Временное сопротивление на разрыв
Давайте рассмотрим, каким образом определяется данная характеристика механических свойств. Прочностью называют способность материала при определенных пределах и условиях воспринимать различные воздействия, не разрушаясь. Механические свойства принято определять при помощи условных диаграмм растяжений. Для испытаний следует использовать стандартные образцы. Приборы для испытаний оснащаются устройством, которое записывает диаграмму. Повышение нагрузок сверх нормы вызывает существенную пластическую деформацию в изделии. Предел текучести и временное сопротивление на разрыв соответствуют наибольшей нагрузке, предшествующей полному разрушению образца. У пластичных материалов деформация сосредотачивается на одном участке, где появляется местное сужение поперечного сечения. Его еще называют шейкой. В результате развития множественных скольжений в материале образуется большая плотность дислокаций, а также возникают так называемые зародышевые несплошности. Вследствие их укрупнений в образце возникают поры. Сливаясь между собой, они образуют трещины, которые распространяются в поперечном направлении к оси растяжения. И в критический момент образец полностью разрушается.
Текучесть металла
Знание механических свойств материала чрезвычайно важно для конструктора, который использует их в своей работе. Он определяет максимальную нагрузку на ту или иную деталь или конструкцию в целом, при превышении которой начнется пластическая деформация, и конструкция потеряет с вою прочность, форму и может быть разрушена. Разрушение или серьезная деформация строительных конструкций или элементов транспортных систем может привести к масштабным разрушениям, материальным потерям и даже к человеческим жертвам
Разрушение или серьезная деформация строительных конструкций или элементов транспортных систем может привести к масштабным разрушениям, материальным потерям и даже к человеческим жертвам.
Предел текучести — это максимальная нагрузка, которую можно приложить к конструкции без ее деформации и последующего разрушения. Чем выше его значения, тем большие нагрузки конструкция сможет выдержать.
Текучесть металла
На практике предел текучести металла определяет работоспособность самого материала и изделий, изготовленных из него, под предельными нагрузками. Люди всегда прогнозировали предельные нагрузки, которые могут выдержать возводимые ими строения или создаваемые механизмы. На ранних этапах развития индустрии это определялось опытным путем, и лишь в XIX веке было положено начало созданию теории сопротивления материалов. Вопрос надежности решался созданием многократного запаса по прочности, что вело к утяжелению и удорожанию конструкций. Сегодня необязательно создавать макет изделия определенного масштаба или в натуральную величину и проводить на нем опыты по разрушению под нагрузкой — компьютерные программы семейства CAE (инженерных расчетов) могут с точностью рассчитать прочностные параметры готового изделия и предсказать предельные значения нагрузок.
Усталость стали
Второе название – предел выносливости. Его обозначают буквой R. Это аналогичный показатель, то есть он определяет, какая сила может воздействовать на элемент, но не в единичном случае, а в цикле. То есть на подопытный эталон циклично, раз за разом действуют определенные давления. Среднее количество повторений – 10 в седьмой степени. Именно столько раз металл должен без деформаций и потери своих характеристик выдержать воздействие.
Читать также: Механизм для заточки сверл
Если проводить эмпирические испытания, то потребуется множество времени – нужно проверить все значения силы, прикладывая ее по множеству циклов. Поэтому обычно коэффициент рассчитывается математически.
Испытание сталей
Чтобы полностью изучить свойства материала и определения предела текучести, пластических деформаций и прочности проводят испытание образцов металла до полного разрушения. Испытание проводят при действии нагрузок следующего вида:
- статической нагрузкой;
- циклической категории (на выносливость или усталость);
- растяжение;
- изгиб;
- кручение;
- реже на сочетающиеся нагрузки, например, изгиб и растяжение.
Определение пределов испытательных нагрузок производят в стандартных условиях, с применением специальных машин, которые описаны в правилах Государственных стандартов.
