МЕХАНИЧЕСКИЕ НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СТАЛИ В КОНСТРУКЦИЯХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Цели и задачи работы

Цель работы — ознакомление с методикой определения прочностных характеристик металла механическими неразрушающими методами.

В ходе работы необходимо решить следующие задачи:

  • 1. Определить временное сопротивление стали с помощью твердомера Польди.
  • 2. Определить временное сопротивление стали динамическим (упругого отскока) методом.

Краткие теоретические сведения

Одной из задач при обследовании металлических конструкций является определение ее прочностных параметров. Решить эту задачу можно различными способами. Одними из методов определения прочности металла в конструкциях являются отбор образцов и их последующее испытание на растяжение по ГОСТ 1497-84. Преимуществом данного метода является то, что полученное в результате значение прочности наиболее близко к истинному. Вместе с тем данный метод обладает рядом недостатков: ослабление конструкции при отборе проб, высокая трудоемкость отбора, испытания и дальнейшего восстановления целостности элемента.

Этих недостатков лишены неразрушающие методы контроля, например определение прочности металла по значению его твердости (ГОСТ 22761-77).

Под твердостью понимают свойство материала оказывать сопротивление упругому и пластическому деформированию или разрушению при внедрении более твердого тела — штампа (индентора).

Существующие методы измерения твердости значительно отличаются друг от друга по форме применяемого штампа, условиям приложения нагрузки и способу расчета значений твердости.

Наибольшее распространение получили методы измерения твердости, связанные со статическим испытанием вдавливанием стального шарика (по Бринеллю и по Роквеллу), алмазного конуса (по Роквеллу) или пирамиды (по Виккерсу). На измерение твердости перечисленными методами имеются соответствующие ГОСТ.

Общим обозначением численного результата определения твердости служит латинская буква Н. Дополнительной буквой отмечается способ определения твердости: НВ — твердость по Бринеллю; HR — твердость по Роквеллу; HV — твердость по Виккерсу.

Метод измерения твердости по Бринеллю металлов и сплавов устанавливает ГОСТ 9012-59. Сущность метода заключается во вдавливании металлического шарика в образец (изделие) под действием нагрузки, приложенной перпендикулярно к поверхности образца, и измерении диаметра отпечатка после снятия нагрузки. При этом твердость по Бринеллю определяется как отношение приложенной нагрузки к площади поверхности сферического отпечатка:

где НВ — твердость по Бринеллю;

Р — приложенная нагрузка, кгс;

F — площади поверхности сферического отпечатка, мм2;

D — диаметр шарика, мм; d — диаметр отпечатка, мм.

Твердость по Роквеллу определяется по ГОСТ 9013-59. Сущность метода заключается во внедрении в поверхность образца алмазного конусного или стального сферического наконечников под действием последовательно прикладываемых усилий предварительного и основного и в определении глубины внедрения наконечника после снятия основного усилия. Твердость по Роквеллу выражается в условных единицах.

Твердость по Виккерсу (ГОСТ 2999-75) определяют вдавливанием в испытываемый объект алмазного наконечника, имеющего форму правильной четырехгранной пирамиды, и измерением диагоналей отпечатков, оставшихся на поверхности образца после снятия нагрузки. Число твердости по Виккерсу определяется делением нагрузки на площадь боковой поверхности получившегося пирамидального отпечатка:

где Р — приложенная нагрузка, кгс;

F — площадь боковой поверхности пирамидального отпечатка, мм2;

а — угол между противоположными гранями пирамиды (136°); d — среднеарифметическое значение двух диагоналей, измеренных во взаимно-перпендикулярных направления, мм.

Существуют также другие методы определения твердости, которые позволяют оценить ее на натурных конструкциях, когда использование стандартных приборов Бринелля или Роквелла затруднено или невозможно. В методе упругого отскока по Шору (ГОСТ 23273) боёк с алмазным наконечником падает с заданной высоты, при этом фиксируется высота его обратного отскока. Твердость по Шору обозначается индексом HSD и не имеет точного метода перевода на другие величины твердости или прочности.

Большое распространение получил также метод Польди, или двойного отпечатка шарика, по ГОСТ 18661-73 (1-я часть лабораторной работы). В данном методе твердость оценивается в сравнении с твердостью эталона, что позволяет не фиксировать величину приложенного усилия. Испытание производится путем ударного вдавливания стального шарика одновременно в образец и эталон (рис. 3.1). При ударе на поверхности испытываемой конструкции и на эталонном бруске, с известной твердостью материала, остаются отпечатки. Зная размер отпечатков и диаметр шарика, можно определить твердость материала конструкции по формуле:

где Н В — твердость металла конструкции;

НВЭТ — твердость эталонного стержня;

D — диаметр шарика;

dэт — диаметр отпечатка шарика на эталонном стержне; dM — диаметр отпечатка шарика на металле конструкции.

Всё большее распространение получают также малогабаритные твердомеры, в которых используются метод ультразвукового контактного импеданса или метод упругого отскока (динамический).

Сущность метода ультразвукового контактного импеданса заключается в следующем: алмазную пирамидку, закрепленную на металлическом стержне, прижимают к исследуемому образцу при фиксированном усилии (с помощью калиброванной пружины) и возбуждают упругие колебания. При этом металлический стержень служит акустическим резонатором встроенного генератора ультразвуковой частоты. Изменение частоты резонатора преобразуется электронным блоком в значение твёрдости. Чем меньше твёрдость образца, тем глубже пирамидка-штамп продавливает поверхность и тем сильнее происходит изменение собственной частоты резонатора.

Принципиальная схема определения твердости металла с помощью прибора Польди

Рис. 3.1. Принципиальная схема определения твердости металла с помощью прибора Польди

Принципиальная схема определения твёрдости металла динамическим твердомером

Рис. 3.2. Принципиальная схема определения твёрдости металла динамическим твердомером

В методе упругого отскока (2-я часть лабораторной работы) определяется значение твердости HL по Либу. В ходе проведения испытания ударник с наконечником из твердого сплава приводится в действие пружиной, ударяется о поверхность и отскакивает. Магнит, встроенный в тело ударника, проходит через катушку и в процессе своих поступательного и возвратного движений создает электрический ток, пропорциональный скоростям удара и отскока (см. рис. 3.2). Твердость определяется как отношение величины скорости отскока ударника к величине скорости удара:

где VA и VB — скорость удара и скорость отскока ударника соответственно.

Для наиболее часто встречающихся материалов построены градуировочные зависимости, позволяющие переводить полученные значения твердости по Либу в стандартные статические шкалы твердости (по Бри- неллю, Роквеллу) или во временное сопротивление стали (ов = /(HL)).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >