Vetaif.ru

Авто журнал
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Прочность на разрыв единица измерения

Как я испытывал обработанные растворителями пластики на разрыв

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

Статья относится к принтерам:

С вами Ермак и… проверка пластиков на разрыв после обработки растворителями.

Если вам больше по душе визуальное повествования, то вы можете ознакомиться с содержанием данной статьи по следующему видеоролику.

В двух предыдущих статьях я показал процесс изготовления разрывной машины и сравнительные тесты на разрыв различных пластиков, что послужит нам контрольными измерениями для сегодняшних испытаний. Для лучшего понимания всего происходящего рекомендую сначала ознакомиться с этими статьями:

Ну а в этой статье мы рассмотрим влияние на прочность обработки пластиков растворителями на протяжении двух месяцев.

Итак, чем же и как я производил обработку? В тестах, по прежнему, принимали участие следующие пластики: ABS, PET-g, HIPS, PLA.

Всё так же каждым пластиком были распечатаны образцы в которых предполагается осуществление нагрузки как вдоль периметров так и поперёк слоёв.

Каждый вид образцов обрабатывался как окунанием в растворитель так и в парах этого же растворителя, так называемой бане. Исключением стал только PET-g, который вместо окунания обрабатывался путём нанесения кистью по причине скудных запасов дихлорэтана, которым, собственно, он и обрабатывался.

Для ABS пластика я, как и все, использовал ацетон.

Для HIPS – ксилол.

Для PLA так же использовался дихлорэтан.

Каждая комбинация испытывалась тремя образцами через два дня (примерное время высыхания до состояния, когда не остаётся следов при нажатии на поверхность пластика ногтем), через две недели и через два месяца после обработки.

Так, кажется все вводные данные сообщил, посмотрим что же в итоге получилось.

Сразу хочу отметить, что образцы из PET-g пластика обработанные в бане даже спустя два месяца остались эластичными и спокойно гнулись. Порвать данные образцы мне не удалось из-за ограничений длины хода натяжного винта. После снятия нагрузки с данных образцов они практически возвращались в исходное состояние.

Как и при испытании не обработанных образцов все полученные результаты я свёл в таблицу.

Это показания экрана весов.

Это таблица реальных нагрузок в килограммах после пересчёта рычажного механизма.

А это таблица с пересчётом в мегапаскали для тех, кому удобнее видеть эти единицы измерения.

Что же касается ABS пластика, из-за которого, как вы помните, и завязалась вся эта история, то с ним получились очень странные результаты. Так, например, образцы после бани разрываемые по слоям через два дня в среднем показали бОльшую прочность нежели контрольные образцы, но уже через две недели прочность оказалась ниже контрольных образцов, а через два месяца снизилась ещё значительнее.

Зато эти же образцы, обработанные окунанием показали примерно такую же прочность как не обработанные через два дня, несколько снизившуюся прочность через две недели и значительно возросшую прочность при испытаниях через два месяца.

Образцы разрывавшиеся вдоль периметров при обработке их в бане так же показали постепенное снижение прочности с течением времени.

Образцы же, которые окунались в ацетон показали примерно одинаковое снижение прочности через два дня и две недели. А через два месяца прочность снизилась на 32% относительно контрольных образцов.

PET-g после бани показал самые значительные снижения прочности при всех видах нагрузки во всех временных промежутках. Это не удивительно, ведь как я и сказал раньше, данные образцы были больше похожи на резину.

Образцы же поверхностно обработанные, при нагрузке вдоль периметров, спустя два дня и две недели имели прочность примерно на 32% меньшую, нежели у контрольных образцов. Спустя же 2 месяца прочность уже была ниже только на 20%.

При нагрузке поперёк слоёв отслеживаются явные признаки увеличения прочности в зависимости от прошедшего времени. И спустя два месяца прочность образцов оказалась ниже всего на 10,5%. Держу пари, со временем разница с контрольными образцами была бы ещё меньше.

HIPS пластик показал самые интересные результаты. Здесь образцы обработанные в бане даже спустя два месяца не вернули и 50% прочности контрольных образцов. Хотя явная тенденция набора прочности отчётливо заметна.

А вот образцы обработанные окунанием, несмотря на ощутимое снижение прочности при измерении спустя два дня и две недели показали прирост, хоть и не значительный, через два месяца как при нагрузке вдоль периметров так и поперёк слоёв.

PLA же хоть и потерял по итогу в прочности, но явно показывает тенденцию восстановления прочности при всех видах обработки и нагрузки.

Очень интересно, что спустя два месяца при обработке в бане прочность как вдоль периметров так и поперёк слоёв сравнялась, правда в процентном соотношении снижение составило 55% и 17% соответственно.