Испытание образца для определения предела текучести
Для этого берут образец цилиндрической формы размером 20 мм, расчетной длиной 10 мм и применяют к нему нагрузку растяжением. Понятие расчетной длины обозначает расстояние между рисками, нанесенными на более длинном образце для возможности захвата. Для проведения испытания определяют зависимость между увеличением растягивающей силы и удлинением испытательного образца. Все показания испытания автоматически отображаются в виде диаграммы для наглядного сравнения. Ее называют диаграммой условного растяжения или условного напряжения, график зависит от первоначального сечения образца и первоначальной его длины. Вначале увеличение силы приводит к пропорциональному удлинению образца. Такое положение действует до предела пропорциональности.
После достижения этого порога график становится криволинейным и обозначает непропорциональное увеличение длины при равномерном повышении нагрузки. Дальше следует определение предела текучести. До тех пор, пока напряжения в образце не превосходят этого показателя, то материал с прекращением нагрузки может вернуться в первоначальное состояние относительно размеров и формы. На практике испытательного процесса разница между этими пределами невелика и не стоит особого внимания.
Предел текучести
Если продолжать увеличивать нагрузку, то наступает такой момент испытания, когда изменение формы и размеров продолжается без увеличения силы. На диаграмме это показывается горизонтальной прямой (площадкой) текучести. Фиксируется максимальное напряжение, при котором увеличивается деформация, после прекращения наращивания нагрузки. Этот показатель называется пределом текучести. Для стали Ст. 3 предел текучести от 2450 кг на квадратный сантиметр.
Условный предел текучести
Многие металлы при испытании дают диаграмму, на которой площадка текучести отсутствует или плохо выражена, для них применяется понятие условного предела текучести. Это понятие определяет напряжение, которое вызывает остаточное изменение или деформацию в пределе 0,2%. Металлами, к которым применяется понятие условного предела текучести, служат легированные и высокоуглеродистые стали, бронза, дюралюминий и другие. Чем пластичнее сталь, тем больше показание остаточных деформаций. К ним относят алюминий, латунь, медь и низкоуглеродистые стали. Испытания стальных образцов показывает, что текучесть металла вызывает значительные сдвиги кристаллов в решетке, и характеризуется появлением на поверхности линий, направленные к центральной оси цилиндра.
Предел прочности
После изменения на некоторую величину происходит переход образца в новую фазу, когда после преодоления предела текучести, металл снова может сопротивляться растяжению. Это характеризуется упрочнением, и линия диаграммы снова поднимается, хотя повышение происходит в более пологом проявлении. Появляется временное сопротивление постоянной нагрузке.
После достижения максимального напряжения (предела прочности) на образце появляется участок резкого сужения, так называемой шейки, характеризующейся уменьшением площади поперечного сечения, и образец рвется в самом тонком месте. При этом значение напряжения резко падает, уменьшается и величина силы.
Сталь Ст.3 характеризуется пределом прочности 4000–5000 кГ/см2. Для высокопрочных металлов такой показатель достигает предела 17500 кГ/см3 этот.
Пластичность материала
Характеризуется двумя показателями:
- остаточное относительное удлинение;
- остаточное сужение при разрыве.
Для определения первого показателя измеряют общую длину растянутого образца после разрыва. Чтобы это сделать, складывают две половинки друг с другом. Измерив длину, высчитывают процентное отношение к первоначальной длине. Прочные сплавы менее подвержены пластичности и показатель относительного удлинения снижается до 63 эта11%.
Вторая характеристика рассчитывается после измерения наиболее узкой части разрыва и высчитывается в процентном отношении к первоначальной площади среза образца.
Определение твердости
Твердость характеризует сопротивление материала большим пластическим деформациям. Наиболее распространенные методы определения твердости связаны с внедрением специального тела – индентора, в испытуемый материал, с таким усилием, чтобы в материале остался отпечаток индентора. О величине твердости судят по отпечатку.
Твердость наиболее распространенный метод определения свойств материала. Это объясняется рядом причин: определения твердости являются неразрушающим методом, т.к. деталь после такого измерения может быть использована по назначению; испытания на твердость не требуют высокой квалификации и, кроме того, зная твердость, можно судить и о других механических свойствах.
