4 Определение механических свойств
Для исследования напряженно-деформированного состояния и механических свойств заготовок стенок кристаллизаторов из бескислородной меди М-ЭЛП была проведена серия высокотемпературных испытаний на образцах с различной дробностью и степенью пластической деформации. Применялись методы механических испытаний в соответствии с ГОСТ 9651-84 и ГОСТ 1497-84. Исследования выполнены на испытательной машине ИМ12-, снабженной муфельной печью для нагрева образцов и системой регулирования температуры.
Определение пластичности. Испытание на пластичность свободной осадкой при повышенных температурах производится следующим образом. Цилиндрические образцы диаметром d = 25— 30 мм и высотой H = 2,5 d осаживаются между плоскими бойками через каждые 25—50° в исследуемом интервале температур.
Пластичность оценивается по появлению первой трещины в деформируемом образце.
Испытание позволяет установить оптимальную температуру, при которой пластичность данной марки стали наибольшая, а также выявить наличие поверхностных дефектов в образцах диаметром более 30 мм.
Различные металлы обладают различной пластичностью, причем чистые металлы более пластичны, чем их сплавы. Например, чистое железо весьма пластично и хорошо куется, а сплав железа с 1,7% углерода почти невозможно ковать. Ковкость стали значительно уменьшается при наличии даже небольших количеств (0,1%) фосфора; действие фосфора тем сильнее, чем больше в стали углерода. Наиболее вредной примесью является сера. Она сообщает стали красноломкость, т. е. хрупкость, при температуре 700—1000°, такую сталь невозможно ковать. Это связано с тем, что сера образует легкоплавкие соединения, которые размещаются по границам зерен металла и уменьшают его прочность при нагреве.
Рисунок 3 - Диаграмма деформации при испытании материалов на растяжение
На рис. 3 приведена диаграмма, показывающая поведение малоуглеродистой стали при растяжении.
Диаграмма строится в координатах: на ординате отложена Р — нагрузка в кГ, а на абсциссе Δl — удлинение образца в мм.
Показатели пластичности определяются по формулам.
Относительное удлинение δ в % —отношение приращения длин образца (после разрыва) к его первоначальной расчетной длине:
δ = (l1-l0)/l0*100
где l0 — расчетная длина образца до разрыва в мм;
l1 — расчетная длина образца после разрыва в мм.
Относительное сужение ψ в % —отношение уменьшения площади поперечного сечения образца (после разрыва) к первоначальной площади его поперечного сечения:
ψ=(F0-F1)*100/F0
где F0 — площадь поперечного сечения образца до разрыва в мм2;
F1 — площадь поперечного сечения образца после разрыва в мм2.
Для определения механических характеристик материалов используются испытательные машины. Применяют разрывные и универсальные испытательные машины всех систем при условии их соответствия требованиям ГОСТ 28 840-90.
При проведении испытаний должны соблюдаться следующие основные условия: качественное центрирование образца в захватах испытательной машины, плавность деформирования, скорость перемещения активного захвата при испытании до предела текучести не более 0.1, за пределом текучести - не более 0.4 длины расчетной части образца, выраженная в мм/мин, возможность приостанавливать нагружение с точностью до одного наименьшего деления шкалы силоизмерителя, плавность разгружения.
Перед испытанием образца проводится измерение диаметра и расчетной длины. Диаметр измеряется в трех сечениях расчетной части: у головок и в среднем сечении. Наименьший диаметр используется в дальнейших расчетах.
Рекомендуемый сценарий испытания для определения требуемых свойств материала:
1. Выбрать зазоры в силовой цепи образец - испытательная машина.
2. Начать испытание образца на растяжение, выбрав значение скорости перемещения траверсы в пределах 0,2 - 0,8 мм/мин до значения силы, превышающей предел текучести на 5 - 10 %.
Для стандартного образца диаметром 6 - 8 мм характерные значения силы, соответствующей пределу текучести, зависят от испытуемого материала.
Низкоуглеродистые стали (Ст2, Ст3 и т.п.) от 0,6 до 1,1 кН;
Конструкционные стали (сталь 35, сталь 45 и т.п.) от 0,98 до 1,8 кН;
Медные сплавы от 0,55 до 0,95 кН;
Алюминиевые сплавы ( Д 16, Д 19 и т.п.) от 0,65 до 1,2 кН.
3. Осуществить разгружение образца со скоростью 0,2 - 0,8 мм/мин.
4. Вторичное нагружение образца с той же скоростью до значения силы, достигнутой на предыдущих этапах испытания.
5. Продолжить растяжение образца со скоростью 2 - 4 мм/мин до разрушения образца.
6. Завершить сеанс управления испытательной машиной и перейти к обработке полученной диаграммы растяжения образца, сохраненной в базе данных.
Однако Вы можете возможно проведение испытания, включающего и другие этапы нагружения/разгружения.