При окунании же, прочность вдоль периметров снизилась на 23%, а поперёк слоёв на 8% спустя два месяца.

Если в общем смотреть на результаты измерений то во всех случаях, для всех пластиков баня более пагубно влияет на прочность деталей и лично для себя я сделал вывод, что при необходимости химической обработки пластиков я предпочту окунание нежели баню.

В итоге у меня осталась вот такая кучка испытанных образцов и некий багаж знаний. А если и вы узнали для себя что-то новое и полезное то оцените эту статью (а лучше ещё и оригинальный ролик 😉 ), оставляйте свои комментарии, интересно будет услышать ваше мнение.

На этом всё, всем спасибо за внимание, всем пока.

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

Итоги REC PLA

Образцы в виде двусторонней лопатки были напечатаны на 3D-принтере с характеристиками:

  • заполнение — 100%
  • температура экструдера — 205°
  • температура стола — 45°
  • толщина слоя — 0.2 мм
  • скорость — 50 мм/с
  • обдув — 100%

    Свойства, определяемые испытанием на растяжение, и факторы, на них влияющие

    1. Предел прочности

    Пределом прочности называют максимальное усилие растяжения, отнесенное к единице площади его первоначального сечения

    Другими словами, предел прочности есть условное максимальное напряжение, которое выдерживает материал при растяжении. Под «истинным пределом прочности»(или под действительным сопротивлением разрыву) понимается усилие в момент разрыва P, отнесенное к площади сечения.

    2. Предел пропорциональности и упругости

    Под пределом пропорциональности σПЦ понимают наименьшее напряжение вызывающее в испытуемом материале отклонение от закона пропорциональности (или наибольшее напряжение от этого закона), а под пределом упругости σУП — наибольшее напряжение, ниже которого величина деформации является определенной функцией напряжения, независимо от возрастания или убывания последнего, то нет оснований предполагать идентичность этих двух величин.

    3. Предел текучести

    Пределом текучести σТ называется напряжение, при котором возникающая остаточная деформация образца распространяется равномерно по его рабочей части при временном постоянстве растягивающего усилия.

    Практически в качестве предела текучести обычно принимается напряжение, при котором деформация образца возрастает, а стрелка динамометра разрывной машины либо останавливается, либо отходит назад. В этом случае на кривой «напряжение — деформация» образуется так называемая площадка текучести (кривая a), и тогда предел текучести называют явным или физическим.

    Типичные кривые растяжения (α — ε)

    В некоторых случаях площадка текучести бывает неясно выражена (кривая б) или совершенно отсутствует (кривая в); такую форму кривых при нормальной температуре испытания имеют весьма пластичные металлы (например, медь). С повышением же температуре явным пределом текучести, форма кривой имеет вид, показанный на рисунке, в. Мягкая углеродистая сталь с содержанием 0,05% при 300°С дает кривую, соответствующую кривой б; другие, более теплоустойчивые стали сохраняют явный предел текучести до 400 и даже до 500°С; выше этих температур форма кривых растяжения аналогична кривой в.

    Во всех случаях, когда отсутствует явный предел текучести, приходится прибегать к нахождению так называемых условных пределов текучести, основанных на определении напряжений, вызывающих заданную остаточную деформацию небольшой величины (в пределах 0,01—0,5%). Чаще всего на практике определяют условные пределы текучести, вызывающие остаточную деформацию, равную 0,1 или 0,2%.

    Условные пределы текучести некоторых легированных сталей

    Если условные пределы текучести при нормальной температуре мало различаются между собой, то при высоких температурах разница между условными пределами текучести, например 0,01 и 0,2% (после текучести), становится значительной.

    4. Удлинение и поперечное сужение образца

    Удлинение и поперечное сужение образца, испытанного при высокой температуре, являются показателями пластических свойств металла при данной температуре.

    Удлинение δ и поперечное сужение ψ замеряются на охлажденных образцах и подсчитываются по общеизвестным формулам:

    Читать еще:  Аккумуляторы вортекс 60 отзывы

    • где l — начальная длина расчетного участка образца;
    • lk — конечная длина расчетного участка образца;
    • F — начальная площадь поперечного сечения образца;
    • Fk — конечная площадь поперечного сечения образца.

    Наибольшее влияние на эти свойства оказывает время до разрыва или, что то же самое, скорость растяжения образца.

    5. Модуль упругости

    Модуль нормальной упругости E является важной физико-механической характеристикой металла. Знание величины модуля упругости стали для широкого диапазона температур необходимо не только при конструкторских расчетах деталей машин и аппаратуры, работающих при повышенных температурах, но и в ряде других случаев.

    Относительное изменение модуля упругости E (в % от его значения при 20°) в зависимости от температуры для сталей: 1-нелегированной; 2-низколегированной; 3-среднелегированной; 4-высоколегированной

    Применение зависимости «прочность-твердость» при обследовании стальных конструкций с помощью портативных твердомеров.

    Применение зависимости «прочность-твердость» при обследовании стальных конструкций с помощью портативных твердомеров.

    В настоящее время стальные конструкции широко применяются в качестве несущих элементов различных по назначению зданий и сооружений. Для поддержания нормального технического состояния имеется необходимость в контроле работы конструкций в течение всего срока эксплуатации. Особо важную роль данные о состоянии металла конструкций играют при реконструкции сооружений: они позволяют как сократить расход металла на усиление конструкции, так и правильно рассчитать нагрузки, которые обследуемая конструкция может воспринимать. Одним из основных параметров стальных конструкций, определяющим их работоспособность является прочность материала.

    Традиционным методом определения прочности металла в конструкциях является отбор проб и их последующее испытание на растяжение по ГОСТ 1497-84 (ГОСТ 1497-84*. Металлы. Методы испытания на растяжение). Данный способ отличается тем, что полученное в результате значение прочности наиболее близко к истинному. Однако основными недостатками этого метода являются неизбежное ослабление элементов при отборе проб и высокая трудоемкость отбора, испытания и дальнейшего восстановления целостности элемента.

    Связь между прочностью металла и его твердостью широко известна, а соотношение между данными параметрами для сталей указано в ГОСТ 22761-77 (ГОСТ 22761-77. Метод измерения твердости по Бринеллю переносными твердомерами статического действия). Однако в разных источниках приводятся различные аналитические зависимости. Например, в СТО 22-04-02 (СТО 22-04-02. Руководство по отбору микропроб, проб и определению механических свойств сталей в металлических конструкциях неразрушающим методом) приведена формула:

    (1)

    При этом зависимость рассматриваемых параметров, указанная в справочнике Морозова А.С., Ремнева В.В., Тонких Г.П. «Организация и проведение обследования технического состояния строительных конструкций зданий и сооружений», имеет вид:

    (2)

    где К = 0,34 при НВ 175.

    Значения прочности, полученные по этим зависимостям, имеют существенные отличия и, в ряде случаев, значительно отличаются от истинной прочности испытываемого элемента. Например, в результате одного из проведенных авторами исследований на двутавре из стали Ст3сп, были получены значения твердости и прочности, представленные в таблице 1.

    Твердость

    полученная пересчетом по эмпирическим зависимостям и таблицам

    по данным сертификата

    по данным испытания на разрыв по ГОСТ [1]

    по справочнику [4]

    Как видно из данных, приведенных в таблице 1, определенные косвенным методом значения прочности имеют различия до 9% при разном способе пересчета и отличаются от истинного значения предела прочности на величину до 13%.

    Известны исследования различных ученых, например, М.С.Дрозд «Определение механических свойств металла без разрушения», В.М.Хомич «Экспериментальное исследование взаимосвязи предела текучести и некоторых чисел твердости строительных сталей» и другие, направленные на уточнение и анализ зависимости «твердость-прочность». Однако большинство исследований основано на измерении твердости в лабораторных условиях по отобранным образцам, что также неизбежно приводит к ослаблению элемента конструкции.

    Помимо вышеуказанного, в литературе отсутствуют методические указания по применению методов неразрушающего контроля твердости в полевых условиях (на строительной площадке или в эксплуатируемом здании). Нет рекомендаций по учету влияния на результат измерения факторов, возникающих при проведении измерений. К данным факторам в первом приближении относятся:

    1. Расположение участка измерения;

    2. Толщина испытываемого элемента;

    3. Качество обработки испытываемой поверхности;

    4. Напряженно-деформированное состояние элемента;

    5. Наличие и величина остаточных напряжений;

    Имеется большой спектр приборов неразрушающего контроля твердости, позволяющих выполнять измерения в полевых условиях. К таким портативным твердомерам, в частности, относятся: ТЕМП-4, ТКМ-459, МЕТ-УД, Equotip и другие. Основные методы, применяемые в них – это ультразвуковой и динамический. В динамическом методе определяется косвенная характеристика – отношение скорости при ударе и отскоке индентора. В ультразвуковом методе измеряемым параметром является частота колебаний индентора, при его внедрении в образец на определенную глубину под действием постоянного усилия. Значения косвенных характеристик в дальнейшем переводятся в число твердости.

    Цель настоящей работы – изучение влияния различных технологических факторов на погрешность измерения и достоверность определения прочности стали по измерению твердости.

    Для достижения поставленной цели произведены лабораторные экспериментальные исследования на образцах из прокатных профилей различного поперечного сечения (двутавр, швеллер, уголок), выполненных из различных марок стали.

