Е. А. Богданов Основы технической
Оценка механических свойств материалов
жүктеу/скачать 6.94 Mb.
|
| 11.5. Оценка механических свойств материалов
Способность материала сопротивляться воздействию на него различных нагрузок (статических, динамических, знакопеременных и др.) оценивается совокупностью механических свойств. Эти свойства определяются в результате соответствующих испытаний материала или специально изготовленных из него образцов по стандартным методикам. Чаще всего проводят статические испытания на растяжение, сжатие, изгиб, твердость и динамические на ударную вязкость и Усталость при переменных нагрузках. Широко распространенным (обязательным) методом контроля механических свойств при диагностировании технического состояния металлоконструкций различного оборудования является контроль твердости материалов. Под твердостью понимают способность Металла сопротивляться вдавливанию в него другого, более твердого тела (индентора) различной формы: шарика, конуса, пирамиды. В зависимости от формы индентора, конструкции прибора и особенностей методики измерения используют различные методы: Бринелля, Роквелла, Виккерса, Шора, Польди, Лейба и др, Значения твердости, полученной различными методами, связаны функциональными зависимостями и пересчитываются обычно с помощью переводных таблиц. Наибольшее распространение получил метод Бринелля. Твердость измеряют на приборе Бринелля вдавливанием стального закаленного шарика. Единицу твердости обозначают индексом НВ и выражают значением нагрузки Р, приходящейся на 1 мм3 поверхности сферического отпечатка Fсф образующегося на испытуемом материале: НВ = Р/Fсф- Так как измерение твердости по методу Бринелля основано на сопротивлении в месте контакта значительной пластической деформации, то между числом твердости НВ и временным сопротивлением ба для пластичных материалов существует зависимость (ориентировочная в первом приближении) бв = к х НВ (для стали к = 0,36). Методом Бринелля с использованием стального закаленного шарика контролируют твердость сравнительно мягких материалов (до 450 НВ). В качестве индентора при контроле твердых материалов используют алмазные конусы или четырехгранные пирамидки. При проведении технической диагностики в полевых условиях применяют переносные приборы, измеряющие твердость по методу отскока или резонансно-импедансным методом. В приборах с использованием резонансно-импедансного метода алмазная пирамидка закрепляется на конце металлического стержня, который под действием пьезоэлектрической пластинки колеблется с собственной резонансной частотой. По мере внедрения пирамидки в контролируемый материал частота собственных колебаний стержня изменяется. Изменение частоты пересчитывается по корреляционным зависимостям в твердость по Виккерсу, Роквеллу или Бринеллю. Принцип измерения твердости по отскоку заключается в измерении разности скоростей падения и отскока стального шарика от поверхности, зависящей от твердости материала. Большое влияние на точность измерений при использовании переносных приборов оказывают толщина стенок контролируемой конструкции и место расположения точки контроля по отношению к примыкающим опорным элементам. Поэтому для повышения точности при контроле тонкостенных конструкций применяют поправки. Так, фактическая твердость Lф (по Лейбу) материала трубопровода рассчитывается по формуле (РД 12-421-01) Если , то LФ=L0, где L0 – среднее арифметическое значение твердости (при числе замеров не менее трех), замеренное непосредственно на трубопроводе; D –наружный диаметр трубопровода, мм; S – толщина стенки трубы, мм. Временное сопротивление и предел текучести металла по величине твердости (по Лейбу) рассчитывают по формулам: где k = 0,2 для углеродистых сталей. Наиболее опасным деградационным процессом является охруп-чивание материала, приводящее к существенному изменению характеристик трещиностойкости и смещению хрупкого разрушения в область положительных температур. Переходу металла в хрупкое состояние способствует наличие концентратора напряжений: резкое изменение формы или сечения элемента конструкции, поверхностные риски, микротрещины и другие дефекты. Особенно это актуально для емкостного оборудования и трубопроводов, имеющих большие линейные размеры, так как в таком оборудовании возможно накопление под нагрузкой огромной упругой энергии, которая, стремясь разрядиться, разрывает конструкцию по дефекту (концентратору напряжений). Разрушение происходит с большой скоростью (одномоментно), при этом на магистральных трубопроводах отмечались разрывы, достигающие 1000 м и более. Поэтому характеристики трещиностойкости определяют на образцах с надрезом или начальной трещиной, или концентратором соответствующей формы в результате динамических или статистических испытаний. Из всех механических свойств наиболее чувствительными к охрупчиванию оказались ударная вязкость и статическая вязкость разрушения. В современных, основанных на механике разрушения (механике трещин) расчетах остаточного ресурса и сопротивления хрупкому разрушению металлоконструкций используется такая характеристика трещиностойкости (вязкости разрушения), как К1с, К2с — критические коэффициенты интенсивности напряжений (соответственно для условий плоской деформации и плоско-напряженного состояния), при достижении которых разрушение в материале приобретает необратимый лавинообразный характер и происходит его долом. Коэффициенты К1с, К2с определяют по ГОСТ 25.506-85 «Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении». Вместе с тем эти испытания достаточно трудоемки и их проведение не всегда возможно. Большее распространение для оценки трещиностойкости нашли испытания на ударную вязкость, результаты которых можно пересчитать в вязкость разрушения. В некоторых случаях ударную вязкость возможно оценить косвенным неразрушающим способом с помощью магнитно-шумового метода (РД 12-421-01). жүктеу/скачать 6.94 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|