2.2. Классификация металлических конструкционных материалов

Классифицируют металлические конструкционные материалы по различным признакам: по технологическому исполнению, по основным эксплуатационным характеристикам и назначению, по виду сплава и т.п. На первом этапе изучения металлов и сплавов важно уметь определить по марке, к какой группе сплавов они относятся и в каком виде поступают и используются (прокат, отливки и т.п.).

По технологическому исполнению металлические конструкционные материалы подразделяют на деформируемые, литейные и спеченные, что находит отражение в обозначении их марок.

По виду сплава различают черные металлы и спла­вы цветных металлов. Черные металлы - стали и чугуны.

.

3. Определение прочностных и пластических свойств металлов и сплавов, их твердости

3.1. Методика испытаний

Механические свойства металлов и сплавов - это величины, по­лученные при стандартизованных механических испытаниях образцов и характеризующие сопротивляемость материалов пластической деформа­ции и разрушению при заданных условиях испытаний.

Основными видами механических испытаний являются испытания на растяжение, изгиб, определение твердости, испытания на удар, усталостную выносливость.

И

Рис.1.Схема испытаний на растяжение: а - образец до испы­таний; б - после ис­пытаний

спытания на растяжение проводят по схеме, показанной на рис.1. Образец обычного круглого сечения с диаметром d₀ (мм) и расчетной длиной l₀ (мм) устанавливают в захва­ты разрывной машины и начинают рас­тягивать до разрушения, постепенно увеличивая нагрузку Р(Н). Маши­на вычерчивает кривую растяжения (рис.2) в координатах "P-Δl", где Р - усилие, Δl - деформация, которая позволяет определить уси­лие на образец в момент появления площадки текучести Р_т и макси­мальное усилие Р_в.

При усилии Р_т образец плас­тически деформируется. По величине определяют предел текучести σ_т:

Рис.2. Диаграмма растя­жения образцов пластичных мате­риалов

^. (2)

где S₀ – первоначальная площадь сечения образца, м²

Предел текучести σ_т характе­ризует сопротивляемость материала пластической деформации. При макси­мальной нагрузке Р_в начинается разрушение образца. По величине Р_в определяют временное сопротивление разрушению при растяжении (предел прочности) σ_в:

Рис. 3. Схема определения твердости по Бринеллю

^. (3)

Предел прочности σ_в характеризует сопротивляемость матери­ала разрушению.

При испытаниях на растяжение определяют и пластические свой­ства металлов и сплавов, которые характеризуются относительным уд­линением δ и относительным сужением ψ

; (4)

; (5)

где l₀ - первоначальная длина образца, мм;

l₁ - длина образца после разрушения, мм;

S₀ - первоначальная площадь сечения образца, м²;

S₁ - площадь сечения образца в месте образования "шейки", м².

твердость по Бринеллю определяют путем вдавливания стального шарика диаметром 10 мм в испытуемый материал (рис.3). Она обозначается числом твердости без указания размерности и следующим за ним знаков НВ.

Твердость определяют по формуле

HB= P/S, МПа, (6)

где Р - усилие вдавливания шарика Н;

S - площадь поверхности отпе­чатка, м² , которая зави­сит от диаметра отпечатка d.

Если усилие Р по­стоянно, то твердость НВ зависит только от d. Измерив диаметр отпечатка с помощью универсальной лупы, по таблицам определяют твердость НВ данного материала.

Недостатки метода Бринелля:

а) Невозможность испытания материалов, имеющих твердость более 4500 НВ, так как при этом деформируется стальной шарик и результаты испытания будут неточными;

б) Невозможность испытания на твердость тонкого изделия (менее 1-2 мм) так как шарик продавливает такой слой материала;

в) После испытания остаются заметные следы на поверхности изделия.

Достоинства метода Бринелля:

а) Простота, достаточная точность, невысокие требования к чистоте поверхности образца;

б) Кроме того, по числу твердости НВ легко определить характеристики прочности металла - временное сопротивление.