
Динамическим. При таких нагрузках, влияющих кратковременно и действующих, например, после ударов, происходит ускорение частиц в
структуре либо тела, либо контактирующих с ним элементов. Динамическим прочностным пределом называется пороговое значение механического
переменного напряжения (при ударных влияниях), после возрастания которого выполненное из определённого материала тело лишится своей
целостности. Период нагружения обычно не более нескольких секунд от старта действия нагрузки. По прошествии данного времени происходит
разрушение.
По видам прилагаемых усилий прочностные пределы бывают следующими:
Сжатия. Сдавливающие силы приводят к уменьшению исходного объёма. Предельное значение прочности – порог, после которого сжатие
разрушает предмет либо меняет его структуру и геометрию, то есть деформирует. Примеры – фундаменты котлов.
Растяжения. Предельный здесь показатель, после увеличения которого тело разрушается в результате растягивающего воздействия,
оказываемого в направлении оси. При растяжении предмет удлиняется. С момента начала приложения силы до значительного истончения или разрыва
обычно проходит не очень много времени. Примеры – приводные ремни в автомобилях, тросы в грузоподъёмном или другом оборудовании.
Кручения. Действуют либо разнонаправленные парные силы, либо единственная, влияющая на зафиксированное в одном конце тело. Примеры –
валы машинных двигателей, мощных станков.
Изгиба. Под влиянием внешних прикладываемых сил (сгибания) тело меняет кривизну, а после превышения порога разрушается. Чем металл
прочнее, тем дольше он противостоит изгибу без разрыва. Чем больше цементирующих, укрепляющих добавок в материале, тем выше предельное
значение.

6.

Определение прочности металла
Основной метод, позволяющий определять прочностные характеристики металлов — это испытание на статическое растяжение, без
результатов которого сегодня не обходится выпуск ни одной металлопродукции.
Для исследования на статическое растяжение подготавливается образец металла цилиндрической формы или в виде пластины стандартных
размеров, который равномерно растягивают с неизменной скоростью. Испытание заканчивается, когда образец разрывается на две части.
Во время растяжения датчики разрывной машины фиксируют прилагаемую нагрузку и размеры образца, и воспроизводят информацию в виде
диаграммы. Для материалов разных классов прочности могут требоваться разные нагрузки, поэтому разрывные машины подразделяются на три
основных уровня в зависимости от максимального растягивающего усилия в 5, 10 и 40 тонн.
Рис. 2 Диаграмма растяжения материалов

7.

Измерительные методики бывают неразрушающими и разрушающими. В последнем случае образцы
изучаются либо до существенных структурных изменений, либо до полного их разрушения, становясь негодными
после тестирований. При неразрушающих способах целостность заготовок сохраняется, благодаря чему они могут
использоваться повторно, например, для других тестов.
К неразрушающим исследованиям относят:
визуальные осмотры, в том числе с использованием луп;
тестирования магнитных частиц;
оценку проникновения красящих составов;
ультразвук;
радиографию;
анализ герметичности;
вихретоковый контроль.
Разрушающие исследовательские методики – это механические проверки на усталость, твёрдость, износ,
удары, изгибы, растяжения, твёрдость. Обычно такие способы проводятся параллельно с неразрушающими. Один
образец делится на две части, испытывается разными методами. Результаты сверяются, сопоставляются.

8.

Рис. 3 Проверка металлического изделия на производстве

9.

Рис. 4 Диаграмма деформации при испытании металлов на растяжение

10.

Сама прочность зависит, прежде всего, от состава материала. В сплаве всегда присутствуют примеси. Одни
добавки легируют, то есть улучшают характеристики. Другие, напротив, портят материал. К легирующим
компонентам сталей относят вольфрам, хром, ванадий, кремний, марганец, титан, кобальт, фосфор, углерод. А
водород, сера и другие химические элементы, наоборот, придают хрупкость.
Прочность влияет на следующие характеристики:
Износостойкость – степень подверженности истиранию.
Сопротивление давлению или иным влияниям: кручению, растягиванию, ударам, вибрациям.
Сохранение первоначальных форм, строения при механических нагрузках.
Сроки службы металлоизделий.
Допустимость разных заготовительных технологий, способов термообработки: варки, литья, резки, штамповки,
фрезеровки, обжиги, закалки.
Возможность придания деталям и заготовкам нужной конфигурации, включая сложную.
Сфера применения металлов, изготовленных из них изделий.