Урок 4. Випробування металів на статичне розтягування та визначення цим методом їх властивостей. Залежність міцності металу від хімічного складу. Ударна в'язкість.

Випробування металів на статичне розтягування 

Для оцінки механічних властивостей зварні з’єднання піддаються різним випробуванням. Механічні випробування зварних з’єднань застосовуються у випадку, коли потрібно визначити якість зварювальних матеріалів, розробити оптимальні технологічні режими (особливо при зварюванні спецсталей), а також при перевірці кваліфікації зварників чи при їх переатестації.

Механічні випробування зварних з’єднань за характером прикладання навантажень у часі можна поділити на три основні види:

 статичні випробування, які здійснюються шляхом поступового збільшення навантаження навіть до повного руйнування;  імітує роботу зварних з’єднань при постійному навантаженні;

 динамічні випробування, при яких зусилля зростає миттєво і діє майже миттєво. Вони характерні для з’єднань, які працюють в умовах швидкозростаючих навантажень (ударів);

 випробування на втомлюваність, при яких навантаження миттєво змінюється за величиною або за величиною та знаком.

Методи визначення механічних властивостей зварних з’єднань передбачають наступні види випробувань металу різних ділянок зварного з’єднання і наплавленого металу зварного шва:

 на статичний (короткочасний) розтяг;

 на ударний згин (на надрізаних зразках);

 на стійкість проти механічного старіння;

 на статистичний розтяг зварного з’єднання;

 на ударний розрив зварного з’єднання.

Крім того, вони передбачають вимірювання твердості металу різних ділянок зварного з’єднання і наплавленого металу. Випробування проводять на зразках, які вирізаються безпосередньо з контрольованих виробів, наприклад, із стиків трубопроводів або з контрольних з’єднань, які спеціально зварюються.

При цьому необхідно використовувати ті ж зварювальні матеріали й основний метал, режим зварювання і термообробки, тих же зварників.

Вирізування заготовок для зразків необхідно, по можливості, проводити на металорізальних верстатах, щоб не змінювалась структура металу.

До початку випробувань на всі зразки (поза їх робочою зоною) ставиться клеймо, яке зберігається  після випробувань.

Статичні випробування

Випробування на розтяг є одними з найпоширеніших, тому що дають можливість порівняно точно оцінити поведінку металу й при інших видах навантажень.  Цей вид випробувань передбачається для більшої частини відповідальних зварних конструкцій, є відносно простим і легким у виконанні (рис.1). 

При випробуванні на статичний (короткочасний) розтяг можна визначити: границю текучості металу (різна або умовна), тимчасовий опір, відносне видовження і звуження. 

Випробування проводять на спеціальних машинах для визначення властивостей металу шва і різних ділянок біляшовної зони при всіх видах зварювання плавленням. 

Випробування кутових з'єднань (таврових, напусткових) проводять значно рідше, оскільки досить складно виконати зразки. При випробуванні на згин використовують зразки циліндричної або прямокутної форми (рис. 2). 

Згин проводять на зразках із знятим посиленням і в бік, протилежний кореню шва (при однобічному зварюванні).  За величиною допустимого кута згину залежно від матеріалу і його товщини роблять висновок про пластичні властивості зварного шва та біляшовної зони.  

Випробування на зминання проводять для труб малого діаметра з поздовжніми та поперечними швами.  Випробування проводять на пресі шляхом деформації зразка стискуючим навантаженням.  Результати випробувань характеризуються величиною просвіту між стиснутими поверхнями при утворенні першої тріщини (рис.3). 

ДСТУ 7305:2013. Метали. Метод випробування на розтяг металів і сплавів за низьких та кріогенних температур (61633)

Залежність міцності металу від хімічного складу

Метали, що застосовуються в машинобудуванні та інструментальному виробництві, мають різноманітні цінними властивостями, але найголовніші з них - міцність і твердість.

Міцність, як відомо, є здатність матеріалу чинити опір руйнуванню. Якщо метал не рветься при розтягуванні і не руйнується при ударі, кажуть, що метал міцний. Але в техніці не можна покладатися тільки на загальне враження про те, міцний або недостатньо міцний метал, з яким мають справу. Міцність матеріалу повинна бути точно виміряна, причому повинні бути окремо визначені його здатність чинити опір розриву і його здатність, протистояти ударним навантаженням. Щоб визначити міцність металу, виготовлені з нього зразки піддають розтягуванню на спеціальних машинах до тих пір, поки вони не розірвуться. Простеживши за дії якої сили розірвався зразок і вивчивши зміна його розмірів в місці розриву, можна отримати повну і точну характеристику міцності металу, з якого зразок виготовлений.

Потім, розділивши величину сили, розірвала зразок, виражену в кілограмах, на площу поперечного перерізу зразка, виражену в квадратних міліметрах, дізнаються ту напругу, яка витримав зразок, т.е. міцність матеріалу на розрив. Величина цієї сили, віднесена до одиниці площі перетину і виміряна тому вже не в кг, а в кг/мм2 називається межею міцності при розтягуванні і позначається у всій технічній літературі, кресленнях і технологічних документах буквою δв (сигма бе).

Знання величини межі міцності на розрив 38 того чи іншого металу дозволяє не тільки розрахувати виріб на міцність, але і підібрати необхідні режими різання при його обробці. Це має велике значення тому, що міцність сталей дуже різна. Так, наприклад, Ст. 1 має = 3240 кг/мм2, а деяких високолегованих сталей доходить до 200 кг/мм2.

Вивчаючи далі розірваний зразок, можна виявити, що його перетин в місці розриву кілька звузилося, а загальна довжина збільшилася. Це явище говорить про те, наскільки даний матеріал здатний протистояти руйнуванню і змінювати свою форму, не порушуючи молекулярної зв'язку між його частинками, т. е. бути пластичним.

Якщо ж тепер підрахувати наскільки зменшилася площа поперечного перерізу зразка, а потім цю величину розділити на його первісну площа, то вийде результат, виражений в. відсотках і званий відносним стисненням поперечного перерізу. Відносне стиснення поперечного перерізу позначається буквою ψ (пси) та характеризує в'язкість матеріалу. Величина у самих м'яких низьковуглецевих сталей доходить до 60%, у найменш в'язких - до 30%.

Вимірювання збільшеної довжини зразка характеризує відносне подовження і позначається буквою σ (дельта). Чим більше відносне подовження, тим більше пластичність металу. За величиною відносного подовження ε і відносного стиснення, побічно, можна судити і про в'язкості металу. Під в'язкістю металу розуміють властивість матеріалу протилежне крихкості. 

Друге головна властивість металів - це твердість. Чим вище твердість, тим деталь довговічніше, тим повільніше вона зношується. Ріжучий інструмент тільки тому знімає стружку з деталі, що твердість його набагато вище твердості оброблюваного матеріалу. Уже невелика зміна твердості істотно позначається на експлуатаційних властивостях деталі і інструменту. Все це змушує виробничників ретельно стежити за станом твердості деталі.

Твердість металу визначається вдавленням якогось, предмета в випробовуваний матеріал. За глибиною вдавлення судять наскільки велика ця твердість. На цьому принципі працюють існуючі прилади для вимірювання твердості: прес Бринелля і прилади Роквелла.

ПЕРЕВІР СЕБЕ