Метод Бринелля. В качестве индентора используется стальной закаленный шарик, который вдавливается в испытуемый образец на специальном прессе, в результате на поверхности образца образуется отпечаток в виде сферической лунки. Значения твердости – это отношение приложенной нагрузки и площади поверхности отпечатка. Они вычисляются по формуле: НВ=2Р/D(D-(D2-d2) 1/2 ). Здесь НВ – обозначение твердости (например, 200НВ); Р – прилагаемая нагрузка ; D и d – диаметры шарика и отпечатка .
На практике пользуются таблицей, в которой указаны значения твердости в зависимости от диаметра отпечатка.
Метод Бринелля не является универсальным. Он не позволяет испытывать материалы с твердостью более 450НВ, т.к. при этом может деформироваться индентор – шарик, а также образцы толщиной менее 1…2 мм из-за их продавливания.
Между твердостью по Бринеллю и пределом прочности разных материалов соблюдается следующие примерные соотношения: для стали sв=НВ/3, sт=НВ/6; для алюминиевых сплавов; sв=0,362НВ; для медных сплавов sв=0,26НВ.
Метод Роквелла. Принципиальное отличие этого метода от рассмотренного ранее в том, что твердость определяется не площадью поверхности отпечатка индентора, а глубиной его проникновения в исследуемый образец.
В качестве индентора используют алмазный конус – при испытаниях твердых материалов и стальной закаленный шарик – при испытаниях мягких материалов. Нагрузка при использовании алмазного конуса устанавливается 150 или 60 кгс в зависимости от твердости материала – большая для менее твердых материалов (например, закаленные стали); меньшая для материалов с очень высокой твердостью (твердые сплавы, режущая керамика), чтобы избежать скола алмазного конуса. Стальной шарик вдавливают с нагрузкой 100 кгс.
Испытания выполняются на специальном приборе, имеющем две шкалы – черную и красную. Черная шкала используется при испытаниях алмазным конусом, красная – стальным закаленным шариком. Обозначения твердости: НRC – алмазный конус, нагрузка 150кгс (64НRC), HRA – алмазный конус, нагрузка 60кгс (90HRA), HRB – шарик, нагрузка 100 кгс (120HRB).
Значения твердости в единицах HRC примерно в 10 раз меньше, чем в единицах НВ. Т.е. твердость 30 HRC примерно соответствует 300НВ. Между значениями твердости по шкалам «С» и «А» имеется следующая зависимость: HRC=2HRA-102.
Метод Виккерса. Метод основан на вдавливании четырехгранной алмазной пирамидки с углом между противоположными гранями, равным 136°. Твердость (она обозначается HV, например,1000HV) определяется отношением нагрузки и площади поверхности отпечатка. Значения твердости вычисляются по формуле: HV=1,854 Р/d2, где d – среднее значение длины диагоналей отпечатка.
Нагрузка может изменяться в пределах от 1 до100 кгс. Величина диагоналей определяется с помощью специального микроскопа, встроенного в прибор.
Определение ударной вязкости.
Разные материалы по-разному реагируют на приложенную к ним внешнюю силу, вызывающую изменение их формы и линейных размеров. Такое изменение называют пластической деформация. Если тело после прекращения воздействия самостоятельно восстанавливает первоначальную форму и линейные размеры — такая деформация называется упругой. Упругость, вязкость, прочность и твердость являются основными механическими характеристиками твердых и аморфных тел и обуславливают изменения, происходящие с физическим телом при деформации под действием внешнего усилия и ее предельном случае — разрушении. Предел текучести материала — это значение напряжения (или силы на единицу площади сечения), при котором начинается пластическая деформация.
Усталость стали
Второе название – предел выносливости. Его обозначают буквой R. Это аналогичный показатель, то есть он определяет, какая сила может воздействовать на элемент, но не в единичном случае, а в цикле. То есть на подопытный эталон циклично, раз за разом действуют определенные давления. Среднее количество повторений – 10 в седьмой степени. Именно столько раз металл должен без деформаций и потери своих характеристик выдержать воздействие.
Читать также: Паяльник для полипропиленовых труб энергомаш
Если проводить эмпирические испытания, то потребуется множество времени – нужно проверить все значения силы, прикладывая ее по множеству циклов. Поэтому обычно коэффициент рассчитывается математически.
AISI 304
Международный стандартАмериканский ASTM A240 Европейский ЕN 10088-2 Российский ГОСТ 5632-72
| Обозначение марки | AISI 304 | 1.4301 | 08Х18Н10 |
| 12Х18Н9 |
AMS 5513 ASTM A 240
ASTM A 666
Применение
- Предметы домашнего обихода
- Раковины
- Каркасы для металлоконструкций в строительной промышленности
- Кухонная утварь и оборудование для общепита
- Молочное оборудование, пивоварение
- Сварные конструкции
- Резервуары судовые и наземные танкеры для продовольствия, напитков и некоторых химических веществ
Обычно производители стали разделяют марку на три основных класса (сорта) по способности к волочению:
- AISI 304 — Основной сорт
- AISI 304 DDQ (Normal and deep drawing) — Сорт глубокой вытяжки
- AISI 304 DDS (Extra deep drawing) — Сорт особо глубокой вытяжки
стандарт марка C Si Mn P S Cr Ni
| ASTM A240 | AISI 304 | ≤0.080 | ≤0.75 | ≤2.0 | ≤0.045 | ≤0.030 | 18.00 — 20.00 | 8.00 — 10.50 |
Механические свойства
AISI 304 Сопротивление на разрыв (σв), Н/мм² Предел текучести(σ0,2), Н/мм² Предел текучести(σ1,0), Н/мм² Относительное удлинение (σ), % Твердость по Бринеллю (HB) Твердость по Роквеллу (HRB)
| В соответствии с EN 10088-2 | ≥520 | ≥210 | ≥250 | ≥45 | — | — |
| В соответствии с ASTM A 240 | ≥515 | ≥205 | — | ≥40 | 202 | 85 |
Физические свойства
Физические свойства Условные обозначения Единица измерения Температура Значение
| Плотность | d | — | 4°C | 7.93 |
| Температура плавления | °C | 1450 | ||
| Удельная теплоемкость | c | J/kg.K | 20°C | 500 |
| Тепловое расширение | k | W/m.K | 20°C | 15 |
| Средний коэффициент теплового расширения | α | 10-6.K-1 | 0-100°C 0-200°C | 17.5 18 |
| Электрическое удельное сопротивление | ρ | Ωmm2/m | 20°C | 0.80 |
| Магнитная проницаемость | μ | в 0.80 kA/m DC или в/ч AC | 20°C μ μ разряж.возд. | 1.02 |
| Модуль упругости | E | MPa x 103 | 20°C | 200 |
Сопротивление коррозии
304-е стали имеют хорошее сопротивление к общим коррозийным средам, но не рекомендованы там, где есть риск межкристаллитной коррозии. Они хорошо приспособлены для эксплуатации в пресной воде и городской и сельской среде. Во всех случаях необходима регулярная очистка внешних поверхностей для сохранения их первоначального состояния.
304-е стали имеют хорошее сопротивление различным кислотам:
- фосфорной кислоте во всех концентрациях при температуре окружающей среды,
- азотной кислоте до 65 % при температуре 20°C — 50°C,
- муравьиной и молочной кислоте при комнатной температуре,
- уксусной кислоте при температуре 20°C — 50°C.
Их рекомендуют для производства оборудования, контактирующего с холодными или горячими пищевыми продуктами: вино, пиво, молоко (кисломолочные продукты), спирт, натуральные плодовые соки, сиропы, патока, и т.д.
Кислотные среды
Температура, °C 20 80
| Концентрация, % к массе | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| Серная кислота | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | |
| Азотная кислота | 2 | 1 | 2 | |||||||||
| Фосфорная кислота | 2 | 1 | 2 | |||||||||
| Муравьиная кислота | 1 | 2 | 2 | 1 |
Код: 0 = высокая степень защиты — Скорость коррозии менее чем 100мкм/год 1 = частичная защита — Скорость коррозии от 100 до 1000мкм/год
2 = нет защиты — Скорость коррозии более чем 1000мкм/год
Атмосферные воздействия
Сравнение 304-й
марки с другими металлами в различных окружающих средах (Скорость коррозии расчитана при 10-летнем воздействии). Окружающая среда Скорость коррозии (мкм/год) AISI 304 Алюминий-3S Углеродистая сталь
| Сельская | 0.0025 | 0.025 | 5.8 |
| Морская | 0.0076 | 0.432 | 34.0 |
| Индустриальная Морская | 0.0076 | 0.686 | 46.2 |
Определение термина
Изначально особенных мероприятий не было. Люди брали предмет, использовали его, а как только он ломался, анализировали поломку и снижали нагрузку на аналогичное изделие. Теперь процедура гораздо сложнее, однако, до настоящего времени самый объективный способ узнать ПП – эмпирический путь, то есть опыты и эксперименты.
Все испытания проходят в специальных условиях с большим количеством точной техники, которая фиксирует состояние, характеристики подопытного материала. Обычно он закреплен и испытывает различные воздействия – растяжение, сжатие. Их оказывают инструменты с высокой точностью – отмечается каждая тысячная ньютона из прикладываемой силы. Одновременно с этим фиксируется каждая деформация, когда она происходит. Еще один метод не лабораторный, а вычислительный. Но обычно математический анализ используется вместе с испытаниями.
Определение термина
Образец растягивается на испытательной машине. При этом сначала он удлиняется в размере, а поперечное сечение становится уже, а затем образуется шейка – место, где самый тонкий диаметр, именно здесь заготовка разорвется. Это актуально для вязких сплавов, в то время как хрупкие, к ним относится чугун и твердая сталь, растягиваются совсем незначительно без образования шейки. Подробнее посмотрим на видео:
Проведение испытаний на производстве
Испытания для определения показателя текучести проводят с применением предварительно подготовленных образцов и специального оборудования. Вот основные этапы исследования.
- Сначала цилиндрический образец, сечение которого составляет 20 мм в диаметре и 10 мм в длине, ставят в предварительно подготовленную установку.
- Оборудование запускают, и начинают замеры, постепенно отмечая результаты в тетради или блокноте, а также отслеживая диаграмму растяжения на экране, если есть такая возможность.
- Строят график, где наглядно отображается изменение структуры образца.
- Фиксируют значение усилия при разрушении цилиндра.
Далее приступают к оценке графика. Как показывают результаты, небольшая нагрузка приводит к прямо пропорциональному удлинению образца. При постепенном увеличении силы растяжения заготовка достигает предела, где заканчивается пропорциональность, после чего изделие достигает точки невозврата, когда исходник не сможет вернуться к первоначальной длине при снятии нагрузки. Со временем даже без изменения нагрузки деталь продолжит меняться, пока не достигнет предела и не разрушится.
Что такое ударопрочность и как её измеряют
Представим ситуацию. По дороге с быстрой скоростью едет автомобиль. Он постоянно на протяжении всего пути испытывает вибрации и осевую нагрузку на ряд деталей, подвеску. При этом все хорошо, все узлы работают правильно. Затем водитель не справляется с управлением и попадает в яму. Запчасти выходят из строя, так как внутренние напряжения и силы, во-первых, увеличиваются, во-вторых, получаются разнонаправленными.
Прочность в данной ситуации оказалась низкой, так как она деформировалась, вышла из строя. Так как разные сплавы неодинаково переносят механические и химические влияния, то для различных целей (автомобилестроение, станкостроение, обыкновенные штамповочные детали, гвозди и пр.) необходимо применять различные металлы.
Политика cookie
Выбор режущего инструмента согласно значениям предела прочности стали H/мм2
Для правильного подбора режущего инструмента (кольцевой фрезы, конусной зенковки, корончатого или ступенчатого сверла), ознакомитесь со значением «Предел кратковременной прочности» в разделе таблицы «Механические свойства» для вашего материала (Примечание: Далее в тексте — предел прочности).
Эта информация находиться в свободном доступе, достаточно ввести в поисковике название или марку вашей стали.
Предел прочности — это максимальное механическое напряжение, выше которого происходит разрушение материала, подвергаемого деформации (в данном случае лезвийной обработки при помощи режущего инструмента).
Предел прочности при растяжении обозначается в таблице механических свойств, буквами σв(МПа) и измеряется в килограммах силы на квадратный сантиметр (кгс/см2), а также указывается в мега Паскалях (МПа). В нормативной документации и стандартах обозначен термином «временное сопротивление».
σв — временное сопротивление разрыву (предел кратковременной прочности), Мпа. 1 МПа = 1 Н/мм²
Предел прочности стали зависит от марки и изменяется в пределах от 300 Н/мм2 у обычной низкоуглеродистой конструкционной стали до 900 и выше Н/мм2 у специальных и высоколегированных марок.
Режущий инструмент выполненный из специальной высоколегированной быстрорежущей стали HSS-XE от производителя Karnasch (Германия), предназначен для сверления и обработки отверстий в сталях обычного и повышенного качества прочностью до 900 H/мм2.
Дополнительно, режущий инструмент усилен упрочняющим покрытием Gold Tech которое эффективно способствует повышенной износостойкости металлообрабатывающего инструмента.
Для сверления и обработки отверстий в прочных сталях и сталях высокого качества, рекомендуется использовать режущий инструмент, оснащенный твердосплавными напайками, выполненными из карбид вольфрама или инструментов выполненным целиком из специальной порошковой стали с возможностью обрабатывать материалы с прочностью до 1400 Н/мм2.
В таблице, представленной ниже, вы сможете ознакомится с некоторыми видами сталей и их значениями предела прочности. Стали разделены на группы прочности.
Например, для сверления обычной конструкционной стали С235 с пределом прочности до
360 Н/мм2 вполне подойдет кольцевая фреза, изготовленная из высоколегированной, специальной стали HSS XE с возможностью сверления материалов, прочностью до 900 Н/мм2 .
Или для зенковки закладных пластин, изготовленных из стали С390 подойдет конический зенкер из высоколегированной стали HSS XE с упрочняющим покрытием для повышения износостойкости к материалам с пределом прочности до 900 Н/мм2.
Так же вы сможете рассверлить или высверлить отверстие в мостовой стали 15ХСНД используя кольцевую фрезу из быстрорежущей высоколегированной стали HSS XE с TIN или BlueTek покрытием. Но даже с правильно подобранными оборотами и подачей, этих отверстий будет выполнено меньше чем при использовании инструмента с твердосплавными режущими пластинами, специально предназначенного для обработки прочных, качественных сталей с прочностью до 1400 Н/мм2.
И конечно для обработки нержавеющих сталей прочностью более 510 H/мм2, предпочтительней использовать режущий инструмент, (корончатые сверла или конусные зенкеры), с сменными твердосплавными пластинами. Metallrent.ru
Для обработки отверстий в износостойких сталях специального назначения используется режущий инструмент, специально предназначенный для этого. Производитель Karnasch (Германия), выпускает корончатые сверла, специально спроектированные для сверления таких крепких материалов как Hardox или железнодорожных рельс с наименованием Hardox-Line или Rail-Line.
Самым крепким инструментом, имеющимся у производителя, считаются цельные корончатые и спиральные сверла, выполненные из специальной порошковой стали. Прочность материалов для которых они предназначены имеет значение 1400 Н/мм2 или до 65 HRC.