    Для определения твердости металла в ходе исследований использованы портативные твердомеры ТЭМП-4 (динамический метод) и МЕТ-УД (динамический и ультразвуковой методы).

    На первом этапе исследовалось влияние на результаты измерений вида обработки поверхности исследуемого объекта. Обработка поверхности при применении портативных твердомеров является обязательным условием, а от качества ее выполнения во многом будет зависеть точность результата измерения. Для реализации эксперимента, поверхность образцов была обработана тремя различными способами:

    1. Зачистка от окрасочного слоя;

    2. Зачистка от слоя окалины;

    3. Шлифовка поверхности шлифовальными кругами различной зернистости.

    Последний вид обработки исследовался более детально для изучения влияния зернистости шлифовальных кругов и шероховатости обработанной поверхности на результаты измерений.

    На рис. 1 представлены графики результатов измерений твердости динамическим методом при различных видах обработки. Наглядно представлен разброс значений, характеризующий измерения при различных условиях.

    Рис.1. График распределения значений твердости при различной обработке поверхности.

    В результате исследований показано, что вид подготовки поверхности оказывает существенное влияние на погрешность измерений твердости ( рис.1). Коэффициент вариации результатов измерений в первых двух испытаниях составил 18,4% и 26,3% соответственно. Выявленный разброс данных не допустим для выполнения исследований. Шлифовка поверхности перед выполнением измерений является обязательным условием для применения портативных твердомеров.

    Выявлено, что зернистость шлифовальных кругов (от Z -40 до Z -120) практически не оказывает влияния на дисперсию значений. Коэффициент вариации при обработке шлифованием составляет 3,4…5,0%. При этом шероховатость обработанной поверхности, по данным профилометрического анализа, составила 0,36…1,84 мкм, что является допустимым для применения как динамического, так и ультразвукового методов.

    На втором этапе исследована погрешность измерений при различном расположении измеряемого участка по сечению элемента и применении различных методов исследования (рис. 2).

    В результате испытания динамическим методом было выявлено, что результат измерений в упругой зоне профиля (край полки, середина стенки) в три-четыре раза ниже, чем в неупругой (зоны сопряжения стенки с полкой). В стенке значения выше вблизи полки, однако, в остальной части они примерно постоянны. В результате испытаний ультразвуковым методом выявлено, что значения твердости изменяются по всему сечению профиля не существенно.

    Рис.2. Распределение результатов измерения твердости по сечению швеллера различными методами и приборами, МПа.

    Разброс значений, полученных динамическим методом, вызван упругостью зоны измерений. Для снижения погрешности необходимо выполнять измерения в зоне, где упругость сечения элемента не оказывает заметного влияния – в зоне стыка полки и стенки. Кроме того, показано, что применение ультразвукового метода измерения не сопровождается высоким значением погрешности, вызванной различным расположением участка измерения.

    Третьим этапом исследована погрешность измерения, вызванная остаточными напряжениями в околошовной зоне сварного шва. Для этого исследования на двутавровом образце был смоделирован валик сварного шва шириной 2см. Испытания проводились на расстоянии 0,5см от края шва и далее с шагом в 1см.

    Рис.3. Распределение результатов измерения твердости в вблизи сварного шва, МПа.

    Как показано на рисунке 3, при приближении к сварному шву значения измеренной твердости заметно увеличивается. Таким образом, можно сделать вывод, что участок измерения твердости необходимо располагать вне зоны влияния сварного шва, на удалении примерно три ширины шва. Однако данные исследования требуют продолжения и более подробной проработки при разных толщинах образцов и параметрах сварного шва.

    По результатам выполненных исследований сформулированы следующие выводы:

    1. Выполнение обработки поверхности образца шлифовкой является обязательным условием для проведения измерений. При этом зернистость шлифовальных кругов в определенном диапазоне не оказывает существенного влияния на погрешность измерений.

    2. Меньшей погрешностью характеризуются измерения, выполняемые в наиболее жесткой части сечения профилей — в зоне стыка полки и стенки. Влияние данного фактора при использовании ультразвукового метода практически отсутствует.

    3. Значение прочности стали наиболее близкое к истинной величине (по результатам испытаний) получено по пересчету твердости по таблице ГОСТ (ГОСТ 22761-77. Метод измерения твердости по Бринеллю переносными твердомерами статического действия).

    Читать еще:  Электронные часы идут вперед

    4. Близость участка измерения к сварному шву оказывает значительное влияние на погрешность измерений. Повышенная твердость в зоне сварного шва сохраняется в зоне приблизительно равной трем ширинам шва.

