ФГБОУ ВПО УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра Технологии машиностроения Методология физико- механических испытаний 2015 г

Введение Применяемые на сегодняшний день механизмы и изделия в авиационной, нефтегазовой и горно- металлургической промышленности предназначены для работы в широких диапазонах температур, нагрузок, скоростей, деформаций и при воздействии различных рабочих сред. В связи с этим комплекс требований, предъявляемых к современным материалам, весьма разнообразен. Наряду с высокой прочностью важное значение имеют данные о деформируемости и коррозионной стойкости конструкционных материалов, а также о стабильности структуры и свойств их в течение заданного ресурса эксплуатации. Основной целью является получение достоверных данных о физико-механических характеристиках материала при проведении механических испытаний.

Типы испытаний и объекты исследований Объекты исследований: высокопрочные стали, алюминиевые, титановые и магниевые сплавы; металлические и полимерные композиционные материалы; пластмассы и высокопрочные полимерные материалы; теплозащитные материалы; трехслойные конструкции.

Cтатическое растяжение Механические испытания выполняют на стандартных образцах. Форма и размеры образцов устанавливаются в зависимости от вида испытаний. Для механических испытаний на растяжение используют стандартные цилиндрические (круглого сечения) и плоские (прямоугольного сечения) образцы. Для цилиндрических образцов в качестве основных приняты образцы диаметром do=10 мм короткий la=5×do = 50 мм и длинный la=10×do = 100 мм.

При максимальной нагрузке Р max в одном участке образца появляется сужение поперечного сечения, так называемая шейка. В шейке начинается разрушение образца. Так как сечение образца уменьшается, то разрушение образца происходит при нагрузке меньше максимальной. В процессе испытания приборы рисуют диаграмму растяжения, по которой определяют нагрузки. После испытания разрушенные образцы складывают вместе и измеряют конечную длину и диаметр шейки. По этим данным рассчитывают прочность и пластичность.

Диаграмма растяжения Пример диаграммы с обозначением основных участков Диаграмма с характерными точками

Cтатическое сжатие Вид образцов из различных материалов до и после испытания на сжатие: а – малоуглеродистая сталь; б – чугун; в – цементный раствор без смазки торцов;г – цементный раствор со смазкой торцов; д – дерево вдоль волокон; е – дерево поперек волокон Диаграммы сжатия: 1 – малоуглеродистой стали; 2 – чугуна; 3 – бетона; 4 – сосны вдоль волокон; 5 – сосны поперек волокон

Статический изгиб Технологические испытания на статический изгиб служит для определения способности металла воспринимать заданный по форме и размерам загиб. Испытанию на загиб подвергают образцы из листового и фасонного (пруток, квадрат, уголок, швеллер и др.) металла. Для листового металла ширина образца принимается равной двойной толщине, но не менее 10 мм. Радиус оправки указывается в технических условиях. Отсутствие в образце трещин, надрывов, расслоений или излома является признаком того, что образец выдержал испытание. СХЕМА ИСПЫТАНИЯ НА ИЗГИБ ДО ОПРЕДЕЛЕННОГО УГЛА СХЕМА ИСПЫТАНИЯ НА ИЗГИБ ДО ПАРАЛЛЕЛЬНОСТИ СТОРОН СХЕМА ИСПЫТАНИЯ НА ИЗГИБ ВПЛОТНУЮ ДО СОПРИКОСНОВЕНИЯ СТОРОН СХЕМА ИСПЫТАНИЯ НА ИЗГИБ ДО СОПРИКОСНОВЕНИЯ СТОРОН С ПРОКЛАДКОЙ

Кручение Кручение – деформация, при которой ось призматического или цилиндрического образца не искривляется, а каждое его поперечное сечение оказывается повернутым вокруг оси по отношению к начальному положению на некоторый угол. По результатам испытания образцов на кручение производят определение следующих механических характеристик: модуля сдвига, предела пропорциональности, предела текучести, предела прочности (условного), предела прочности (истинного), максимального остаточного сдвига, характера разрушения (срез или отрыв). Машина для испытания металлов на кручение NJS-02

Используемое оборудование Универсальные машины для испытания материалов Zwick/Roell Z100 и Z10 Машина предназначена для определения механических свойств материалов в диапазоне температур от 80 до ˚С при растяжении, сжатии и изгибе, изучения гистерезиса, поведения материалов при малоцикловом нагружении. Оптическая система определения полей деформаций позволяет также исследовать локализацию деформаций вблизи повреждений и неоднородностей. Комплектация позволяет производить следующие виды лабораторных испытаний на прочность: - комнатная температура – растяжение, сжатие, трехточечный изгиб - температуры ниже нуля – растяжение, сжатие - температуры до +200 ˚С – растяжение, сжатие - температуры от +200 ˚С до ˚С – растяжение При этом может быть реализовано простое однократное нагружение, ступенчатое нагружение, малоцикловое нагружение без смены знака напряжения. Разрывная машина предназначена для испытания мало прочных материалов (полимеры, бумага, нити, фольги, плёнки) на сжатие и растяжение. При испытании материалов на растяжение используются захваты с плоскими губками.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ Твердостью называется свойство металла оказывать сопротивление пластической деформации в поверхностном слое при вдавливании шарика, конуса или пирамиды. Три метода определения твердости: - твердость по Бринеллю (единица твердости обозначается HB); - твердость по Роквеллу (единица твердости обозначается HR); - твердость по Виккерсу (единица твердости обозначается HV).

Твердость по Бринеллю (единица твердости HB); Определение твердости по Бринеллю заключается во вдавливании стального шарика диаметром D = 10 мм в образец (изделие) под действием нагрузки и в измерении диаметра отпечатка d после снятия нагрузки. Твердость по Бринеллю обозначают цифрами и буквами НВ, например, 180 НВ. Чем меньше диаметр отпечатка, тем выше твердость. Чем выше твердость, тем больше прочность металла и меньше пластичность. Чем мягче металл, тем меньше устанавливают нагрузку на приборе. Так при определении твердости стали и чугуна нагрузку принимают 3000 Н, никеля, меди и алюминия – 1000 Н, свинца и олова – 250 Н. Принципиальная схема Отпечаток индентора на эталонном образце. Твёрдость 96.5 HB 10/1000/10

Твердость по Роквеллу (единица твердости HR) Определение твердости по Роквеллу заключается во вдавливании наконечника с алмазным конусом (шкалы А и С) или стального шарика диаметром 1.6 мм (шкала В) в испытуемый образец (изделие) под действием последовательно прилагаемых предварительной (Ро )и основной (Р) нагрузок и в измерении глубины внедрения наконечника (h). Твердость по Роквеллу обозначается цифрами и буквами HR с указание шкалы.Например, 60 HRC(твердость 60 по шкале С). Цифровой прибор для измерения твёрдости по методу Роквелла Циферблат прибора для проверки твёрдости по Роквеллу

Твердость по Виккерсу Определение твердости по Виккерсу заключается во вдавливании алмазного наконечника, имеющего форму правильной четырехгранной пирамиды, в образец (изделие) под действием нагрузки и в измерении диагонали отпечатка d, оставшегося после снятия нагрузки. Твёрдость по Виккерсу вычисляется путём деления нагрузки Р на площадь поверхности полученного пирамидального отпечатка.Метод используется для определения твердости деталей малой толщины и тонких поверхностных слоёв с высокой твердостью. Твердость по Виккерсу обозначается цифрами и буквами HV, например, 200 HV. Установка для измерения твёрдости

Испытания на усталость Многоцикловая усталость – это усталость материала, при которой усталостное повреждение или разрушение происходит в основном при упругом деформировании, а малоцикловая усталость – усталость материала, при которой усталостное повреждение или разрушение происходит при упругопластическом деформировании. При малоцикловой усталости максимальная долговечность до разрушения составляет условное число 5·104 циклов

Устройства для испытания образцов

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СОПРОТИВЛЕНИЕ УСТАЛОСТИ МЕТАЛЛИЧЕCКИХ МАТЕРИАЛОВ 1) структурного состояния, термической обработки (размер зерна; размер, форма и количество выделений или различных фаз; плотность дислокаций и их распределение) и соответственно от его механических свойств; 2) состояния поверхностного слоя (химический состав, механические свойства и структура; остаточные напряжения, зависящие от вида механической или химико-термической обработки); 3) температуры и среды испытания; 4) масштабного фактора; 5) частоты нагружения; 6) концентрации напряжений; 7) асимметрии цикла нагружения; 8) вида напряженного состояния; 9) контактного трения.

Испытание на износостойкость Сущность метода состоит в том, что проводят повторные удары образцом через слой твердых абразивных частиц по неподвижной наковальне с заданными энергией удара, скоростью и частотой соударений, и оценивают относительную износостойкость материала путем сравнения износа испытуемых и эталонных образцов, испытанных в идентичных условиях.

На абразивную износостойкость большое влияние оказывает структурное состояние материалов. Роль каждого компонента сплава можно приглушенно оценить по структурной диаграмме, полученной при исследовании износостойкости материалов прессформ огнеупорного производства в условиях высоких контактных давлений.

Испытание на жаростойкость Испытания на жаростойкость проводят с помощью выдержки материала при очень высоких температурах в специальных печах в течение определенного времени. При этом последующее взвешивание и металлографическое исследования являются обязательными Электрических печи сопротивления типа Г-30

Спасибо за внимание