Механические испытания металлов (МИМ) – это лабораторные и промышленные исследования, проводимые с целью определения соответствия их механических характеристик и свойств требованиям нормативных документов.
Испытания на прочность заключаются в определении прочности, пластичности, твердости и ударной вязкости проверяемых материалов.
Механические испытания на прочность (МИП) в машиностроении проводятся с целью определения качества материалов и изделий из них.
Виды испытаний на прочность
Механические испытания металлов в машиностроении делятся на три основных вида:
- Статические (характеризуются постоянной приложенной нагрузкой);
- Динамические (с быстрым приложением изменяющейся нагрузки);
- Циклические (с приложением периодической нагрузки с заданной амплитудой).
Статические испытания металлов проводятся методами разрушающего контроля, когда на образец прикладывается возрастающая или постоянная нагрузка до момента его разрушения или деформации.
Испытание стали на изгиб
Образцы испытываются на растяжение, сжатие, твердость, трещиностойкость, изгиб, кручение.
При динамических испытаниях к образцу прикладывается ударная или быстродействующая нагрузка с целью определения его свойств при высоких скоростях деформации.
Маятник копра для определения ударной вязкости стали
Металл испытывается на ударную вязкость, ударный изгиб, хрупкость, определяются значения полной и удельной работы динамической деформации и величины остаточной деформации образца.
Циклические испытания проводятся методом воздействия на образец повторяющихся нагрузок.
Определение усталостной прочности
Метод позволяет определить усталостную прочность (предел выносливости) изделия из металла и спрогнозировать срок его службы.
Испытания образцов проводятся в аттестованных лабораториях.
Методы испытаний на усталость
Механические испытания металлов на усталость проводятся согласно требованиям ГОСТ 25.502-79. Стандарт устанавливает следующие методы испытаний:
- при растяжении (сжатии, изгибе и кручении);
- при симметричных и асимметричных циклах напряжений и деформаций;
- при наличии и отсутствии концентраторов напряжений;
- при различных условиях температуры;
- при наличии или отсутствии агрессивной среды;
- в много- и малоцикловой упругой и упругопластической областях.
Испытания проводятся на образцах различного профиля.
| d, мм | R, мм |
|---|---|
| 5,0 7,5 10,0 12,0 15,0 |
≥ 5 d |
| 20,0 25,0 |
>90 |
Таблица 1
| d, мм | l = 5 d | R |
|---|---|---|
| 5,0 | 25 | 5,0 |
| 7,5 | 37,5 | 7,0 |
| 10,0 | 50,0 | 10,0 |
| 12,0 | 60,0 | 12,0 |
| 15,0 | 75,0 | 15,0 |
| 20,0 | 100,0 | 20,0 |
| 25,0 | 125,0 | 25,0 |
Таблица 2
| B | α | h | ρ | t | ω, град | ασ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| мм | ||||||
| 40 | 10 | до 10 | 0,5 | 10 | 40 | 5,73 |
Таблица 3
Всего ГОСТ определяет 10 форм образцов и устанавливает условия их выбора.
К машинам для испытаний предъявляются требования, изложенные в ГОСТ 1497-2023.
Критериями разрушения при определении пределов выносливости и построении кривых усталости являются разрушение или появление макротрещин заданного размера.
В качестве примера рассмотрим процесс испытания на многоцикловую усталость. В этом случае испытывается не менее 15 образцов заданного профиля для построения кривой усталости и определения предела выносливости, соответствующего вероятности разрушения 50 %.
База испытаний при определении пределов выносливости должна соответствовать:
- 10*106 циклов – для металлов и сплавов, имеющих горизонтальный участок на кривой усталости;
- 100*106 циклов – для металлов и легких сплавов, ординаты кривых усталости которых непрерывно уменьшаются с ростом числа циклов.
Для сравнительных испытаний база для определения пределов выносливости соответственно принимается 3*106 и 10*106 циклов.
Для построения семейства кривых усталости по параметру вероятности разрушения, построения кривой распределения предела выносливости, оценки среднего значения и среднеSквадратического отклонения предела выносливости испытывают серии объемом не менее 10 одинаковых образцов, на каждом из 4—6 уровней напряжения.
Результаты, полученные во время испытаний, являются основанием для:
- построения кривой усталости* и определении предела выносливости;
- построения диаграмм предельных напряжений и предельных амплитуд;
- построения диаграмм упругопластического деформирования и определения их параметров;
- определения предела выносливости для заданного уровня разрушения;
- определения среднего значения долговечности;
- определения среднего значения предела выносливости.
*кривые усталости строятся раздельно для мягкого и жесткого нагружений.
Дополнительно к рассмотренному методу ГОСТ определяет проведение испытаний:
- на малоцикловую усталость (при долговечности 5*104 циклов);
- при повышенной и пониженной температурах;
- в условиях агрессивной среды.
После проведения обработки полученных результатов с помощью специальных математических формул составляются протоколы испытаний. Их образцы приведены в Приложениях 1 – 4, 8 и 9 стандарта.