    5. В последующих этапах исследования планируется изучить влияние толщины элементов, температуры и марки стали на получаемые значения твердости. Конечной целью работы является разработка набора коэффициентов и рекомендаций по определению прочности путем измерения твердости для различных материалов.

    А.В. Улыбин, начальник отдела

    «Обследование зданий и сооружений» ПНИПКУ «Венчур», к.т.н.

    Основные классы

    Болт представляет собой крепежный элемент цилиндрической формы с резьбой снаружи. Обычно имеет шестигранную головку, сделанную под гаечный ключ. Соединение происходит при помощи гайки либо другого отверстия с резьбой. До создания винтовых крепежей болтами называли любые изделия в форме стержня.

    Конструктивное устройство болта выглядит следующим образом.

    Головка

    С ее помощью остальной части крепежа передается крутящий момент. Она может иметь шестигранную, полукруглую, полукруглую с винтом, цилиндрическую, цилиндрическую с шестигранным углублением, потайную и потайную с винтом формы.

    Стержень цилиндрической формы

    Делится на несколько видов:

    • стандартный;
    • для установки в отверстие, имеющее зазор;
    • для монтажа в отверстие, обработанное разверткой;
    • со стержнем уменьшенного диаметра без резьбы.

    Гайка

    Может быть следующих форм:

    • круглая;
    • гайка-барашек;
    • шестигранная (с фасками низкими/высокими/нормальными, корончатая и прорезная).

    Существует множество типов болтов, все зависит от того, какими качествами при эксплуатации должна обладать изготавливаемая конструкция. Класс прочности болтов описывает их механические свойства.

    Опираясь на самые популярные таблицы, можно понять, что данный класс является основным.

    Прочность — это свойство изделия, характеризующееся сопротивлением к разрушению со стороны внешних факторов. Любой производитель обязательно указывает прочность изделия для того, чтобы при монтаже или сборке было понятно, подходят ли крепежи для тех или иных случаев. Измеряется прочность двумя цифрами, разделенными точкой, либо двузначным и однозначным числом, также разделенными точкой:

    • 3.6 — соединительные элементы, изготовленные из нелегированной стали, дополнительная закалка не применяется;
    • 4.6 — для производства использована углеродистая сталь;
    • 5.6 — изготавливаются из стали без заключительного отпуска;
    • 6.6, 6.8 — метизы из углеродистой стали, без примесей;
    • 8.8 — в сталь добавляются такие компоненты, как хром, марганец или бор, дополнительно происходит отпуск готового металла при температуре выше 400°С;
    • 9.8 — имеет минимум отличий от предыдущего класса и более высокую прочность;
    • 10.9 — для производства таких болтов берется сталь с дополнительными добавками и отпуском 340-425°С;
    • 12.9 — применяется нержавеющая или легированная сталь.

    Первое число означает предел прочности (1/100 Н/мм2 или 1/10 кг/мм2), то есть 1 миллиметр квадратный болта 3.6 выдержит на разрыв 30 килограмм. Второе число — это соотношение предела текучести к пределу прочности в процентах. То есть болт 3.6 не будет деформироваться до усилия 180 Н/мм2 или 18 кг/мм2 (60% от предела прочности).

    Исходя из значений прочности, соединяющие болты делятся на следующие варианты.

    • Функционирующие на растяжение-разрыв по внутреннему диаметру болта. Чем выше прочность крепежа, тем больше вероятность, что болт деформируется при нагрузке, то есть растянется.
    • Функционирующие на срез болта по двум плоскостям. Чем меньше прочность, тем выше вероятность, что крепление разрушится.
    • Функционирующие на растяжение и срез — происходит срез головки болта.
    • Фрикционные — тут происходит смятие материала под крепежом, то есть функционирующие на срез, но с большим натяжением крепежей.

    Предел текучести — это наибольшая нагрузка, при увеличении которой происходит деформация, в дальнейшем не подлежащая восстановлению, то есть винтовое соединение увеличится в длину после определенных действий. Чем большую тяжесть выдерживает конструкция, тем выше показатель текучести. Рассчитывая нагрузку, обычно берут 1/2 или 1/3 от предела текучести. В качестве примера можно рассмотреть кухонную ложку — если согнуть ее в одну сторону, получится другой предмет. Текучесть нарушилась — это привело к деформации, но сам материал не сломался. Можно сделать вывод, что упругость стали выше ее текучести.

    Другой предмет — нож, при сгибании сломается. Следовательно, сила прочности и текучести одинакова. Изделия с такими характеристиками еще называют хрупкими. Предел на растяжение — изменение размера и формы материала под действием внешних факторов, изделие при этом не разрушается. Иными словами, это процент удлинения материала по сравнению с изначальным образцом. Данная характеристика показывает длину болта до поломки. Классификация по размерам – чем больше площадь, тем больше сопротивление скручиванию.

    Длина болта выбирается в соответствии с толщиной соединяемых частей.

    Крепежи делятся и по такому показателю, как точность. В производстве используются разные способы нарезки резьбы и обрабатывания поверхности. Она может быть повышенной, нормальной и грубой.

    • С – грубая точность. Данные крепежи подходят для отверстий на 2-3 миллиметра больше самого стержня. При такой разности диаметров соединения могут сдвигаться.
    • В – нормальная точность. Соединительные элементы устанавливаются в отверстия на 1-1.5 миллиметра шире стержня. Поддаются меньшей деформации по сравнению с предыдущим классом.
    • А – высокая точность. Отверстия для данной группы болтов могут быть шире на 0.25-0.3 миллиметра. Крепежи имеют достаточно высокую стоимость, так как производят их методом точения.

    Для крепежей, изготовленных из нержавеющей стали, указывают не класс, а предел прочности на разрыв, обозначение у них другое — А2 и А4, где:

    • А — это аустенитная структура стали (высокотемпературное железо с кристаллической ГКЦ-решеткой);
    • числа 2 и 4 — это обозначение химического состава материала.

    Нержавеющие болты имеют 3 показателя прочности — 50, 70, 80. При производстве высокопрочных болтов используют сплавы с большей твердостью и прочностью. Такие материалы стоят дороже углеродистой стали. Класс прочности варьируется – 6.6, 8.8, 9.8, 10.9, 12.9. Также для повышения показателей проводится этап термической обработки, которая изменяет химический состав и строение материала. Возможная эксплуатация в условиях температур ниже 40°С — имеет обозначение У. 40-65°С маркируется как ХЛ.

    Твердость болтов — это способность материала сопротивляться проникновению в его поверхность другого тела. Характеристика твердости болтов измеряется по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу. Испытания твердости по Бринеллю проводятся на твердомере, индетором (вдавливаемый предмет) служит закаленный шарик, диаметр которого равен 2.5, 5 или 10 миллиметров. Размер зависит от толщины проверяемого материала. Вдавливание происходит в течение 10-30 секунд, время также зависит от испытуемого материала. Затем полученный отпечаток при помощи лупы Бринелля измеряют в двух направлениях. Соотношение приложенной нагрузки к поверхности отпечатка и есть определение твердости.

    Метод Роквелла также основан на вдавливании. В качестве индетора для твердых сплавов выступает алмазный конус, для более мягких — шарик из стали диаметром 1.6 миллиметров. В данном методе испытание проводится в две фазы. Сначала прикладывается предварительная нагрузка для плотного соприкосновения материала и наконечника. Затем в течение небольшого времени идет основная нагрузка. После того как рабочую нагрузку убирают, измеряется твердость. То есть расчеты будут происходить по глубине, на которой остался индетор, с приложенной предварительной нагрузкой. В данном методе выделяется 3 группы твердости:

    • HRA — для особо твердых металлов;
    • HRB — для относительно мягких металлов;
    • HRC — для относительно твердых металлов.

    Твердость Виккерса определяется по ширине отпечатка. Вдавливаемым наконечником служит алмазная пирамида с четырьмя гранями. Измеряется расчетом соотношения нагрузки к площади полученной отметки. Замеры производятся под микроскопом, установленным на оборудовании. Данный метод отличается повышенной точностью и сверхчувствительностью. Применяемые способы измерения по ГОСТ в советские времена не позволяли определять все максимально допустимые нагрузки на крепежи, поэтому изготавливаемые материалы были низкого качества.

    Общие сведения и характеристики сталей

    С точки зрения конструктора, наибольшую важность для сплавов, работающих в обычных условиях, имеют физико-механические параметры стали. В отдельных случаях, когда изделию предстоит работать в условиях экстремально высоких или низких температур, высокого давления, повышенной влажности, под воздействием агрессивных сред — не меньшую важность приобретают и химические свойства стали. Как физико-механические, так и химические свойства сплавов во многом определяются их химическим составом.

    Влияние содержание углерода на свойства сталей

    По мере увеличения процентной доли углерода происходит снижение пластичности вещества с одновременным ростом прочности и твердости. Этот эффект наблюдается до приблизительно 1% доли, далее начинается снижение прочностных характеристик.

    Повышение доли углерода также повышает порог хладоемкости, это используется при создании морозоустойчивых и криогенных марок.

    Влияние углерода на механические свойства стали

    Рост содержания С приводит к ухудшению литейных свойств, отрицательно влияет на способность материала к механической обработке.

