Что такое ударная вязкость металла


Что такое ударная вязкость металлов и как её испытывают :: SYL.ru

Физических параметров у любого материала очень много. Это не только длина, ширина и высота, но и другие, про которые мало кто догадывается. У металлов одним из самых важных физических параметров является ударная вязкость. Что это такое и почему она важна? Как её измеряют, а затем используют?

Что называют ударной вязкостью

Первоначально следует определиться с терминологической базой. Ударной вязкостью называют способность металла в процессе деформации поглощать механическую энергию, величина которой ведёт к разрушениям. Испытание проводится до момента разрушения или разрыва опытного образца и выражается в кДж/м2 или в Дж/см2. Обозначают ударную вязкость металлов буквами КС. В конце есть ещё третий символ, который указывает на вид надреза: V – является острым, U – имеет радиус закругления, Т – трещина.

Установление ударной вязкости может быть сделано с помощью разных лабораторных методов исследования, которые разнятся:

  1. Способами, которыми образец закрепляется на испытательном стенде.
  2. Объектом приложения нагрузки: маятник, гиря, молот.
  3. Отсутствием или наличием разрезов в местах, где прилагается удар.

Ударная вязкость металлов позволяет определить склонность к деформации. И в зависимости от типа разрушений, который потенциально будет оказываться на материал, и выбирают метод исследования. В статье будет рассмотрен вариант установления ударной вязкости с помощью маятника. Отличия других видов нагрузки заключаются в особенностях применения инструментов. Так, если воспользоваться небольшим молоточком, который будет наносить удары по образцу, то можно проверить подверженность разрушению при точечных ударах.

Маятниковый копер

Испытания на ударную вязкость осуществляются с помощью маятникового копра. Прежде чем на нём проводить эксперименты, необходимо изготовить образцы, которые будут иметь форму маленького бруса, у которого квадратное поперечное сечение. Для возможности сравнения результатов испытания должны проводиться в одинаковых условиях.

Разрушения, наносимые в ходе эксперимента, имеют различный характер, который зависит от характеристик металла. Так, при работе с хрупким материалом образец просто разломается, но его форма не будет изменена. Брусочки пластичных металлов будут иметь значительный изгиб в том месте, где будет излом.

Отбор образцов

К выбору брусочков подход должен быть основательным. Так, технология изготовления заготовок, место вырезки и ориентация оси концентратора прописана в ГОСТ 7565. Единственный вариант другого исполнения – когда предусмотрено иное в технической документации, выданной на продукцию. При создании образцов нужно следить, чтобы на нём не было наклепа, а также, чтобы он не нагревался настолько, чтобы изменялись его свойства. Число и тип заготовок, а также порядок проведения их повторных испытаний должны указываться в технической документации на разрабатываемую продукцию.

Подготовка к испытанию и его проведение

Прежде чем приступать к выяснению, какая ударная вязкость у металла, необходимо проверить, правильно ли расположен указатель работы во время свободного падения в маятнике. Для маятникового копра с цифровыми устройствами отчета указатель должен показывать значение «нуль». Проводится установление температур:

  1. За градус эксперимента принимают значение, которое есть в момент удара.
  2. Указывают комнатную температуру (20 градусов по Цельсию с отклонением не больше 10 градусов).
  3. При проведении эксперимента в условиях ниже комнатных, образец должен быть заранее переохлажден.
  4. Во время испытания в условиях выше комнатных, образец должен быть перегрет.

Порядок проведения эксперимента с образцом:

  1. Заготовка должна свободно лежать, будучи положенной на опоры копра. Устанавливается она на своё место при помощи шаблона, который в свою очередь обеспечивает симметричное расположение концентратора относительно опор, при этом погрешность не должна превышать 0,5 миллиметра. В случае использования торцевых ограничителей следует удостовериться, что они не будут заготовке мешать свободно деформироваться во время проведения экспериментов.
  2. Испытание на ударную вязкость происходит при прикосновении маятника. Он во время эксперимента движется со стороны, противоположной концентратору.
  3. Работа удара определяется при помощи шкалы маятникового копра или подобных отсчетных устройств, которые могут измерить ударную вязкость.

Результат значительным образом будет зависеть от целого ряда причин. К примеру, ударная вязкость стали в зависимости от температуры при переохлаждении может составлять от 300 до 1000 кДж/м2.

Обработка полученных результатов

Данные получены, сейчас необходимо присвоить ударную вязкость полученным значениям. Работа удара описывается двумя буквами. Сначала идёт К, которая является символом произошедшего действия. А вторая может меняться – U,V или Т – в зависимости от вида концентратора. Затем идут цифры, которыми обозначена максимальная энергия удара маятника, ширина образца и грубина концентратора.

Учитывая, что маятниковый копер имеет ограничения по прилагаемой силе, то образцы не всегда оказываются разрушенными полностью. В таких случаях считается, что установить показатель качества исследуемого материала не представилось возможным, а он сам – не найден. В протоколе исследования необходимо указать, что образец при приложении максимальной силы маятника не разрушился. Результаты эксперимента не учитываются в тех случаях, когда заготовка приходит в негодность из-за дефектов металлургического производства.

Какие металлы самые крепкие?

  • Металлические изделия
    • Сталь холоднокатаная A109
      • Товаров на складе
      • Физические и химические свойства
    • Отожженная пружинная сталь
      • Товаров на складе
      • Физические и химические свойства
    • Бериллиевая медь
      • Товаров на складе
      • Физические и химические свойства
    • латунь
      • Товаров на складе
      • Физические и химические свойства
    • Холоднокатаная Сталь 1008/1010
      • Товаров на складе
      • Физические и химические свойства
    • Медь
      • Товаров на складе
      • Физические и химические свойства
    • Фосфорная бронза
      • Товаров на складе
      • Физические и химические свойства
    • нержавеющая сталь
      • 301 шт. Из нержавеющей стали
      • Складские позиции из нержавеющей стали 302/304
      • Физические и химические свойства
    • Закаленная пружинная сталь
      • Товаров на складе
      • Физические и химические свойства
  • Услуги и возможности
    • По длине
    • Edge Conditioning
    • Продольная
  • О нас
    • Отрасли, которые мы обслуживаем
  • Ресурсы
  • Блог
Разместил: Майк Бауфилд
, 19 ноября 2019 г. .

Типы прочности металла

Независимо от того, используется ли металл для изготовления инструментов, строительства небоскребов или прокладки железных дорог, прочность является важным фактором при принятии решения, какой металл лучше всего подходит для работы. Прочность варьируется от металла к металлу и от приложения к применению. Таким образом, есть несколько различных мер прочности, о которых следует подумать при оценке вариантов металлического материала.

Здесь мы рассмотрим некоторые из различных способов измерения прочности металла:

Прочность на растяжение

Прочность на растяжение - это максимальная величина растяжения или растяжения, которую металл может выдержать, прежде чем он выйдет из строя или будет необратимо поврежден.По сути, предел прочности на разрыв - это мера того, насколько металл может сопротивляться растяжению. Он служит хорошей отправной точкой для определения того, как металлическая деталь будет работать в приложении.

Существует три типа прочности на разрыв:

  • Предел текучести - это точка напряжения, при которой металл начинает пластически деформироваться.
  • Предел прочности описывает максимальное напряжение, которое может выдержать металл.
  • Прочность на разрыв - координата напряжения на кривой зависимости напряжения от деформации в точке разрушения.

Под пластичностью металла понимается деформация материала, когда он подвергается постоянным изменениям в результате приложенных сил. В случае металла «приложенные силы» могут включать в себя действия изгиба или удара.

После превышения предела текучести часть результирующей деформации становится постоянной и необратимой. Перед деформацией происходит упругая деформация, когда материал деформируется под действием напряжения, но возвращается в исходное состояние после снятия напряжения.

Среди обычно используемых металлических сплавов нержавеющая сталь и закаленный конструкционный алюминий имеют относительно высокий предел прочности: 90 000 и 45 000 фунтов на квадратный дюйм соответственно.

Ударная вязкость
Ударная вязкость - это мера того, какой удар или внезапно приложенная сила может выдержать металл до того, как он разрушится. Ударная нагрузка и предел, который может выдержать металл, выражаются в единицах энергии. Таким образом, по сути, ударная вязкость измеряет количество энергии, которое металл может поглотить, прежде чем он расколется.

Прочность на сжатие
Как следует из названия, прочность на сжатие - это максимальное давление или сжатие, которое металл может выдержать.Обычно это измеряется универсальной испытательной машиной, которая прикладывает повышенную нагрузку к материалу.

