Какие свойства металлов определяют пробой на перегиб
Инженер начинается в школе
Свойства металлов делятся на физические, химические, механические и технологические. К физическим свойствам относят: цвет, удельный вес (плотность), плавкость, электропроводность, теплопроводность, магнитные свойства, теплоемкость, расширяемость при нагревании. К химическим свойствам — окисляемость, растворимость, стойкость против коррозии (окисления). К механическим — прочность, твердость, упругость, вязкость, пластичность. К технологическим — прокаливаемость, жидкотекучесть, ковкость, свариваемость, обработку резанием.
В машиностроении — да и в технике вообще — первостепенное значение придается прочности и долговечности изделия. Именно поэтому при выборе материала для своей конструкции инженер прежде всего обращает внимание на его механические свойства. Для того же, чтобы определить, соответствуют ли свойства материала требованиям, предъявляемым к готовому изделию, инженер подвергает материал испытаниям — в первую очередь механическим испытаниям.
Наиболее точные, полные и всесторонние испытания материала инженер проводит в лаборатории на испытательных машинах и приборах. Металл вначале испытывают на прочность—выясняют его способность сопротивляться действию внешних сил без разрушения. Из двух одинаковых по форме и размерам кусков тот, который выдержит большую нагрузку, и будет считаться более прочным. Затем стальным закаленным шариком металлы испытывают на твердость: чем глубже вдавливается шарик в испытываемый образец, тем металл мягче — ведь нагрузка на шарик каждый раз берется одна и та же. Потом специальным ножом — гильотиной,— пускаемым с размаху с определенной высоты, испытываемые образцы металлов подвергают разрушению. Тот металл, который потребует больших усилий ножа, признается более вязким, а разрушающийся легко и быстро называют хрупким. Ну и, наконец, металлы испытывают на упругость или пластичность — два противоположных свойства. Упругий металл легко восстанавливает форму после снятия нагрузки, пластичный — легко формуется под действием этой нагрузки.
Все результаты испытаний заносят в таблицы и графики. Инженеру в дальнейшем уже не придется испытывать металл заново: ему достаточно убедиться в том, что взятый им для изготовления детали металл соответствует (по составу, по «характеру», по сорту) тому, который уже испы — тывался в лаборатории, и, заглянув в таблицу, узнать его механические свойства. Точно так же поступают и с другими характеристиками металлов: проведя испытания, заносят полученные данные в таблицы, которыми и пользуется инженер в процессе конструирования и изготовления деталей и машин.
Правда, порою инженеру по какой-либо причине бывает неизвестен вид металла, взятого для изготовления детали. Тогда уж приходится поневоле испытывать образцы этого неведомого металла. Это отнимает много времени, но зато служит гарантией надежной, безопасной и точной работы будущего изделия.
Юные техники нередко тоже оказываются в затруднительном положении. У них под рукой не оказывается того металла, который им нужен, или же они работают с металлом, свойства которого им почти неизвестны. Машин и приборов для всесторонних испытаний металла у юных техников нет, а если даже и есть, стоит ли тратить время на эти нудные процедуры, думают они. В результате оказывается, что использованный в конкретной конструкции материал непригоден для этой конструкции. Но обнаруживается это тогда, когда на конструкцию уже затрачено много времени, труда и сил. Конструкция получается неработоспособной. При применении неизвестного металла для ответственных деталей модели необходимо провести хотя бы технологические пробы металла, позволяющие определить его пригодность для использования в конкретной конструкции. Технологические пробы не могут дать полного представления обо всех свойствах испытываемого металла, но они позволяют избегнуть хотя бы грубых ошибок.
Проба на внешний вид всегда важна при работе с незнакомым металлом. По цвету образца, по виду его на изломе, по форме и размерам микрокристалликов нужно не торопясь определить вид металла и его сорт. Сталь это или чугун? Олово или алюминий? Опытный инженер умеет по первому взгляду безошибочно отгадывать даже, к какому классу относится образец стали — мягкая она или твердая, закаленная или нет. А это немаловажно в некоторых случаях.
Проба на искру должна проводиться только под наблюдением старших. Она позволяет с помощью простейшего шлифовального круга определить путем обтачивания образца не только вид металла, но даже его сорт и примерный состав. Например, сталь с содержанием 0,5% углерода дает длинный светло-желтый сноп искр, быстрорежущая сталь Р-18 — короткий сноп темно-красных искр без звез
дочек, сталь Р-9 — такой же сноп, но с более светлыми искрами. Сталь с большим содержанием углерода образует сноп белых искр — звездочек. Каждой марке стали соответствует свой сноп искр. При некоторой тренировке (тренироваться можно на заточке сверл из разных марок стали) удается приобрести достаточный навык
ДЛЯ быстрого И надежного рис. 26. Проба на выдавливание: угадывания марок стали 1 — лист материала, 2 — пуансон, по искрам.
