Mez kluzu: definice, měření charakteristik oceli, zkoušení slitin

Válcovaný kov je neuvěřitelná rozmanitost profilů, lišících se velikostí, surovinovým složením, průřezem a dalšími parametry. Výrobky se používají jak jako hrubý materiál (nosné rámy, ztužující podklady atd.), tak i jako dekorační. V posledních letech se válcovaná ocel stala široce používána architekty pro krajinný design a dokonce i interiéry. Fyzikální a chemické vlastnosti hotového výrobku určují jeho účel podle provozního zatížení. Pro kontrolu, označování a přejímku sortimentu platí požadavky GOST a mezinárodních norem. Existují různé metody testování oceli, které umožňují určit vlastnosti slitiny a vyhodnotit kvalitu profilů. Další podrobnosti o každém.

Metody nastavení mechanických vlastností slitiny

Testování vzorků se provádí destruktivními a nedestruktivními metodami. Obvykle se používá obojí. Data jsou získávána experimentálně v laboratorních podmínkách, v prvním případě pomocí extenzometrů – snímačů deformace. Tyto přístroje měří rozsah poškození a vypočítají materiálový výkon (odpor) na základě zdroje zatížení a síly. Jsou pneumatické, laserové, video. Ve druhém jsou analyzovány magnetické a elektrické vlastnosti oceli při zachování integrity konstrukcí.

Výsledky studií jsou nezbytné pro stanovení následujících limitů:

• proporcionalita – určuje se deformační napětí za studena, při kterém Hookův zákon přestává fungovat;
• pevnost – maximální zatížení před poruchou;
• tekutost – měření sil pod jejich stálým vlivem, dokud se nezmění výchozí relativní poloha částic slitiny.
• napětí při prasknutí – získají se skutečné a podmíněné hodnoty;
• tažnost (plasticita) – poměr primárních parametrů a po experimentu, tzn. hodnota nesouladu mezi zbytkovým roztažením a zúžením.

Při výpočtu pevnosti v tahu vede překročení indikátorů pevnosti v tahu ke zničení. V některých případech je tekutost stanovena podmíněně, když se rozměry vzorku změní na 0,2 %. Tento limit je označen Ϭт. Z hlediska pevnosti – Ϭv. Break stress – Ϭр.

Existuje několik možností výzkumu:

1. Na trhání nebo natahování. Zkoušky se provádějí na strojích – horizontálních nebo vertikálních. Zpravidla se používají válcové tyče příslušného průměru a průřezu. Pomocí nastavení se určí síla nárazu před zničením. Nasnímaná data se zobrazí na obrazovce.

1. Na tlak. Experiment se provádí pomocí lisu. Stlačuje vzorek oceli ze všech nebo určitých stran. Princip čtení indikátorů je podobný jako u předchozího zařízení.

1. Ohýbat se. V tomto případě se k měření tahové síly používá stroj. Je vybaven pomocnou konstrukcí, která umožňuje aplikaci ohybových bodů, tzn. nastavte hodnotu úhlu. Zjišťují se indikace rázové síly – při kritické deformaci až po neregeneraci nebo úplné zničení.

1. Na kroucení. Konce vzorku jsou upevněny na opačných stranách stroje, který provádí vícerychlostní a vícesměrný pohyb.

Podle druhu dopadu se navíc rozlišuje statické a dynamické metody. První mechanika implikuje menší vliv deformačních rychlostí. Druhý je větší, resp.

Vlastnosti a metody dynamického zkoušení oceli

Výzkum se provádí v souladu s aktualizacemi GOST 9454-78. Obvykle se používají výrobky se čtvercovým průřezem o rozměrech 10X10. Podstatou techniky je testování lomu. Princip analýzy spočívá v ostrém mechanickém dopadu na vzorek a zaznamenání výsledků získaných analýzou změn skupenství materiálu pod mikroskopem. To také umožňuje určit míru, do jaké slitina odolá náhlým rázovým zatížením.

Typy profilu pro výzkum:

• pomocí tvaru V se určují výkonnostní ukazatele výrobků používaných v nejkritičtějších, zatížených a důležitých konstrukcích – nosné, nosné, rozměrové atd.;
• ve tvaru U – vnitřní základna tyče;
• Tvar T je nezbytný pro studium vzorků pravděpodobně pro provoz v podmínkách, kde je vyžadována zvýšená odolnost proti růstu trhlin.

Tyč ve tvaru U se používá ke stanovení standardů vzorků s V-vrubem.

Výsledky dynamických zkoušek jsou mimo jiné nezbytné pro výpočet rázové houževnatosti materiálu – jeho odolnosti proti proměnlivému zatížení. Podle předpisů musí být studie prováděny v přísném souladu s pravidly předepsanými GOST, za různých teplotních podmínek (normální, zvýšené a snížené). Shoda s normami je klíčem ke kvalitě a spolehlivosti budoucích produktů.

Stanovení tvrdosti oceli a kovů

Tento parametr představuje vlastnost slitin jako je odolnost povrchových vrstev materiálu vůči plastické deformaci.

Zkoušení vzorků oceli na tvrdost je jednou z hlavních metod posuzování kvality tepelného zpracování profilu.

Podle Brinellovy metody

Je založen na zavedení malé ocelové kuličky do rovného povrchu pod vysokým zatížením. Číslo tvrdosti označené HB je tedy stanoveno jako poměr rázových sil ke kulovému povrchu tisku.

Podle Rockwellovy metody

Označeno jako HR. Technika je založena na statickém zatížení. Analýza se provádí přitlačením hrotu určitou silou na povrch (proniká dovnitř). Při zkoušení materiálů s tvrdostí 450 HR nebo méně se jako tyč používá ocelová kulička. U této metody se tvrdost označuje HRB. Při použití diamantového kužele – HRA nebo HRC (podle sil).

Vickersova metoda

Indikátor je označen HV. Tvrdost je stanovena pomocí diamantového čtyřstěnného jehlanu jeho statickým vtlačením do povrchu. V procesu se pomocí mikroskopu (součást přístroje Vickers) tisk měří s přesností 0,001 mm.

Podle Shoreovy metody

Jeho podstatou je určení tvrdosti materiálu nárazem úderníku, který dopadá na povrch z určité výšky. Nárazová síla se vypočítá s ohledem na hmotnost „projektilu“. Na druhé straně výška odrazu úderníku umožňuje odhadnout mez tvrdosti vzorku, která je jí úměrná a udává se v běžných jednotkách.

Regulační požadavky na vzorky

Mohou být vybrány z komerční šarže nebo vyrobeny speciálně pro testování. Obvykle se používají obdélníkové nebo kruhové vzorky. Regulační dokumentace upravuje standardní velikosti a způsoby mechanického zpracování experimentálních produktů. Hlavní podmínkou je jednotnost jejich velikostí a vlastností:

• délka;
• zarovnání;
• stupeň a kvalita zpracování bez vad a deformací.

Drsnost rovin je normalizována. Délka kulatých vzorků je rozdělena do dvou typů – krátké průměry (4-5) a normální (10). Obvykle se používají výrobky s Ø 6, 10 a 20 mm.

Před studií se provádí měření na třech místech a ve dvou vzájemně kolmých směrech. Šířka a délka jsou středem roviny. Plocha průřezu je nastavena s přesností 0,5 %. Přípustná chyba pro délku je 0,1 mm, pro měření obecně – 0,5 mm.

Mez kluzu kovů a slitin je mechanická charakteristika ukazující namáhání materiálu, které způsobuje zvýšení deformace bez dalšího zvyšování zatížení. Jinými slovy, toto je hodnota zatížení, při které se kovové konstrukce začnou nevratně deformovat. Tato vlastnost je zvláště důležitá pro tvárné slitiny, protože nevratné deformace na rozdíl od elastických deformací mění nejen tvar a rozměry výrobků a struktur, ale také strukturu kovů a v důsledku toho jejich pevnost atd.

Proč je nutné znát mez kluzu?

Mez kluzu je minimálním ukazatelem indikujícím počátek nevratné deformace kovů. Po dosažení dané hodnoty začíná destrukce dílů a konstrukcí, což může vést k vážným následkům – dokonce i lidským obětem, pokud mluvíme o stavbě kovových konstrukcí. Pojem mez kluzu je spojen s teorií odolnosti kovu, plastické deformace a pružnosti, stejně jako křehkosti a pevnosti. Znalost meze kluzu kovů a slitin v praxi umožňuje při výrobě a zpracování dílů, konstrukcí, stavebnictví, strojírenství a dalších oborech snižovat množství použitého materiálu bez narušení pevnostních charakteristik. Snížením množství kovu je tedy možné snížit hmotnost konstrukcí a v některých případech je to kritický faktor. Lehčí, ale pevnější kovové konstrukce snižují náklady na konstrukci a výrobu.

Stanovení meze kluzu

Vzorec pro stanovení meze kluzu materiálů má následující tvar: ττ=G/2π, kde G je smykový modul, který charakterizuje stabilitu meziatomových vazeb. Při určitém dopadu na kovy a slitiny ztrácejí atomy jedné části výrobku (struktury, obrobku) kontakt s atomy jiné části. Ve 30. letech XNUMX. století navrhl sovětský teoretický fyzik Jakov Frenkel, že pro plastickou deformaci materiálů je nutné přerušit meziatomové vazby v rovině rozdělující těleso na polovinu. V praxi se tak neděje uprostřed karoserie, ale v místě, kde má materiál, ze kterého je karoserie vyrobena, nejednotnou strukturu.

Druhy mezí kluzu kovů a slitin

• Fyzikální. Jedná se o tradiční charakteristiku ukazující hodnotu napětí, při jehož dosažení se výrobky nebo konstrukce deformují, aniž by se na ně zvyšovalo zatížení.
• Podmíněné. Hodnota napětí, při které je dosaženo plastické deformace 0,2 %.

Zkušební metody pro kovy a slitiny pro stanovení meze kluzu

Závod kovových konstrukcí testuje kovy a slitiny v souladu s aktuální normou GOST 1497-84. Vzorky se získávají na kovoobráběcích strojích nebo jiným způsobem s přihlédnutím ke změnám vlastností během ohřevu a mechanického kalení (poskytují se povolenky). Zkoušky a měření se provádějí pomocí zkušebních strojů a měřicích přístrojů, které splňují požadavky příslušných norem, které se na ně vztahují.

Příprava vzorků pro testování zahrnuje:

• měření geometrických rozměrů pro výpočet počáteční plochy průřezu;
• měření počáteční odhadované délky;
• označení.

Fyzikální mez kluzu σ = Pt/F0, kde Pt je napětí a F0 je původní plocha průřezu. Že. při zkoušení v továrních podmínkách je nutné stanovit Pt z tahového diagramu na zkušebním stroji. Schéma by mělo být v měřítku tak, aby 1 mm odpovídalo napětí 10 N/mm2. Pro výrobce kovových konstrukcí a výrobků, dílů z kovů a slitin, projektanty, stavitele je nutné znát síly odpovídající fyzikálnímu, spodnímu a hornímu meze kluzu.

Podmíněnou mez kluzu pro slitiny s nízkou plasticitou lze určit jak z diagramu, tak bez jeho použití pomocí mikroprocesorové výpočetní techniky.

Zkoušky ke stanovení meze kluzu se zastaví, když prodloužení překročí specifikovanou hodnotu. Síla odpovídající podmíněné meze kluzu je aplikovaná síla, při které je dosaženo dané hodnoty zbytkového prodloužení.

Po ukončení zkoušek jsou získané výsledky zaznamenány do protokolu ve stanoveném formuláři. Pokud během testování vzorek praskne kvůli rizikům, v sevření testovacího zařízení nebo kvůli vadám produktu, pak se výsledky neberou v úvahu.

Vliv složení slitiny na mez kluzu

U oceli byly zjištěny následující změny meze kluzu v závislosti na kvantitativním a kvalitativním složení slitiny:

• Uhlík – 1,2 % je optimální hodnota pro zajištění pevnosti slitiny oceli a odolnosti vůči teplotním vlivům. Vyšší obsah uhlíku zhoršuje vlastnosti oceli
• Mangan – neovlivňuje mez kluzu.
• Síra – při velkém množství se výrazně snižuje mez kluzu.
• Fosfor – pomáhá zvyšovat mez kluzu, ale s jeho vysokým obsahem se snižuje tažnost a houževnatost oceli.
• Dusík – mez kluzu klesá, ale pevnost roste.

Závěr

Znalost sil odpovídajících meze kluzu konkrétní slitiny vám umožňuje vyřešit několik problémů najednou:

• Stanovení tloušťky kovových konstrukcí dostatečné pro použití ve stavebnictví, výrobě, strojírenství a dalších oblastech ke snížení spotřeby materiálů a hmotnosti konstrukcí, strojů, konstrukcí a zatížení, které způsobují.
• Eliminace destrukce, kolapsu konstrukcí, nepřijatelné deformace dílů.
• Zlepšení kvality konstrukcí a výrobků díky zvýšení meze kluzu bez zhoršení ostatních vlastností díky legujícím přísadám.

Na základě přípustných sil se určí maximální zatížení, které výrobek z kovů nebo slitin snese za provozních podmínek.