И для справки, вот сравнительная таблица прочности:

Алюминий

Предел прочности (PSI) Предел текучести (PSI)
Алюминиевый лист 3003 22000 21000
Алюминиевый лист 5052-h42 33000 28000
Алюминий структурный 6061-T6 (закаленный) 45000 40 000

Нержавеющая сталь

Предел прочности (PSI) Предел текучести (PSI)
Нержавеющая сталь 304 90,000 40,000

Сталь

Предел прочности (PSI) Предел текучести (PSI)
A36 Структурный угол , Плоский, стержень, балка 58-80,000 36,000
Лист 1011 CS Тип B 53,000 30-50,000
Лист Grade 50 65,000 50,000
1018 Холодный Катаный вал 70-80,000 45-70,000
1045 TG&P Холоднокатаный вал 100,000 85,000
Устойчивый к напряжению 115,000 100,000
4140/4142 Холоднокатаный вал 105-120 000 85-95 000
4140/4142 Термообработанный холоднокатаный вал 125 000 105 000

Латунь

9008 8
Предел прочности при растяжении (PSI) Предел текучести Прочность (PSI)
Латунь 49-68,000 18-45,000
.

Прочность и жесткость металла: в чем разница?

*

Выберите страну / regionUnited StatesCanadaAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Индийский океан TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral африканских RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Килинг) IslandsColombiaComorosCongoCongo, Демократическая Республика ofCook IslandsCosta RicaCote D'IvoireCroatiaCubaCyprusCzech RepublicDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEast TimorEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEstoniaEthiopiaFalkland (Мальвинские) острова Фарерские IslandsFijiFinlandFmr Югославская Республика МакедонияФранцияФранцузская ГвианаФранцузская ПолинезияФранцузские Южные территорииГабонГамбияГрузияГерманияГанаГибралтарГрецияГренландияГренадаГваделупаГуамГватемалаГвинеяГвинея-БисауГайанаГаити Херд и Макдональд IslandsHoly Престол (Ватикан) HondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIran (Исламская Республика) IraqIrelandIsraelItalyJamaicaJapanJordanKazakstanKenyaKiribatiKorea, Корейские Народно-Демократической RepKorea, Республика ofKuwaitKyrgyzstanLao Народный Демократической RepLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyan Arab JamahiriyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacauMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesia, Федеративные StatesMoldova, Республика ofMonacoMongoliaMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNepalNetherlandsNetherlands AntillesNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorthern Mariana IslandsNorwayOmanPakistanPalauPanamaPapua Нового GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairnPolandPortugalPuerto RicoQatarReunionRomaniaRussian FederationRwandaSaint HelenaSaint Киттс и НевисСент-ЛюсияСент-Пьер и МикелонСамоаСан-МариноСао-Томе и ПринсипиСаудовская АравияСенегалСейшельские островаСьерра-ЛеонеСингапурСловацкий iaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSpainSri LankaSth Georgia & Sth Sandwich Институт социальных Винсент и GrenadinesSudanSurinameSvalbard и Ян MayenSwazilandSwedenSwitzerlandSyrian Arab RepublicTaiwan, провинция ChinaTajikistanTanzania, Объединенная Республика ofThailandTogoTokelauTongaTrinidad и TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks и Кайкос IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited арабских EmiratesUnited KingdomUruguayUS Minor Отдаленные IslandsUzbekistanVanuatuVenezuelaVietnamVirgin острова (Британские) Виргинские острова (U.S.) Острова Уоллис и Футуна Западная Сахара Йемен Югославия Замбия Зимбабве 9000 3.

металлов: от первичной прочности к практическому использованию

Теоретически наука представляется конкретной практикой. Факты, цифры, выводы, анализы - эти процессы не оставляют места для творческой интерпретации. Однако есть некоторые предметы, по которым наука может стать скорее предположением, чем фактом. Возьмем, к примеру, металлы. Вы бы подумали, что если бы кто-то спросил, какой металл самый сильный, можно было бы легко ответить или даже составить рейтинг в стиле НБА от самого сильного к самому слабому. Но, как и в НБА или НФЛ, идея «лучшего» спорна, потому что есть разные способы измерения «качества».

Чтобы даже начать говорить о самом прочном металле, вы должны сначала понять четыре различных типа прочности.

Сильные стороны

Один из типов прочности называется Предел текучести , который измеряет, насколько хорошо материал сопротивляется изгибу или деформации. Это особенно важный фактор для инженеров-строителей, которые в идеале захотят строить из материала, который не сгибается при добавлении большего веса. Вы же не хотите, чтобы ваше здание выглядело как Пизанская башня.

Следующий тип прочности - Прочность на растяжение , который измеряет, сколько прочности потребуется для разрыва металла. В то время как такое вещество, как тесто для печенья, например, имеет низкую прочность на разрыв, что-то вроде графена имеет один из самых высоких значений прочности на разрыв из когда-либо зарегистрированных.

Есть также Прочность на сжатие , то есть насколько хорошо материал выдерживает сжатие или сжатие. Пенополистирол, например, имеет очень низкую прочность на сжатие и легко разламывается при сжатии или сплющивании.Прочность на сжатие можно измерить с помощью шкалы Мооса, которая измеряет относительную твердость и устойчивость к царапинам.

И, наконец, Impact Strength , который измеряет способность материала противостоять внезапной силе или удару без разрушения. Хотя пуленепробиваемые материалы не входят в первую десятку в каждой категории, они будут иметь высокий уровень ударной вязкости. С другой стороны, хотя алмаз может получить 10 баллов по шкале Мооса, он разобьется от удара молотком.

Хотя было бы действительно удобно, если бы металл попал в идеальную десятку во всех четырех категориях, к сожалению, его нет.Поэтому при выборе металла вы должны принять решение, исходя из вашего конкретного проекта, и определить, какой тип прочности наиболее необходим.

Ученые, однако, нашли способ немного обмануть систему, создав сплавы (или комбинации металлов), которые производят еще более прочный металл. Этот процесс может немного походить на фильм Marvel, но он помог создать чрезвычайно полезные строительные материалы.

Сталь

Одним из металлов, который делает резку, является сталь, которая представляет собой сплав железа и углерода (часто в сочетании с другими элементами).Он создается путем нагрева железной руды в печах, где удаляются примеси и добавляется углерод.

По данным Metal Supermarkets, сталь является одним из самых распространенных материалов в современном обществе, ежегодно производится более 1,3 миллиарда тонн. Большинство больших зданий, таких как небоскребы, аэропорты и мосты, в той или иной степени поддерживаются сталью. Это основной источник для автомобильной, инфраструктурной, строительной и военной промышленности.

Существует несколько различных типов стали, каждая из которых имеет свой тип прочности. Углеродистая сталь - первая, которая сочетает в себе углерод и железо и обладает высокими показателями по всем четырем типам прочности. Он имеет высокий уровень текучести и прочности на разрыв с общим баллом 6,0 по шкале Мооса.

Следующий тип стали - Maraging Steel , которая сочетает в себе никель и такие элементы, как кобальт, титан, молибден или алюминий. Этот тип стали с более низким содержанием углерода известен своим высоким пределом текучести, составляющим от 1400 до 2400 МПа.Его часто используют в ракетных обшивках, в газовых центрифугах для обогащения урана и в лопастях для ограждений.

Другой тип - Нержавеющая сталь , сплав стали, хрома и марганца. Эта комбинация создает коррозионно-стойкий материал, который имеет высокий предел прочности на разрыв и предел текучести. Благодаря коррозионно-стойкому элементу нержавеющая сталь используется во всем: от кухонных принадлежностей и столовых приборов до медицинских инструментов и даже грузовых контейнеров и мусоровозов.

Последний тип стали - Tool Steel , которая, как ни странно, в основном используется для изготовления инструментов. Эта сталь, легированная кобальтом и вольфрамом, используется из-за ее твердости и способности сохранять острую режущую кромку. Вот почему он широко используется для изготовления топоров и дрелей.

С точки зрения практического использования углеродистая сталь и нержавеющая сталь чаще всего используются в строительной отрасли. Углеродистая сталь в основном используется для изготовления балок для несущих конструкций, мостов и плит при строительстве автомобильных дорог.Нержавеющая сталь - один из старейших известных строительных материалов: есть конструкции, построенные много веков назад, и сохранившиеся до наших дней. Многие известные здания (например, Крайслер-билдинг в Нью-Йорке) сделаны из нержавеющей стали. Этот металл часто используется в кровлях, конструкциях, перилах и балюстрадах, архитектурной облицовке и компонентах водостока.

Может показаться удивительным узнать, что сталь часто используется экологичными строителями в экологичных строительных проектах. Согласно How Stuff Works , это отчасти объясняется тем, что сталь долговечна и долговечна; он не теряет качества каждый раз при переработке.Кроме того, в стальных проектах меньше отходов, чем в деревянных, потому что вы можете сваривать небольшие «обрезки», чтобы использовать их для небольших работ.

Инконель

Другой сплав, известный своей прочностью, - это инконель. Фактически, это не просто сплав - это суперсплав , сочетающий аустенит, никель и хром. Этот металл известен своей способностью выдерживать чрезвычайно высокие температуры и суровые условия. В результате он в основном используется в лопатках газовых турбин, валах электродвигателей насосов для скважин, химических заводах и ядерных реакторах с водой под давлением.