    Добавки марганца и кремния

    Mn содержится в большинстве марок стали. Его применяют для вытеснения из расплава кислорода и серы. Рост содержания Mn до определенного предела (2%) улучшает такие параметры обрабатываемости, как ковкость и свариваемость. После этого предела дальнейшее увеличение содержания ведет к образованию трещин при термообработке.

    Читать еще:  Черный цвет масла в двигателе

    Влияние кремния на свойства сталей

    Si применяется в роли раскислителя, используемого при выплавке стальных сплавов и определяет тип стали. В спокойных высокоуглеродистых марках должно содержаться не более 0,6% кремния. Для полуспокойных марок этот предел еще ниже — 0,1 %.

    При производстве ферритов кремний увеличивает их прочностные параметры, не понижая пластичности. Этот эффект сохраняется до порогового содержания в 0,4%.

    Влияние легирующих добавок на свойства стали

    В сочетании с Mn или Mo кремний способствует росту закаливаемости, а вместе с Сг и Ni повышает коррозионную устойчивость сплавов.

    Азот и кислород в сплаве

    Эти самые распространенные в земной атмосфере газы вредно влияют на прочностные свойства. Образуемые ими соединения в виде включений в кристаллическую структуру существенно снижают прочностные параметры и пластичность.

    Характеристики, определяемые при статических испытаниях на растяжение

    Исследования осуществляются в испытательных машинах с ручным или гидравлическим приводом. Второй вариант обеспечивает возможность создания гораздо большей мощности. По результатам исследований составляют диаграмму растяжения.

    При механических статических испытаниях на растяжение, проводимых в соответствии с ГОСТом 1497-84, определяют комплекс свойств стали.

    Характеристики прочности

    • Предел пропорциональности – Ϭп. Характеризует напряжение, выше которого прекращает свое действие закон Гука. После наклепа металла, который, например, осуществляется при холодном деформировании, Ϭп возрастает в 1,5-1,8 раза.

    Определение! В законе Гука утверждается, что деформация, образующаяся в упругом теле, прямо пропорциональна прилагаемому усилию.

    • Предел текучести – Ϭт. Это нагрузка, при которой деформация повышается при постоянном напряжении. Присутствующая явно горизонтальная площадка на диаграмме может отсутствовать. В этой ситуации устанавливают условный Ϭт, при котором остаточные деформации примерно равны 0,2%.
    • Предел прочности (временное сопротивление разрыву) – Ϭв. Это максимальное усилие, при котором образец не разрушается. Его превышение приведет к разрыву стержня.
    • Напряжение разрыва – Ϭр. При испытаниях на прочность определяют два вида напряжения разрыва – условное и истинное.

    Характеристики упругости

    • Предел упругости – Ϭу. Соответствует нагрузке, при которой остаточное удлинение равно 0,05%. Значения Ϭу и Ϭп на диаграмме находятся рядом, поэтому Ϭу устанавливается при очень тонких исследованиях.

    Характеристики пластичности

    • Относительное остаточное удлинение. Определяется по формуле Δ=(L1-L0)*100% / L0, в которой L0 – исходная длина образца, L1 – расчетная после окончания исследований.
    • Относительное остаточное сужение. Ψ=(А0-Аш)*100% / А0, А0 – площадь сечения стержня до испытаний, Аш – площадь сечения шейки.

    Твердость материала

    Твёрдость по Бринеллю – это характеристика, которая позволяет определить твёрдость материала.

    Крепежи из нержавеющий стали тоже оснащены специальной маркировкой на верхушке крепления.

    Вид стали А2 или А4 и предел прочности — 50, 70, 80, примеры: А2-70, А4-80. На крепления, которые имеют четко выраженную резьбу, наноситься цветная маркировка для A2 – зеленым цветом, для A4 – красным. Значение для предела текучести не указывается.

    Например, значение 70 – самое стандартное и демонстрирует максимальную прочность крепежа из нержавеющей стали.

    Максимальная текучесть для нержавеющих метизов, часто лишь справочное значение.

    Текучесть в данном случае будет составлять 250 Н/мм2 для A2-70 и около 300 Н/мм2 для A4-80.

    Приблизительное увеличение при этом будет не больше чем 40%. Иными словами, данный вид стали отменно меняет форму перед тем, как произойдёт непоправимая деформация.

    Старые отечественные методы измерения по ГОСТ-у не позволяли уделить должное внимание максимально допустимым нагрузкам на болты, поэтому выпускаемые метизы были значительно ниже по качеству относительно современных.

    Пример, чтобы максимально точно рассчитать нагрузку на материал, используя классификацию прочности:

    Крепление М12 с прочностью 8.8 размером d2 = 10,7мм и максимально продолжительностью сечения 89,87мм2. В этом случае максимально допустимая степень нагрузки будет: (8*8*10)*89,87 ;0) = 57520 Ньютон.

