Металдар мен болаттардың механикалық қасиеттері – параметрлері, белгілері және сынау әдістері

Металлдар мен болаттың механикалық қасиеттері материалға әсер ететін жүктемелердің әсерінен оның мінез-құлқын анықтайды. Олар, басқалармен қатар, оны бағалауға мүмкіндік береді беріктік, пластикалық, серпімділік, қаттылық, қаттылық, соққыға төзімділік, шаршауға төзімділік және сынуға төзімділікОлар нақты құрылымдық және өнеркәсіптік қолданбаларға арналған материалдарды таңдағанда қолданылатын негізгі критерийлердің бірі болып табылады.
Ең жиі хабарланатын параметрлерге мыналар жатады: созылу беріктігі Rm, беріктік шегі Re немесе Rp0,2, созылу A, тотықсыздану Z, Янг модулі E, соққы беріктігі KV/KU және қаттылық HBW, HV және HRC.
Механикалық қасиеттердің мәндері тек материал түріне ғана тәуелді емес. Оларға оның әсері де әсер етеді. химиялық құрамы, микроқұрылымы, жеткізу шарты, термиялық өңдеу, пластикалық өңдеу, сынақ температурасы, үлгіні жинау бағыты және өнім өлшемдері.

Металдар мен болаттардың ең маңызды механикалық қасиеттері

Созылу беріктігі Rm

Созылу беріктігі Rm материалдың механикалық қасиеттерін анықтайтын негізгі параметрлердің бірі болып табылады. Ол статикалық созылу сынағы кезінде қол жеткізілетін ең жоғары инженерлік кернеуге сәйкес келеді.
Rm келесі формула бойынша есептеледі:
Rm = Fm / S₀
Қайда:

• Rm – созылу беріктігі,
• Fm – сынақ кезінде қол жеткізілген ең үлкен күш,
• S₀ – үлгінің бастапқы көлденең қимасының ауданы.

Rm мәні көбінесе МПа- мен беріледі , мұндағы 1 МПа = 1 Н/мм². Rm үлгі сыну сәтінде пайда болатын кернеумен теңестірілмеуі керек. Созылмалы материалдар жағдайында максималды күш мойынтірек пайда болғанға дейін және материал ақырында сынғанға дейін жетуі мүмкін.

Re, ReH және ReL беріктік шегі

Кесу нүктесі материалдың серпімділіктен тұрақты пластикалық деформацияға өтуімен байланысты кернеуді анықтайды.
Айқын ағын құбылысын көрсететін материалдарда мыналарды анықтауға болады:

• ReH – жоғарғы кірістілік нүктесі,
• ReL – төмен кірістілік нүктесі.

Ағыс нүктесінен асып кеткеннен кейін, жүктеме алынып тасталғаннан кейін материал бастапқы өлшемдеріне толығымен оралмайды.

Кәдімгі беріктік шегі Rp0,2

Барлық материалдардың ағып кету температурасы бірдей емес. Мұндай жағдайларда кейбір материалдар қолданылады, соның ішінде: дәстүрлі беріктік шегі Rp0,2.
Rp0,2 сәйкес кернеуді анықтайды 0,2% тұрақты пластикалық деформация түсіргеннен кейін үлгінің ұзындығын өлшеу.
Бұл параметр көбінесе тот баспайтын болаттар, никель қорытпалары, алюминий қорытпалары және классикалық беріктігі біржақты анықталмайтын басқа материалдар үшін қолданылады.

А үзілісінен кейінгі созылу

А үзілісінен кейінгі созылу материалдың пластиктілігін анықтайтын негізгі параметрлердің бірі болып табылады. А мәні үлгі сынғаннан кейін оның калибр ұзындығының бастапқы калибр ұзындығымен салыстырғанда пайыздық тұрақты өсуін анықтайды.
Ұзарту келесі формула бойынша есептеледі:
A = ((L)_u - Л₀) / Л₀) × 100%
Қайда:

• L₀ – үлгінің бастапқы өлшеу ұзындығы,
• L_u – сынғаннан кейін өлшенген ұзындық.

Материалдық құжаттамада А және тарихи түрде қолданылған A5 сияқты белгілерді қоса алғанда, әртүрлі созылу белгілері болуы мүмкін. Әртүрлі калибрлі ұзындықтармен белгіленген мәндерді үлгі геометриясы мен сынақ жағдайларын ескермей автоматты түрде салыстыруға болмайды.

Z тарылуы

Z тарылуы сыну нүктесіндегі үлгінің көлденең қимасының пайыздық төмендеуін анықтайды. Бұл А созылуымен қатар, материалдың бұзылу алдында пластикалық деформацияға ұшырау қабілетін бағалауға мүмкіндік беретін тағы бір параметр.
Тарылу келесі формула бойынша есептеледі:
Z = ((S₀ - S_u) / С₀) × 100%

Янг модулі E

Янг модулі E, сондай-ақ серпімділік модулі деп аталады, сызықтық-серпімділік диапазонындағы материалдың қаттылығын анықтайды. Янг модулінің мәні неғұрлым жоғары болса, берілген кернеуде серпімді деформация соғұрлым аз болады.
Янг модулі материалдың беріктігімен бірдей емес. Материалдың сәйкесінше жоғары Янг модулін көрсетпестен жоғары Rm мәні болуы мүмкін.

Пуассон қатынасы ν

Пуассон қатынасы ν материал серпімді созылған немесе сығылған кездегі көлденең және бойлық деформация арасындағы байланысты сипаттайды. Бұл өлшемсіз шама.

Кирхгоф модулі G

Кирхгоф модулі G , сондай-ақ ығысу модулі немесе ығысу модулі деп аталады, серпімді диапазондағы ығысу кернеуі мен ығысу деформациясы арасындағы байланысты анықтайды.

Соққы күші және сыну энергиясы KV және KU

Соққы иілу сынағы кенеттен жүктеме кезінде материалдың энергияны сіңіру қабілетін анықтайды. Шарпи сынағы белгілі бір ойық түрі бар үлгілерді пайдаланады. Ойық түріне байланысты әртүрлі ойықтар қолданылады, соның ішінде: KV мен KU.
Тест нәтижесі әдетте келесі түрде көрсетіледі J i үлгінің сынуы кезінде сіңірілетін энергияны білдіреді. Бұл параметр төмен температурада жұмыс істейтін материалдарды және динамикалық жүктемелерге ұшырайтын құрылымдарды бағалау кезінде әсіресе маңызды.

Материалдың қаттылығы

Қаттылық материалдың жергілікті деформацияға төзімділігін анықтайды, көбінесе ойықты басудан туындайды.
Металдардың қаттылығын өлшеудің ең көп таралған әдістеріне мыналар жатады:

• HBW – Бринелл қаттылығы,
• HV – Виккерс қаттылығы,
• HRC – Роквелл қаттылығы бойынша С шкаласы бойынша,
• HRB – В шкаласы бойынша Роквелл қаттылығы,
• HK – Knoop қаттылығы.

Әртүрлі әдістермен алынған мәндер тікелей эквивалентті емес. Түрлендіру кестелері белгілі бір жағдайларда олардың қолданылу аясы мен шектеулерін ескере отырып қолданылуы мүмкін.

Шаршау күші

Материалдық шаршау қайталанатын немесе айнымалы жүктемелердің әсерінен жарықшақтың пайда болуына және дамуына әкелетін процесс. Шаршау сәтсіздігі созылу беріктігінің Rm мәнінен айтарлықтай төмен кернеулерде пайда болуы мүмкін.
Шаршау өмірге, басқалармен қатар, мыналар әсер етеді:

• жүктеменің мәні мен сипаты,
• циклдар саны,
• бетінің жағдайы,
• ойықтар және стресс концентрациясы,
• материалдың микроқұрылымы,
• температура,
• жұмыс ортасы.

Материалдардың шаршау сипаттамалары көбінесе Вёлер қисықтарын (SN) пайдаланып көрсетіледі.

Жарылуға төзімділік K_IC

Сыну беріктігі жарықшақ немесе басқа үзіліссіз материалдың жарықшақтың одан әрі өсуіне қарсы тұру қабілетін сипаттайды. Сыну механикасының параметрлерінің бірі - жазықтық деформация кернеуінің қарқындылық коэффициентінің маңызды мәні K _{IC .}

Қысым күші

Сығымдау беріктігі материалдың оны қысатын жүктеменің әсерінен болатын мінез-құлқын сипаттайды. Бұл параметрдің маңыздылығы материал түріне байланысты. Сынғыш материалдар жағдайында ол беріктіктің негізгі параметрлерінің бірі болуы мүмкін, ал созылғыш металдар үлгінің классикалық сынуынсыз қысу кезінде айтарлықтай деформацияға ұшырауы мүмкін.

Иілу беріктігі

Иілу беріктігі материалдың иілуіне әкелетін жүктеме астындағы мінез-құлқын сипаттайды. Иілу сынақтары, басқалармен қатар, материалдарды, дәнекерлеулерді және дайын компоненттерді бағалау үшін қолданылады.

Кесу күші

Қиғаштық күштер материалға әсер етіп, ығысу кернеулерін тудырған кезде пайда болады. Қиғаштық кедергі бұрандалар, болттар, шегелер және басқа механикалық бекіткіштер сияқты қолданбаларда маңызды.

Материалдың сырғып кетуі

Жерге міну ұзақ мерзімді кернеудің әсерінен, әсіресе жоғары температурада пайда болатын материалдың уақытқа тәуелді деформациясы.
Жоғары температурада жұмыс істеуге арналған материалдар үшін бөлме температурасында анықталған Rm мәні материалдың жарамдылығын бағалау үшін жеткіліксіз.
Басқалармен қатар, мыналар талданады:

• сырғыма деформациясы,
• айырылысу уақыты,
• сырғымаға төзімділік,
• сырғып кету шегі,
• қасиеттердің температура мен уақытқа тәуелділігі.

Электр энергиясын өндіруде, қазандықтарда, жоғары температуралы құбырларда, турбиналарда және өнеркәсіптік қондырғыларда қолданылатын материалдар үшін жылжу параметрлері ерекше маңызды.

Серпімділік, пластикалық, созылғыштық және сынғыштық

Серпімділік материал серпімді деформация диапазонында қалған жағдайда, жүктеме алынып тасталғаннан кейін бастапқы өлшемдеріне оралу мүмкіндігін білдіреді.
Пластикалық материалдың өзінің біртектілігін жоғалтпай тұрақты деформациялану қабілетін білдіреді.
Созылмалылық материалдың істен шыққанға дейін айтарлықтай пластикалық деформацияға ұшырау қабілетін сипаттайды.
Кручощ салыстырмалы түрде аз пластикалық деформация кезінде материалдың сынуға бейімділігін білдіреді.
Бұл терминдерді Rm, Rp0,2 немесе қаттылықпен алмастыруға болмайды. Ұқсас созылу беріктігі бар материалдар мүлдем басқа икемділік, соққы беріктігі немесе сыну беріктігі көрсетуі мүмкін.

Rm, Rp0,2 және A – болаттың механикалық қасиеттерін қалай оқуға болады?

Материалдық карталарда көбінесе параметрлер жиынтығы болады:

• Rm – созылу беріктігі,
• Rp0,2 – дәстүрлі беріктік шегі,
• A – үзілістен кейінгі созылу.

Бұл параметрлер материалдың әртүрлі қасиеттерін сипаттайды және бірге талдануы керек. Мысалы, Rm 900–1100 МПа, Rp0,2 мин 700 МПа, A мин 10% материалдың көрсетілген созылу беріктігіне жететінін, көрсетілген минималды беріктікке ие екенін және сыну алдында қажетті деформация қабілетін сақтайтынын білдіреді.