Вольфрам

Один из встречающихся в природе металлов, включенный в список, - это вольфрам, который имеет наивысшую прочность на разрыв среди всех металлов природного происхождения. Это очень редко и обычно встречается в виде химических соединений. Из всех природных металлов вольфрам имеет самую высокую температуру плавления и самое низкое давление пара. Однако вольфрам хрупкий и имеет более низкую ударную вязкость, поэтому его часто используют в качестве сплава, а не в естественном состоянии.

Около половины всего вольфрама используется для производства твердых материалов, в первую очередь карбида вольфрама, который представляет собой сплав вольфрама и углерода.Карбид вольфрама используется для изготовления ножей, сверл, дисковых пил и токарных станков. Металлообрабатывающая, горнодобывающая, строительная и нефтяная промышленность в значительной степени полагаются на инструменты из карбида вольфрама. Высокая температура плавления вольфрама делает его идеальным для производства ракет и ракет.

Титан

Также встречающийся в природе, титан имеет самое высокое отношение прочности на разрыв к плотности среди всех металлов. Хотя он очень устойчив к коррозии, он имеет более низкие баллы по шкале твердости Мооса, поэтому его часто используют в качестве сплава.Обычно он легирован различными элементами, включая железо, алюминий и ванадий. Сплавы, изготовленные с использованием титана, прочные и легкие, что делает их идеальными для автомобильной, аэрокосмической, военной и промышленной отраслей. Две трети производимого титана используется для изготовления деталей самолетов, и, поскольку титан также устойчив к коррозии в морской воде, его можно использовать для гребных валов и такелажа.

Хотя обычно они не входят в число самых прочных металлов, есть несколько других, которые довольно часто используются из-за их значительной прочности и дополнительных преимуществ в строительной отрасли.

Алюминий

Хотя сам алюминий не часто входит в список самых прочных металлов, он часто используется в качестве сплава для повышения прочности металла. Некоторые общие элементы, с которыми сочетается алюминий, - это кремний, магний и медь. Алюминиево-цинковые сплавы являются одними из самых прочных сплавов, доступных сегодня, и часто используются в автомобильной и авиакосмической промышленности.

Алюминий также можно сделать более прочным путем обработки - горячей или холодной прокатки - термической обработки с последующим быстрым охлаждением.Этот процесс замораживает атомы на месте, укрепляя металл. Другой процесс - это «холодная обработка» или прокатка, растяжение, ковка или волочение для повышения прочности металла. Это тормозит движение атомов друг относительно друга.

Алюминий привлекает внимание тем, что он примерно на треть легче стали, а это означает, что детали можно делать толще и прочнее, при этом уменьшая вес автомобиля. Это второй по популярности материал среди автопроизводителей по данным Ассоциации алюминия. Он также часто используется в оконных рамах, уличных фонарях, дверях, самолетах, поездах, автобусах, грузовиках и океанских лайнерах.Металл также используется Армией США, НАСА и ВВС США.

Медь

Как самый старый из известных металлов, используемый человеком - начиная с древнего Египта - медь имеет много преимуществ. Он имеет более низкую прочность на разрыв, чрезвычайно устойчив к коррозии и является сверхпроводником электричества. Медь часто используется для охлаждения, кондиционирования воздуха, посуды, компьютеров, лекарств и трубопроводов.

Есть два типа медных трубок. Жесткие медные трубы идеально подходят для труб с горячей и холодной водой в зданиях.С другой стороны, мягкая медь часто используется для изготовления трубопроводов хладагента в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и тепловых насосах. Пластичная медь - ковкий металл, устойчивый к коррозии, вызванной водой и почвой, а также пригоден для вторичной переработки. Медные трубки также легко спаиваются, образуя прочные связи.

Этот металл также легирован латунью и используется в музыкальных инструментах, ювелирных изделиях, строительстве и произведениях искусства.

Железо
Любители комиксов могут автоматически подумать о Железном человеке, но забавный факт: костюм Железного человека на самом деле сделан не из железа.По слухам, он, скорее всего, сделан из сплава никеля и титана.

Есть два разных типа железа: литое и кованое. По сути, чугун прокатывается, разливается и формуется, а кованое железо прокатывается только на заключительных стадиях производства. Чугун используется в архитектурных проектах (например, купол Капитолия США), в то время как ковка используется для таких вещей, как балки, фермы и балки.

От строительства Эмпайр-стейт-билдинг до ремонта вашего дома - знание металлов имеет решающее значение.Даже если вы не строитель, эти знания могут позволить вам по-новому взглянуть на здания в вашем родном городе.

.

Смотрите также