    Таблица нагрузок для болтов из углеродистой и из нержавеющей стали.

    ST-4.6ST-8.8А2-70А4-80
    РЕЗЬБАd2, ммПлощадь по 62, тт2Макс. нагрузка, НьютонРабочая нагрузка, кгМакс. нагрузка, НьютонРабочая нагрузка, кгМакс. нагрузка, НьютонРабочая нагрузка, кгМакс. нагрузка, НьютонРабочая нагрузка, кг
    М10,80,512132210126151
    М21,72,27544201 452705672068130
    М32,65,311 274603 3961601 327601 59270
    М43,59,622 3081106 1543002 4041202 885140
    М54,415,23 6471809 7264803 7991804 559220
    М65,322,055 29226014 1127005 5132706 615330
    М87,139,579 49747025 3261 2609 89349011 872590
    М108,962,1814 92374039 7951 98015 54577018 654930
    М1210,789,8721 5701 07057 5202 87022 4691 12026 9621 340
    М1412,6124,6329 9101 49079 7613 98031 1571 55037 3881 860
    М1614,6167,33401592 000107 0925 35041 8332 090501992 500
    М2018,3262,8963 0933 150168 2498 41065 7223 28078 8673 940
    М2421,9376,4990 3594 510240 95612 04094 1234 700112 9485 640
    М2724,9486,71116 8105 840311 49315 570121 6776 080146 0127 300
    М3027,6597,98143 5167170382 70819130149 4957 470179 3948 960

    Вашему вниманию представлена дополненная таблица максимальных нагрузок на нержавеющие материалы и высокопрочные соединения.

    Чтобы дополнительно быть уверенным в безопасности нагрузки, можно без зазрения совести разделять нагрузку в Ньютонах на тридцать.

    Нержавейка А2-50
    РЕЗЬБАd2, ммПлощадь d2, мм2Предел текучести, МПаМакс. нагрузка, НьютонРабочая нагрузка, кг
    М10,80,50200100
    М21.72,2720045420
    М32,65,312001 06150
    М43,59,622001 92390
    М54,415,202003 040150
    Мб5,322,052004 410220
    М87,139,572007 914390
    М108,962,1820012 436620
    М1210,789,8720017 975890
    М1412,6124,6320024 9251 240
    М1614,6167,3320033 4661 670
    М2018,3262,8920052 5782 620
    М2421,9376,4920075 2993 760
    М2724,9486,7120097 3424 860
    МЗО27,6597,98200119 5965 970
    Нержавейка А2-70
    РЕЗЬБА62,ммПлощадь d2, мм2Предел текучести, МПаМакс. нагрузка, НьютонРабочая нагрузка, кг
    М10,80,50250126
    М21,72,2725056720
    М32,65,312501 32760
    М43,59,622502 404120
    М54,415,202503 799180
    Мб5,322,052505 513270
    М87,139,572509 893490
    М108,962,1825015 545770
    М1210,789,8725022 4691 120
    М1412,6124,6325031 1571 550
    М1614,6167,3325041 8332 090
    М2018,3262,8925065 7223 280
    М2421,9376,4925094 1234 700
    М2724,9486,71250121 6776 080
    МЗО27,6597,98250149 4957 470
    Нержавейка А4-80
    РЕЗЬБА12, ммПлощадь d2, мм2Предел текучести, МПаМакс. нагрузка, НьютонРабочая нагрузка, кг
    М 10,80,50300151
    М21,72,2730068130
    М32,65,313001 59270
    М 43,59,623002 885140
    М 54,415,203004 559220
    Мб5,322,053006 615330
    М 87,139,5730011 872590
    М108,962,1830018 654930
    М1210,789,8730026 9621 340
    М1412,6124,6330037 3881 860
    М1614,6167,33300501992 500
    М2018,3262,8930078 8673 940
    М2421,9376,49300112 9485 640
    М2724,9486,71300146 0127 300
    МЗО27,6597,98300179 3948 960

    Юрий и космические привязи

    Международный консорциум Космического лифта предложил «Юру» в качестве названия для единиц СИ , описывающей прочность конкретной. Удельная прочность имеет фундаментальное значение при описании материалов кабелей космических лифтов . Единица Юрий задумывается как единица СИ для предела текучести (или напряжения разрушения) на единицу плотности материала при растяжении. Итак, единицы измерения для одного Юрия — Па м 3 / кг . Эта единица эквивалентна одному Н · м / кг , который представляет собой разрывную / предельную силу на линейную плотность натянутого кабеля. Для функционального земного космического лифта потребуется трос длиной 30–80 мегюри (что соответствует разрывной длине 3100–8200 км).

    голоса
    Рейтинг статьи
  • Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector