Файл: Контроль качества продукции машиностроения учебное пособие..pdf

ний, приводящий к зарождению, а затем и к развитию трещины в поверх­ ностном слое. Процесс разрушения металлов и сплавов в результате много­ кратного повторно-переменного нагружения называется усталостью метал­ лов. Под выносливостью понимают свойство металла противостоять уста­ лости. Число повторных нагружений, которое металл выдерживает до раз­ рушения, называется долговечностью.

Если по оси ординат (рис. 54) отло­ жить напряжение о, а по оси абсцисс — долговечность, выраженную числом по­ вторных нагружений N до разрушения образца, то получим кривую выносливо­ сти. Из этой кривой, впервые полученной Веллером, следует, что существует такое наибольшее напряжение, ниже которого металлы не разрушаются от усталости. Это наибольшее напряжение, которое вы­ держивает материал, не разрушаясь при достаточно большом числе циклов нагру­ жения, называется пределом выносливо­ сти и для симметричного цикла нагруже­ ния обозначется o -i.

Число повторно-переменных нагру­ жений (база испытаний) условно приня­ то для сталей в 10 млн., а для цветных сплавов — 100 млн. циклов.

Разрушение от усталости происходит без заметных признаков пласти­ ческой деформации и внешне приводит к внезапным отказам машин, хотя развивается постепенно. Излом в результате явления усталости, как пра­ вило, имеет характерный вид; на его поверхности различаются две зоны. Первая мелкозернистая, имеющая гладкую поверхность и характерные кон­ центрические линии, является зоной постепенного разрушения. Вторая — имеет обычное кристаллическое строение, напоминает хрупкий излом и яв­ ляется зоной мгновенного разрушения (зоной долома).

На выносливость металлов большое влияние оказывают неоднородно­ сти: неметаллические включения, газовые пузыри; состояние поверхности, ее твердость, наличие в поверхностном слое остаточных напряжений и др.

Методы испытания металлов при повторно-переменных нагрузках рег­ ламентированы в ГОСТ 2860—65. Стандарт распространяется: на черные и цветные металлы и сплавы, испытываемые при различных видах нагруже­ ний; при наличии и отсутствии концентратов напряжений; при различных температурах, а также при действии агрессивных сред.

Для построения кривой выносливости и определения предела выносли­ вости испытывают не менее десяти образцов, каждый до разрушения или до базового числа циклов.

ГОСТ 2860—65 предусматривает несколько разновидностей образцов для испытания на усталость: гладкие круглого и прямоугольного профиля (три типа), а также образцы с различной формой надрезов (четыре типа) и несколько других видов образцов. Все образцы изготовляются по вто­ рому классу точности, поверхность образцов должна соответствовать 9—10 классу чистоты по ГОСТ 2789—59, не иметь следов коррозии и других

дефектов.

Результаты испытаний образцов подвергаются статистической обработ­

время все шире применяются ускоренные методы испытаний металлов на усталостную долговечность. Существуют различные методы форсирования испытаний на выносливость, однако окончательные результаты таких ис­ пытаний не всегда сопоставимы между собой.

233

§ 36. И спы тания м е т а л л о в при п о вы ш ен н ы х т е м п е р а т у р а х

Многие детали машин работают при повышенных температурах, поэто­ му материал, из которого они изготавливаются, должен обладать рядом специфических свойств, в частности жаропрочностью.

Жаропрочность — это свойство металлов и сплавов длительно сопро­ тивляться развитию пластической деформации и разрушению под дейст­ вием постоянных нагрузок при высоких температурах. Численно жаро­ прочность может быть выражена: пределом кратковременной прочности, пределом ползучести и пределом длительной прочности. Для определения предела кратковременной прочности используются обычные машины для

9651—61 * предусматривает проведение испытаний па растяжение до темпе­

температуре, а температура выше температуры рекристаллизации.

Кривая ползучести (рис. 55) характеризует удлинение образца ДI в за ­

гое и пластическое) удлинение или заданную скорость ползучести.

При испытании на ползучесть деформация образца фиксируется с точ­ ностью не менее 0,002 мм. Результаты испытаний серии образцов при за­ данной температуре и разных напряжениях изображаются графически в координатах «время — относительное удлинение» — так называемые пер­ вичные кривые ползучести. Затем определяется условный предел ползуче­

234

туре 700° С за 1000 ч испытания, суммарное удлинение составит 1% перво­ начальной длины, или с2 °?о-5 20 кгс мм2 — при напряжении 20 кгс/мм2

и температуре 600°С средняя скорость ползучести равна 2-10~5% перво­ начальной длины в час.

Методика испытания па ползучесть, а также основные требования к образцам и испытательным машинам регламентирует ГОСТ 3248—60. Ис­ пытания на ползучесть трудоемки и длительны (до 5000— 10000 ч), прово­ дятся одновременно на большом количестве установок.

Характеристика ползучести преимущественно определяется у жаропроч­ ных металлов и сплавов при действии на образец одноосного растяжения. Другие виды нагружения применяются редко.

Длительная прочность является характеристикой сопротивления разру­ шению при длительном действии статической нагрузки и высокой темпера­ туры. Характеристикой длительной прочности является предел длительной прочности — величина напряжения, которое вызывает разрушение образца при данной температуре через определенный промежуток времени.

б

N

N..

N

N

N

Ч \

Log г

Рис. 56. Зависимость длительной прочности от времени испытания (температура посто­ янная)

Предел длительной прочности обозначается буквой а с индексами: на­

100 ч после начала испытаний.

Метод испытания на длительную прочность установлен ГОСТ 10145—62 (до 1200° С для черных и цветных металлов и сплавов). Порядок проведе­ ния испытаний кратко заключается в следующем.

Помещенный в электрическую печь образец нагревают до заданной температуры, выдерживают при этой температуре до полного прогрева, а затем плавно прикладывают нагрузку. В процессе испытаний фиксируется время, через которое образец разрушается.

Результаты испытаний серии образцов при разных температурах нано­ сятся на график с координатами «напряжение— время до разрушения» (рис. 56). При испытаниях на длительную прочность можно определить также относительное удлинение б и относительное сужение ф аналогично тому, как это делается при испытаниях на растяжение.

Для испытаний на длительную прочность может использоваться то же

•оборудование, что и для испытания на ползучесть (ГОСТ 3248—60), кроме

235

того ГОСТ 1553—70 предусматривает требования к машинам для испыта­ ния на длительную прочность. Если, как было сказано, предел кратковре­ менной прочности при высоких температурах служит для оценки технологи­ ческих свойств материала, то предел ползучести и предел длительной проч­ ности— характеристики, служащие для оценки долговечности деталей, ра­ ботающих при высоких температурах.

Предел ползучести используется для расчета деталей, длительное вре­ мя работающих при высоких температурах, когда явление ползучести оп­ ределяет их поведение в условиях эксплуатации.

Предел длительной прочности является одной из основных характери­ стик материала деталей, работающих при высоких температурах относи­ тельно непродолжительное время, когда процесс ползучести еще находится в начальной стадии развития.

§ 37. Твердость металлов

Твердостью обычно называют свойство металла сопротивляться внед­ рению в него другого, более твердого тела, не получающего при этом пла­ стической деформации. Такое определение не является исчерпывающим, од­ нако пригодно для наиболее распространенных и стандартизованных мето­ дов определения твердости металлов, основанных на принципе статического вдавливания стандартного наконечника— нидентора. В качестве пиденторов служат закаленный стальной шарик, алмазная пирамида или конус. На поверхности испытуемой детали при вдавливании индентора получается от­ печаток, который и является критерием для оценки ее твердости.

Рис. 57. Схема измерения твердости по методу Бринелля

Определение твердости металлов имеет большое практическое значение

236

8 до 450 единиц. Метод основан на вдавливании в испытуемый материал под действием силы Р стального шарика диаметром D и последующем изме­ рении полученного отпечатка. Твердость по Бринеллю (число твердости) НВ выражается отношением нагрузки к площади поверхности сферического от­ печатка, имеющего форму шарикового сегмента (рис. 57):

________ 2Р

При других условиях измерения твердости обозначение НВ дополняет­ ся указанием условий. Например, НВ 5/250/30=200 означает, что при диа­ метре шарика 5 мм, нагрузке 250 кгс (2500 кн) и времени выдержки под нагрузкой 30 сек число твердости по Бринеллю равно 200. Размерность (сила/площадь) при числе твердости по Бринеллю не ставится.

237

выдержки нндентора иод нагрузкой установлена: для сталей 10— 15 сек, для цветных сплавов 30±2 сек. Нагрузки при измерении твердости по Виккерсу

мазной пирамиде в течение 30 сек. Для упрощения определения числа твер­ дости по Виккерсу расчет по приведенной формуле не производится, а поль­ зуются готовыми таблицами, приложенными к ГОСТ 2999—59.

Метод Виккерса особенно удобен для измерения твердости поверхност­

мают глубину отпечатка, измеряемую в процессе испытания.

Определение твердости этим методом производится вдавливанием в ис­ пытуемый объект алмазного конуса или стального шарика под действием

скруглена в виде сферы с радиусом 0,200±0,005 мм. Номинальный диаметр

А'= 100, а при испытании шариком А'=130;

lit — глубина проникновения нндентора в испытуемый образец под дей­ ствием общей нагрузки (глубину измеряют после снятия основной нагрузки Р |, мм);

/г0 — глубина проникновения нндентора в испытуемый образец под дей­ ствием предварительной нагрузки Я0, мм;

Последовательность операций при определении твердости по Роквеллу схематически показана на рис. 59.

Рис. 59. Схема определения твердости по Роквеллу алмазным конусом (шкала «с»)

238