У сталостные испытания

В реальных условиях эксплуатации нагрузки на некоторые детали меняются как по величине, так и по направлению, вследствие этого возникают микротрещины в металле, далее они развиваются и при относительно небольших нагрузках происходит разрушение металла (поломка детали). Коленчатые валы, шатуны, шестерни, рессоры, пружины и многие другие детали выходят из строя чаще всего по этим причинам.

Н а рис. 2.17 показан консольный вал, при вращении которого на участках галтели нагрузка за один оборот будет изменяться от максимальной до нуля. В результате многократно повторяющихся циклов нагружения в самом опасном месте (галтели) сначала образуются отдельные микротрещины, далее они увеличиваются по размеру и сливаются друг с другом, образуя большего размера трещины, и при относительно небольших нагрузках (по сравнению с начальными условиями работы) происходит разрушение вала по галтели.

Н а рис. 2.18 показана кривая усталости. При испытаниях определяют число циклов нагружения до разрушения образца металла при различных напряжениях. Напряжение _-1 называется пределом усталости, т.е. это значение такого напряжения при котором нет усталостного разрушения. Обычно испытания не проводят до появления этого горизонтального участка, а завершают для стальных образцов при 5  10⁶ циклов и для образцов из цветных сплавов при большем (20 10⁶) числе циклов.

Пределом усталости в этом случае называют предельное напряжение, при котором образец не разрушается при этом установленном количестве циклов.

2.4. Технологические свойства

Технологические свойства - это способность изготовления продукции из материала путем изменения ее формы, размеров, структуры, плотности и др. Технологические свойства показывают каким способом и насколько эффективно можно обработать материал или изготовить деталь.

При испытаниях величина нагрузки чаще всего не принимается во внимание, а рассматривается только последующий эффект по изменению геометрии изделия.

При технологических испытаниях выявляются:

-литейные свойства;

-способность обрабатываемости давлением;

- свариваемость;

-возможность обработки резанием;

-возможности химико - термической обработки и др.

При этих испытаниях оцениваются не отдельные показатели, а определяется общее состояние материала, возможности его использования, выбирается рациональная технология изготовления детали.

Технологические испытания - это простейшие виды испытания материалов на пластичность и разрушение, на возможность ковки, гибки, сварки и др.

Т ак, испытанием на выдавливание (рис.2.19) определяется способность листового материала подвергаться холодной штамповке. Образец прижимается к матрице прижимом. Пуансоном (шариком) выдавливаются лунки до появления первой трещины в металле. Глубина лунки до разрушения материала характеризует его пластичность.

И спытанием на изгиб (рис.2.20) листового материала в холодном или нагретом состоянии определяется его способность принимать заданную форму при штамповке. Образец свободно устанавливают на двух цилиндрических опорах и подвергают изгибу до появления первой трещины.

Характеристикой вязкости является величина угла изгиба, т.е. угла (рис.2.21), в пределах которого материал может быть изогнут без обнаружения целостности (без трещин и излома).

Испытанием на изгиб оценивается качество стыковых сварных швов. Характеристикой прочности сварки является угол прогиба до разрушения сварного шва. Испытания проводятся аналогично (рис.2.20) как и для листового материала.

Проба на изгиб трубы диаметром не более 115 мм в холодном или горячем состоянии нужна для определения способности металла принимать заданный по размерам и форме загиб. Образец трубы длиной не менее 200 мм, заполненной сухим песком, загибают на 90 вокруг оправки, радиус которой указан в технических условиях.

Д ля листового материала используется несколько вариантов (рис.2.22) испытаний. Проба на двойной кровельный замок (рис. 2. 22) проводится для листового металла толщиной менее 0,8 мм принимать заданную по размерам и форме деформацию. Оценивается угол загиба, число загибов и разгибов.

Пробой на перегиб (повторный загиб и разгиб) оценивается качество проволоки. Пробы на изгиб и расплющивание проводятся для труб диаметром менее 115 мм; отверстие засыпается сухим песком, далее труба гнется на 90 градусов вокруг оправки.

И спытанием на осадку (рис.2.23) в холодном состоянии проверяются материалы для изготовления болтов и заклепок. Образец, высотой в два диаметра заготовки, осаживают ударами кувалды до высоты, заданной техническими условиями.

Пробой на расплющивание определяют способность листового, полосового или пруткового материала принимать заданное расплющивание.

Проба навиванием проволоки на оправку проводится для определения возможности получения заданного числа витков.

Обрабатываемость давлением оценивается технологическими способами (изгиб, вытяжка, осадка и др.).

К литейным свойствам относятся температуры плавления и кристаллизации, плотность и жидкотекучесть расплава, литейная усадка и др. Жидкотекучесть - способность материалов в расплавленном состояниии заполнять полость (рис.2.24) стандартной формы (пробы) и точно воспроизводить необходимые очертания отливки. Жидкотекучесть зависит от состава и свойств материала, от теплофизических свойств формы и технологии литья.

Ж идкотекучесть в некоторых случаях определяется длиной спирали, полученной при заливке испытываемым сплавом специально приготовленной формы.

Усадка – свойство материалов уменьшать объем и линейные размеры при затвердевании и последующем охлаждении. Металлы и сплавы имеют линейную усадку от 1 до 3 %.

Обрабатываемость резанием металлов и сплавов характеризуется силой резания и скоростью затупления резца при точении на заданных режимах резания. Применяется несколько методов для оценки обрабатываемости материала резанием. По простейшему методу материал сверлят при постоянной нагрузке на сверло, а критерием обрабатываемости является глубина полученного отверстия за 100 оборотов сверла.

Свариваемость - способность материала образовывать неразъемные соединения с требуемыми механическими характеристиками (без трещин).

Хорошо свариваются железо и низкоуглеродистые стали. Имеются сложности при сварке чугунов и алюминиевых сплавов.

При определении режимов термической обработки проводят испытания на прокаливаемость (рис. 2.25) материала.

Н агретый (800…900 С) стальной образец охлаждается струей воды, скорость охлаждения его будет различна по длине (максимальная у торца, а далее идет ее снижение). После закалки поверхность образца шлифуют на глубину 0,4 мм и определяют твердость в разных точках по длине образца.