Tehnik-ast.ru

Электро Техник
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Испытание на растяжение

Испытание на растяжение

Испытание на растяжение металла заключаются в растяжении образца с построением графика зависимости удлинения образца (Δl) от прилагаемой нагрузки (P), с последующим перестроением этой диаграммы в диаграмму условных напряжений (σ — ε)

Испытания на растяжение проводятся по ГОСТ 1497, по этому же ГОСТу определяются и образцы на которых проводятся испытания.

Образцы для испытания на растяжение

Как уже говорилось выше, при испытаниях строится диаграмма растяжения металла. На ней есть несколько характерных участков:

Испытание на растяжение

  1. Участок ОА — участок пропорциональности между нагрузкой Р и удлинением ∆l. Это участок, на котором сохраняется закон Гука. Данная пропорциональность была открыта Робертом Гуком в 1670 г. и в дальнейшем получила название закона Гука.
  2. Участок ОВ — участок упругой деформации. Т.е., если к образцу приложить нагрузку, не превышающую Ру, а потом разгрузить, то при разгрузке деформации образца будут уменьшаться по тому же закону, по которому они увеличивались при нагружении

Зуб текучести на диаграмме растяжения металла

Выше точки В диаграмма растяжения отходит от прямой — деформация начинает расти быстрее нагрузки, и диаграмма принимает криволинейный вид. При нагрузке, соответствующей Рт (точка С ), диаграмма переходит в горизонтальный участок. В этой стадии образец получает значительное остаточное удлинение практически без увеличения нагрузки. Получение такого участка на диаграмме растяжения объясняется свойством материала деформироваться при постоянной нагрузке. Это свойство называется текучестью материала, а участок диаграммы растяжения, параллельный оси абсцисс, называется площадкой текучести.
Иногда площадка текучести носит волнообразный характер. Это чаще касается растяжения пластичных материалов и объясняется тем, что вначале образуется местное утонение сечения, затем это утонение переходит на соседний объем материала и этот процесс развивается до тех пор, пока в результате распространения такой волны не возникает общее равномерное удлинение, отвечающее площадке текучести. Когда имеется зуб текучести, при определении механических свойств материала, вводят понятия о верхнем и нижнем пределах текучести.

После появления площадки текучести, материал снова приобретает способность сопротивляться растяжению и диаграмма поднимается вверх. В точке D усилие достигает максимального значения Pmax. При достижении усилия Pmax на образце появляется резкое местное сужение — шейка. Уменьшение площади сечения шейки вызывает падение нагрузки и в момент, соответствующий точке K диаграммы, происходит разрыв образца.

Прилагаемая нагрузка для растяжения образца зависит от геометрии этого образца. Чем больше площадь сечения, тем более высокая нагрузка необходима для растяжения образца. По этой причине, получаемая машинная диаграмма не дает качественной оценки механических свойств материала. Чтобы исключить влияние геометрии образца, машинную диаграмму перестраивают в координатах σ − ε путем деления ординат P на первоначальную площадь сечения образца A0 и абсцисс ∆l на lо. Перестроенная таким образом диаграмма называется диаграммой условных напряжений. Уже по этой, новой диаграмме, определяют механические характеристики материала.

Определяются следующие механические характеристики:

Предел пропорциональности σпц – наибольшее напряжение, после которого нарушается справедливость закона Гука σ = Еε , где Е – модуль продольной упругости, или модуль упругости первого рода. При этом Е =σ/ε = tgα , т. е. модуль E это тангенс угла наклона прямолинейной части диаграммы к оси абсциссФормула определения предела пропорциональности

Предел упругости σу — условное напряжение, соответствующее появлению остаточных деформаций определенной заданной вели­чины (0,05; 0,001; 0,003; 0,005%); допуск на остаточную деформа­цию указывается в индексе при σуФормула определения предела упругости

Читайте так же:
Как обжимать интернет кабель по цветам

Предел текучести σт – напряжение, при котором происходит увеличение деформации без заметного увеличения растягивающей нагрузки

Формула расчета предела текучестиТакже выделяют условный предел текучести — это условное напряжение, при котором остаточная деформация достигает определенной величины (обычно 0,2% от рабочей длины образца; тогда условный предел текучести обозначают как σ0,2). Величину σ0,2 определяют, как правило, для материалов, у которых на диаграмме отсутствует площадка или зуб текучести

Предел прочности (временное сопротивление разрыву) σв – напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке Pmax , предшествующей разрыву образца

Формула расчета предела прочности

Кроме характеристик прочности материала, при испытании на растяжение определяют также характеристики пластичности — относительное удлинение δ и относительное сужение ψ

Формула расчета относительного удлинения

где lо – первоначальная расчетная длина образца, а lк – конечная расчетная длина образца

Уточнение характеристик стали при техническом обследовании конструкций

Уточнение характеристик стали при техническом обследовании конструкций

В условиях эксплуатации при техническом обследовании конструкций зданий и сооружений количество проб и образцов, взятых из металла конструкций, должно быть минимальным при обеспечении достаточной надежности результатов. Кроме того, объем вырезанного металла также должен быть минимальным. Очевидно, что увеличение количества и объема образцов не только повышает трудоемкость исследований, но и снижает надежность и долговечность конструкций. Таким образом, для проведения испытаний необходимо определить количество и размеры образцов и места их отбора.
Свойства и качество стали зависит от многих факторов и, прежде всего, от типа и геометрических характеристик профилей и завода-поставщика металла. С целью идентификации материала, металл конструкций, подлежащий исследованию, разбивается на партии. К партии металла относятся элементы одинакового вида проката (по номерам, толщинам и маркам стали), входящие в состав однотипных конструкций (ферм, подкрановых балок, колонн и т.п.) одной очереди строительства. Размер партии металла не должен превышать 60 тонн и относится не более чем к 25 однотипным отправочным маркам.
Число проб (образцов) от каждой партии металла должно быть не меньше указанных в таблице.

Количество элементов проверяемых в партии

Количество проб (образцов)

всего от партии

Испытания на растяжение

Испытания на ударную вязкость (для каждой температуры и после механического старения)

Отпечаток по Бауману

Размеры образцов и проб

Места отбора проб и образцов при техническом обследовании

Анализ результатов испытаний и назначение расчетных характеристик

Химический анализ проб устанавливает процентное содержание элементов стали. При рассмотрении результатов анализа следует обратить внимание на содержание основных вредных примесей – серы и фосфора, соответственно делающие сталь красно- и хладноломкой. Повышенное содержание вредных примесей в зависимости от условий эксплуатации может исключить дальнейшее использование конструкций.
Особое внимание следует обратить на степень раскисленности стали, которая устанавливается ориентировочно по содержанию кремния, основного раскислителя стали.
Содержание кремния в процентах составляет:
– для спокойной стали – 0,12 – 0,35;
– для полуспокойной – 0,05 – 0,17;
– для кипящей – не более 0,05.
Для уточнения степени раскисления, а также при использовании раскислителей, не содержащих кремний, определяется распределение сернистых включений способом отпечатков по Бауману.
Обработку шлифов и снятие отпечатков по Бауману производят в следующем порядке. На подготовленный шлиф накладывают на свету лист обычной фотобумаги, смоченный в 5%-ном растворе серной кислоты. После выдержки 5–10 мин на фотобумаге появляется изображение макроструктуры с расположением сернистых включений («сульфидных строчек»). Полученный отпечаток необходимо промыть и закрепить.

Читайте так же:
Болгарки с регулировкой оборотов metabo

Места вырезки образцов

Обработку шлифов и снятие отпечатков по Бауману производят в следующем порядке. На подготовленный шлиф накладывают на свету лист обычной фотобумаги, смоченный в 5%-ном растворе серной кислоты. После выдержки 5–10 мин на фотобумаге появляется изображение макроструктуры с расположением сернистых включений («сульфидных строчек»). Полученный отпечаток необходимо промыть и закрепить.
На отпечатке макрошлифа кипящей стали проступают многочисленные темные полосы – сульфидные строчки, полуспокойной – одиночные редкие сульфидные строчки, спокойной – сульфидные строчки отсутствуют или имеются редкие точечные сульфидные включения.
По результатам химического анализа проб можно оценить свариваемость стали, что особенно важно для сталей довоенной выплавки. Свариваемость стали является комплексной характеристикой, включающей прочность соединения при различных условиях работы; сопротивляемость образованию холодных и горячих трещин; хладноломкость и т.д.
В эксплуатируемых сварных конструкциях косвенной оценкой свариваемости материала является состояние сварных соединений. Если при обследовании не обнаружено трещин, вызванных самим процессом сварки, то дополнительных оценок свариваемости можно не проводить. В клепаных и других конструкциях, не имеющих сварных соединений, оценка свариваемости необходима в том случае, если при их усилении предполагается использование сварки.
Использование специальных технологических проб требует вырезки заготовок из конструкций и достаточно трудоемких испытаний, поэтому их применение может быть рекомендовано только в исключительных случаях. Обычно свариваемость стали эксплуатируемых конструкций оценивают по углеродному эквиваленту:

где
Сэ — углеродный эквивалент;
Ас= 12 — атомный вес углерода;
Ai — атомный вес i-го элемента;
Ui — процентное содержание i-го элемента.
Сталь считается хорошо свариваемой при Сэ ≤ 0,45 %. Обычная малоуглеродистая сталь хорошо сваривается при количестве углерода С ≤ 0,22%, серы С ≤ 0,055 %, фосфора S ≤ ,050 % и кремния Si ≤ 0,22 %.
По углеродному эквиваленту для элементов, не имеющих концентраторов напряжений, может быть определен по эмпирической формуле предел выносливости стали

Основные прочностные характеристики стали устанавливаются по результатам механических испытаний. Так как определение несущей способности существующих конструкций в настоящее время ведется по методике предельных состояний, по результатам испытаний необходимо назначить нормативное Rm и расчетное R сопротивления стали.
Если для каждой партии металлоконструкций испытано 10 и более образцов, то для определения нормативного сопротивления могут использоваться статистические методы. В качестве нормативного сопротивления при этом принимается значение предела текучести, имеющее обеспеченность не ниже 95%, что соответствует основным положениям методики расчета строительных конструкций по предельным состояниям.
Как показывают результаты статистических исследований плотность распределения предела текучести стали достаточно близко соответствует нормальному распределению.

– среднее значение и среднее квадратичное отклонение предела текучести выборки;
k – число стандартов, которое необходимо взять для получения заданной обеспеченности.

При бесконечно большой выборке и значениях выборочных характеристик, приближающихся к параметрам генеральной совокупности, обеспеченности 95 % соответствует k = 1,65. Для ограниченной выборки n статистические характеристики распределения могут отличаться от параметров генеральной совокупности и тем больше, чем меньше выборка. Учитывая это, значение k определяется по формуле

  • для ответственных конструкций наступление предельного состояния связано с обрушением γ = 0,9;
  • без опасности обрушения γ = 0,7;
  • для конструкций с чисто экономической ответственностью γ = 0,5.
Читайте так же:
Как просеять песок для пескоструя

Экспресс-анализ и косвенные методы оценки прочности стали

Изложенные выше методы, как уже было отмечено, обладают весьма высокой трудоемкостью и не всегда могут быть выполнены. В условиях эксплуатации и реконструкции следует переходить на косвенные неразрушающие методы. В настоящее время, такие методы интенсивно развиваются, но еще находятся на стадии исследования и апробации.
Замена традиционного химического анализа лабораторным способом представляется возможным на основании использования лазерной техники. Экспресс-анализ, основанный на лазере, заключается в следующем: на выбранном и очищенном участке поверхности конструкции лучом лазера сжигается металл, пары которого анализируются спектрографом. Такой метод позволит значительно расширить количество проб и повысить, таким образом, надежность исследований. В настоящее время ведется разработка компактной аппаратуры, пригодной к использованию в условиях эксплуатации.
Для получения наиболее полной информации о механических свойствах стали можно воспользоваться косвенными методами оценки прочности без вырезки образцов. Одним из таких методов является оценка прочности стали по результатам измерения твердости. Под твердостью понимается сопротивление, которое данный материал оказывает проникновению в него другого, более твердого. В отличие от других методов механических испытаний определение твердости не приводит к разрушению образцов или элементов конструкций. Существующие приборы отличаются простотой и компактностью и позволяют проводить испытания непосредственно на конструкциях.
Наиболее распространенными способами оценки твердости являются методы Бринеля и Польди.
По результатам определения твердости по эмпирическим зависимостям определяется значение временного сопротивления σв и условного предела текучести σ0,2.
Для строительных сталей твердость по Бринелю НВ обычно не превышает 260 и значения прочностных характеристик в кН/см 2 может быть определено по формулам

Проверка сварочных соединений механическими методами воздействия. Разновидности испытаний сварочных соединений

Тесты сварных соединений механическим методом используются для выявления их характеристик. Механические исследования чаще всего проводят на специально сделанных для этого образцах, которые изготавливаются по той же технологии, что и сварочное соединение. Иногда испытания проводятся на фрагментах, вырезанных из самого сварочного соединения. Размеры и форма взятых для испытания элементов должны соответствовать ГОСТ 6996-66.