Проба на загиб есть разновидность проверки пластических свойств металла. Проба может проводиться в холодном и горячем состоянии. Пробу ведут так: берут плоский кусок металла и гнут его — либо до определенного угла, либо до получения V-образного (или П-образного) профиля, либо до соприкосновения его сторон. Например, если требуется определить пригодность заготовки для изготовления дверных петель, проводят пробу на загиб. У образца, который выдержит пробу, не должно быть после загиба трещин, надломов, надрывов.
Проба на перегиб служит для определения способности металла (в виде листа, полосы, проволоки или прутка) выдерживать многократные перегибы.
Проба на выдавливание предназначена для определения способности тонкого листового металла к холодной штамповке и вытягиванию (рис. 26): в пластинке, зажатой ка — ким-либо кольцом, выдавливают лунку головкой сферического пуансона до появления первой же трещинки. Такую же пробу применяют в том случае, если хотят определить пригодность термопластичной пластмассы для изготовления объемных деталей сложной формы.
I2
Пробе на осадку подвергают, например, материал, идущий на изготовление заклепок. Берут образец металла в виде цилиндрика (высота которого должна быть равна двум его диаметрам) и «осаживают» до некоторой, заранее условленной, высоты в холодном состоянии. Металл считается вы
державшим пробу (то есть пригодным для осадки), если в нем не образуется трещин, надрывов или изломов.
Проба труб на обжатие позволяет определить качество трубы и пластичность металла, способность трубы без повреждения выдерживать «вколачивание» (загонку) в коническое гнездо, диаметр которого меньше диаметра трубы.
Проба на жидкотекучесть определяет способность расплавленного металла заполнять литейную форму. Взятый для пробы расплавленный металл выливают на поверхность кирпича поставленного под углом. Жидкотекучесть металла показывает длина его струи до застывания (кстати сказать, рост температуры расплава повышает текучесть металла).
Формула изобретения. 1. Дыхательный автомат акваланга, содержащий камеру с клапаном и кинематически сочлененной с ним системой рычагов мембраной, служащей для подачи в камеру свежего воздуха при вдохе, и компенсатор давления …
Наименование предприятия-заявителя или фамилия, имя и отчество автора (авторов), если последний являетсяJ заявителем. Название изобретений. Вводная часты область техники, к которой относится предполагаемое изобретение «ДЫХАТЕЛЬНЫЙ АВТОМАТ АКВАЛАНГА. Изобретение относится к …
Если взглянуть на проблему становления человечества исторически, то можно утверждать: человек начался с изобретательства. Изобретательство — самое древнейшее занятие человечества, потому что само человечество только через последовательную цепь изобретений и …
Проба на искру. Стали разного химического состава при шлифовании их шлифовальным кругом дают различные по форме и окраске снопы искр (рис. 2.25). Цвет искр колеблется от ослепительно-белого до темно-красного. Чем больше в стали углерода, тем больше в ее искрах светлых звездочек. При наличии в стали хрома сноп искр окрашивается в оранжевый цвет, а вольфрама — в темно-красный цвет. При известном навыке по искре можно приблизительно судить о химическом составе стали. Например, малоуглеродистая сталь с 0,12 % С образует при шлифовании длинный соломенно-желтый сноп искр, высокоуглеродистая сталь с 1,2 % С образует широкий короткий ослепительно белый с большим количеством звездочек сноп искр, а быстрорежущая сталь образует недлинный сноп темно-красного цвета.
При определении состава стали в этом случае пользуются специальными образцовыми эталонами для сравнения характера и окраски искр.
Испытание на загиб производится в нагретом или холодном состоянии и служит для определения способности металла принимать заданный по размерам и форме изгиб. При этом изгиб может производиться до определенного угла (рис. 2.36, б), до параллельности сторон при огибании валика определенного диаметра (рис. 2.36, в) или до соприкосновения сторон (рис. 2.36, г). Образцы, выдержав-
Рис. 2.35. Вид искр при шлифовании различных сталей шлифовальным кругом:
/ — мягкая углеродистая сталь с 0,12 % С, соломенно-желтые; 2 — углеродистая сталь средней мягкости с 0,5 % С, светло-желтые; 3 — углеродистая сталь средней твердости с 0,9 % С, светло-желтые; 4 — очень твердая углеродистая сталь с 1,2 % С, белые; 5 — твердая марганцовистая сталь с 10—14 % Мп, блестящие винно-желтые; 6 — быстрорежущая сталь (10 %
W, 4 % Сг, 0,7 % С), темно-красные;
- 7 — вольфрамовая сталь с 1,3 % W, темно-красные; 8 — кремниевая сталь, светло-желтые; 9 — хромистая сталь, цвет зависит от содержания углерода;
- 10— хромоникелевая сталь с 3—4 % Ni и 1 % Сг, желтые
Рис. 2.36. Схема пробы на загиб
шие пробу, не должны иметь после загиба трещин, надрывов, надломов или расслоений.
Пробе на загиб подвергают пластичные металлы толщиной не более 30 мм.
Для проведения испытаний используют прессы, универсальные и специальные машины, тиски с закругленными губками, а также специальное приспособление (рис. 2.36, а).
Испытание на осадку (ГОСТ 8817—82). Осадка — это уменьшение высоты образца с одновременным увеличиванием его по-
Рис. 2.37. Образцы металлов до (а) и после (б) пробы на осадку:
/ — чугунный с длиной ребра 30 мм; 2 — стальной диаметром 30 мм и высотой 60 мм
перечного сечения при обработке давлением. Эта проба производится в холодном состоянии для определения способности металла к деформации сжатия соответственно заданным размерам и форме. При испытании образцы определенной формы и размеров (рис. 2.37, 1а и 2а) после осадки приобретают вид соответственно 16 и 26.
Цилиндрический образец должен иметь высоту, равную двум его диаметрам. Осадку измеряют в долях первоначальной высоты. Образец считается выдержавшим испытание, если при осадке до заданной высоты на нем не появились трещины, надрывы или излом.
Испытание на перегиб (ГОСТ 13813—68) служит для определения способности металла в холодном состоянии выдерживать повторные загибы и разгибы. При испытании применяются образцы проволоки и прутков диаметром от 0,8 до 7 мм, а также полосового и листового материала длиной 100—150 мм, шириной до 20 мм и толщиной до 5 мм.
Для испытаний применяется прибор НГ-2, общий вид которого показан на рис. 2.38, а. Прибор представляет собой параллельные тиски специальной конструкции, в которых одна часть неподвижна, а вторая может перемещаться по направляющим. В тиски вставлены зажимные губки со сменными прокладками и полированными валиками, диаметр которых подбирается в зависимости от диаметра испытываемой проволоки.
Образец проволоки длиной около 150 мм пропускается через одно из отверстий поводка (рис. 2.38, 6), размеры которых подобраны в соответствии с диаметром испытываемой проволоки, зажимается между прокладками тисков и в таком положении подверга-
Рис. 2.38. Прибор НГ-2 для испытания проволоки на перегиб:
а — общий вид; б — схема прибора; 1 — отверстие поводка; 2 — поводок; 3 — рычаг; 4 — образец; 5— валики; 6— прокладки; 7— зажимные губки
ется перегибам до упоров при помощи ручного рычага прибора. Прибор снабжен счетчиком поворотов рычага.
Испытание заключается в том, что зажатый в специальных тисках образец проволоки подвергается предварительному натяжению, а затем загибается и разгибается попеременно вправо и влево на 90° в каждую сторону с равномерной скоростью, равной примерно 60 перегибам в минуту, до излома.
Первым перегибом считается загиб образца на 90° влево от начального положения (рис. 2.39, а). Вторым перегибом — разгиб образца до исходного положения и загиб его на 90° вправо (рис. 2.39, б). Третий перегиб — разгиб образца до начального положения и загиб его снова на 90° влево (рис. 2.39, в) и т. д. до определенного числа перегибов, указанного в технических условиях, или до разрушения образца.
Образец для испытаний следует тщательно очистить, выпрямить. Во время испытаний ось образца и ось рычага прибора должны находиться в одной плоскости.
Рис. 2.39. Схемы испытания на перегиб
Диаметр валиков и отверстий поводков подбирают по табл. 2.2. Расстояние от верхней образующей валиков до нижней кромки поводка составляет от 5 до 50 мм.
Таблица 2.2
Таблица подбора диаметров валиков и отверстий поводков
Диаметр проволоки, мм | Диаметр валиков, мм | Диаметр отверстий поводка, мм |
0,8-1,2 | 5 | 1,5-2 |
1,2-2,6 | 10 | 2-3 |
2,6-3,5 | 15 | 3,5-4 |
3,5-5,0 | 20 | 5-6 |
Результат испытаний характеризуется числом перегибов, которые образец выдержал, а также видом разрушения (наличие расслоения, надрывов, трещин) и излома (гладким, косым, ступенчатым, веерообразным).
Проба на перегиб имеет важное значение для оценки способности к деформированию проволоки, полос, лент, так как при испытании на разрыв невозможно определить это свойство.
Для испытания проволоки, полос и лент на перегиб применяются также машины МГ-3.
Проба на навивание проволоки дает возможность определить способность проволоки диаметром до 6 мм принимать заданную форму. При испытании навивают 5 или 10 плотно прилегающих витков на оправку (круглый стержень) (рис. 2.40). Качество проволоки определяется способностью выдерживать навивание без повреждения. Чем пластичнее проволока, тем плотнее будет ее прилегание к стержню.
Рис. 2.40. Схема пробы на навивание проволоки
Металлы и сплавы имеют разные свойства, а не зная свойств нельзя сделать вывод об их использовании. Свойства металлов определяют по сертификатам, паспортам и по результатам лабораторных испытаний, которые называются технологическими пробами.
Технологическими пробами определяют способность металлов или изделий выдерживать тот или иной вид обработки. Пробы могут быть проведены непосредственно на рабочем месте простейшими приборами и инструментами.
Пробу на перегиб применяют для определения способности полосового и листового металла толщиной до 5 мм, проводов диаметром до 7 мм выдерживать, не разрушаясь, повторные изгибы. Образец определенной длины зажимают в тисках и подвергают загиба и повторным перегибам на угол 900 к полному разрушению.
Пробу на изгиб проводят для определения способности металла принимать загиб в холодном и нагретом состоянии. Для проведения пробы на изгиб образец с помощью оправки изгибается под действием усилия пресса между роликами до заданного угла. Способность материала выдерживать деформацию изгиба характеризуется заданным углом загиба. Считается, что образец выдержал испытание, если после загиба на нем не появились трещины, надрывы или расслоения.
Проба на двойной кровельный замок служит для определения способности тонколистовой стали толщиной не менее 0,8 мм воспринимать деформацию, заданную по размерам и форме. После соединения двух куска листа двойным замком с последующим загибом по линии перпендикулярной линии замка на угол 450 и разгибают в плоскость. После испытания не должно быть отслоений, трещин и изломов.
Пробу выдавливанием проводят для испытания тонколистового металла предназначенного для холодной штамповки и вытяжки. На закрепленной пластинке металла испытываемого между пуансоном и матрицей, выдавливается ямка. Ямку выдавливают к появлению на ее поверхности первой трещины.
Пробой на осадку испытывают провода, из которых изготавливают болты и заклепки. Образец металла должен иметь форму цилиндра, высота которого в два раза превышает диаметр. Пробой определяют способность металла принимать заданную форму при сжатые под нагрузкой в холодном состоянии. Образец выдержал пробу, если при осадке до заданной высоты на нем не появляются трещины, надрывы или злом.
Проба на искру позволяет приблизительно определить химический состав (марку) стали. При обработанные стали шлифовальным кругом на заточном станке образуются искры. Каждая марка стали имеет свой цвет и форму искры:
— Сталь с составом углерода от 0,15 до 0,20% имеет искры в виде тонких соломенно-желтых линий;
— Сталь с составом углерода от 0,45 до 0,50% имеет искры в виде тонких светло-желтых линий с небольшим количеством звездочек на концах;
— Инструментальная углеродистая сталь У8 имеет длинные светло-желтые искры с большими звездочками на концах;
— Инструментальная сталь У12 имеет короткий сноп тонких светло-желтых линий с частыми звездочками;
— Марганцовистой стали (10 — 14% Mn) имеет тонкие и длинные светло-желтые линии с большими звездами;
— Хромистая сталь — бледно-желтые прерывистые линии с крупными редкими звездочками;
— Быстро-режущая сталь (10 — 18% W) имеет темно-красные прерывистые линии с шаровидными окончаниями;
Пробу труб на сплющивание применяют для определения способности металла воспринимать деформации при сплющивании труб до определенного размера. Например, стальную трубу испытывают путем ударов молотком до тех пор, пока расстояние между стенками трубы, равна двум толщинам стенки.
Проба труб на бортировки представляет собой отбортовку конца трубы на угол 900 с образованием фланца толщиной не менее полутора толщины стенки трубы. Испытания проводят с помощью оправки. Радиус закругления оправки должен быть равен двум толщинам стенки трубы.
Проба труб на сгибы служат для определения их способности пронимать изгиб, заданный по размерам. Радиус загиба определяют в зависимости от наружного диаметра и толщины стенки трубы. Для испытания трубу изгибают на угол 900. При испытании труба не должна иметь надрывов, трещин и отслоений.
Пробу на свариваемость проводят для определения способности металлов свариваться. Две пластинки сваривают и подвергают испытанию на изгиб для определения вьякости шва. Характеристикой есть угол загиба шва.