Термиялық өңдеудің механикалық қасиеттерге әсері

Бірдей болат маркасының механикалық қасиеттері қолданылатын материалға байланысты кеңінен өзгеруі мүмкін. жылумен өңдеуҚаттылық қаттылық пен беріктікті айтарлықтай арттыра алады, сонымен қатар икемділік пен соққы беріктігін төмендетеді. Шынықтыру қаттылық, беріктік және икемділік арасында ымыраға келуге мүмкіндік береді. Екінші жағынан, күйдіру, басқалармен қатар, қаттылықтың төмендеуіне, кернеудің төмендеуіне немесе материалдың микроқұрылымының өзгеруіне әкелуі мүмкін.
Сондықтан механикалық қасиеттердің мәндерін әрқашан бірге қарастыру керек жеткізу мәртебесі және материалды өңдеу тарихы.

Температураның механикалық қасиеттерге әсері

Металдардың механикалық қасиеттері температурамен өзгереді. Жоғары температура, басқалармен қатар, беріктік пен беріктіктің төмендеуіне, серпімділік модулінің өзгеруіне және айтарлықтай сырғымалардың пайда болуына әкелуі мүмкін.
Төмен температурада кейбір материалдардың пластикалық деформацияға ұшырау қабілетінің төмендеуі және сынғыштыққа сезімталдықтың жоғарылауы мүмкін. Сондықтан механикалық қасиеттердің мәндері мыналармен байланысты болуы керек олар анықталған температура.

Металдардың статикалық созылу сынағы

Механикалық қасиеттерді тексерудің ең маңызды әдістерінің бірі - статикалық созылу сынағыСынақ кезінде үлгі бақыланатын жағдайларда созылады және құрылғы қолданылған күш пен деформацияны жазып алады.
Нәтижелерге сүйене отырып, сіз басқалармен қатар мыналарды анықтай аласыз:

• созылу беріктігі Rm,
• беріктік шегі Re,
• дәстүрлі беріктік шегі Rp0,2,
• созылу A,
• Z тарылуы

Бөлме температурасында металдарды созылу сынағының негізгі стандарттарының бірі - EN ISO 6892-1.

Механикалық қасиеттер және материалды таңдау

Бір материалдың екіншісінен жақсырақ екенін анықтайтын бірде-бір механикалық қасиет жоқ. Созылу беріктігі өте жоғары материалдың соққы беріктігі жеткіліксіз болуы мүмкін. Өте қатты материал сынғыш сынуға бейім болуы мүмкін, ал жоғары икемділік немесе шаршауға төзімділік қажет болған жағдайда беріктігі төмен материал артықшылыққа ие болуы мүмкін.
Сондықтан, материалды таңдағанда, басқалармен қатар, мыналарды талдау қажет:

• төзімділік,
• беріктік беріктігі,
• пластикалық,
• қаттылық,
• соққы күші,
• шаршауға төзімділік,
• жарылуға төзімділік,
• жұмыс температурасы,
• сырғымаға төзімділік,
• қоршаған орта және коррозиялық жағдайлар.

Механикалық қасиеттер - тізім

• Созылу беріктігі Rm
• Re, ReH және ReL беріктік шегі
• Кәдімгі беріктік шегі Rp0,2
• A және A5 кеңейтімдері
• Z тарылуы
• Янг модулі E
• Пуассон қатынасы ν
• Кирхгоф модулі G
• KV және KU соққы күші – Шарпи сынағы
• Металл қаттылығы – HBW, HRC, HRB, HV және Knoop
• Шаршау күші және материалдық шаршау
• Жарылуға төзімділік K_IC
• Қысым күші
• Иілу беріктігі
• Кесу күші
• Жоғары температурадағы материалдардың жылжуы және механикалық қасиеттері
• Металдардың статикалық созылу сынағы
• Стресс-деформация қисығы