Механические методы контроля сварочных соединений

При выполнении контроля сварочных соединений способы его осуществления делятся на две группы:

    (когда испытуемый фрагмент подвергается уничтожению); (сварочное соединение остается целым).

Чаще всего на практике стараются проводить неразрушающие опыты, но в некоторых случаях для получения достоверной информации о характеристиках сварного шва необходимо подвергнуть испытуемый образец разрушению. В зависимости от характера действующих на образец сил испытания делятся на следующие:

  • статические, когда нагрузка на фрагмент плавно возрастает или в течение длительного времени остается неизменной (испытания на прочность и пластичность);
  • динамические, когда нагрузка происходит мгновенно (удар) и действует короткое время (испытание на ударную вязкость);
  • испытание на выносливость, когда нагрузка постоянно меняется по ходу испытания.

Испытания металла на пластичность путём растяжения

Пластичность — это способность материала принимать новую форму и оставаться в ней, не разрушаясь под воздействием нагрузок. Для испытания металла на пластичность образец помещается в специальную испытательную машину, которая будет его загибать. Такие машины называют разрывными, они обеспечивают небольшую скорость при растяжении образца для определения пластичности.

Требования к образцам и испытанию определяет ГОСТ 1497-84, требования к оборудованию — ГОСТ 7855-84.

Показателем пластичности при этом тестировании служит относительное удлинение: чем оно больше, тем больше пластичность. Для проверки на пластичность сварочных соединений берутся плоские образцы, вырезанные поперек шва, и испытываются на загиб.

Чем больше угол загиба при испытании, тем выше пластичность соединения: угол в 180° говорит о хорошей пластичности. Образец при этом загибается до образования трещины. При данном контроле качества сварного шва временное сопротивление на разрыв должно составлять не меньше 38 кгс/мм, угол загиба — не менее 100°.

Читайте так же:
Как точить резцы по дереву

Прочность. Определение прочности металла

Прочность — это способность материала выдерживать внешние нагрузки, не разрушаясь. Считается основным свойством, которым должен обладать любой металл либо металлоконструкция. Мерой прочности считается та нагрузка, которую выдерживает каждый миллиметр сечения детали.

Для проверки сварных узлов на прочность также используются разрывные машины, которые растягивают подготовленные образцы. При этом площадь поперечного сечения образца постепенно становится меньше, его длина увеличивается, и он становится тоньше. Затем образец прекращает растягиваться по всей длине и продолжает растягиваться только в одном месте, которое называется «шейка», потом образец разрывается.

Существенное удлинение происходит только у вязких металлов, у хрупких (чугун, твердая сталь) процесс происходит значительно быстрее.

Максимальную нагрузку, которую образец выдержал до разрушения, измеряют прибором — силоизмерителем, встроенным в испытательную машину. Эту нагрузку затем делят на прочность поперечного сечения до растяжения и в итоге получают величину, называемую пределом прочности (σв).

Для проведения испытаний при повышенных температурах в испытательную машину обычно встраивается муфельная электрическая печь, которая равномерно нагревает испытуемый узел в течение 30 минут.

Определение ударной вязкости образцов сварных соединений

Ударная вязкость — это способность материала поглощать энергию, которая выделилась при разрушении и деформации вследствие ударной нагрузки. При испытании на ударную вязкость используют специальный квадратный образец с надрезом со стороны раскрытия кромок, который устанавливают на маятниковый копер в сторону, противоположную удару ножа маятника. Таким образом при испытании на удар оценивают работоспособность металла в сложных условиях и оценивают его склонность к разрушению.

Надежность работы металла в критических условиях, при которых проявляется концентрация напряжения, напрямую зависит от ударной вязкости. Концентрацию напряжений вызывают: понижение температуры, скорость нагружения и геометрические концентраторы.

Ударная вязкость падает при снижении температуры, поэтому часто проводятся опыты с предварительным охлаждением образцов да -40°С и -80°С.

Влияние химико-термической обработки на свойства стали 20 , страница 2

Оценивалось влияние нагрева в интервале 20-450°С с выдержкой 10 часов, охлаждением на воздухе (предварительная закалка с 850°С, выдержкой 30 минут и охлаждением в воду). Результаты эксперимента представлены в таблице 4.2 и на рисунке 4.5, 4.6, 4.7, 4.8.

Предел текучести условный σ0,2

При нагреве до 80°С наблюдается подъем предела текучести 335-380МПа. В интервале 80-100°С значение предела текучести остается неизменным 380МПа.

При 100°С наблюдается монотонный спад предела текучести и продолжается до 200°С, где его значение составляет 313МПа.

При дальнейшем нагреве 300-450°С четкой зависимости изменения предела текучести от температуры нагрева не выявлено.

Временное сопротивление разрыву σв

Влияние нагрева на временное сопротивление разрыву оценивалось по той же цепочке, что и предел текучести.

Читайте так же:
Irfz44n как проверить тестером

Нагрев до 80°С приводит к повышению значения временного сопротивления разрыва, где оно достигает 500МПа. При дальнейшем подъеме температуры 80-150°С наблюдается резкий спад значения до 388МПа.

В интервале 200-250°С временное сопротивление разрыву остается на одном уровне 405МПа. Нагрев выше 250 и до 300°С приводит резкому скачку значения до 495МПа.

При дальнейшем повышение температуры 300-450°С четкой зависимости изменения временного сопротивления разрыву о температуры не выявлено.

Относительное удлинение δ

Оценивалось влияние нагрева в интервале 20-450°С с выдержкой 10 часов, охлаждением на воздухе (предварительная закалка с 850°С, выдержкой 30 минут и охлаждением в воде).

Анализируя полученные данные видно, что до 80°С значение относительного удлинения остается примерно на одном уровне или несколько снижается 32,3-31,0%.

При дальнейшем подъеме температуры с 80 до 200°С наблюдается монотонное повышение значения относительного удлинения 38,2%.

Нагрев выше 200 и до 300°С приводит к снижению относительного удлинения до 31,5%. В интервале 300-350°С значение остается на том же уровне или несколько повышается 33,0%. Последующий нагрев до 450°С приводит к скачку относительного удлинения до 36,5%.

Относительное сужение ψ

Анализ влияния нагрева проводился по той же цепочке, что и относительное удлинение.

При нагреве до 80°С наблюдается небольшой спад значения относительного сужения с 62,5 до 57,5%. Дальнейшее повышение температуры нагрева до 150°С приводит к увеличению относительного сужения и оно достигает своего максимального значения 69,0%.

Нагрев выше 150°С и до 250°С приводит к монотонному снижению относительного сужения с 69,0 до 66,0%.

При последующем нагреве 300-450 °С четкой зависимости изменения относительного сужения от температуры нагрева не выявлено.

4.1.3 Влияние нагрева в интервале 20-500°С на механические свойства стали 20

Оценивалось влияние нагрева в интервале 20-500°С выдержкой 10 часов и охлаждением на воздухе на механические свойства стали 20. Результаты эксперимента представлены в таблице 4.3 и на рисунке 4.9, 4.10, 4.11, 4.12.

Предел текучести условный σ0,2

При нагреве до 80°С наблюдается небольшой подъем предела текучести до 300МПа.

Дальнейший нагрев до 100°С приводит к незначительному спаду значения предела текучести до 290МПа. Нагрев выше 100°С и до 200°С приводит к монотонному повышению предела текучести до 340МПа.

При дальнейшем повышение температуры 200-250°С происходит некоторый спад значения предела текучести 298МПа. В интервале 250-400°С предел текучести начинает монотонно возрастать и составляет 298-331МПа.

Нагрев выше 400°С четкой зависимости изменения предела текучести от температуры нагрева не выявлено.

Временное сопротивление разрыву σв

Анализ влияния нагрева проводился по той же цепочке, что и предел текучести.

Нагрев до 80°С приводит к росту значения временного сопротивления разрыва до 433МПа. Затем происходит небольшой спад до 400МПа при 100°С. В интервале 100-150°С значение временного сопротивления разрыва в целом остается на одном уровне или несколько повышается.

При нагреве до 200°С происходит подъем временного сопротивления разрыва до 463МПа. При последующем подъеме температуры никаких серьезных изменений в зависимости временного сопротивления разрыва от температуры нагрева выявлено не было.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector