Оценка механических свойств металлов

Теоретическая часть.

1. Прогнозирование фрикционных свойств материалов, исходя из физико-механических характеристик.

2. Статические и динамические методы определения твёрдости, модули, упругости.

3. Необходимость определения физико-механических свойств материала
деталей узлов трения, работающих в условиях вибрации и ударных воздействий.

4. Особенности контактного взаимодействия твердых тел при трении.

5. Определение абразивной износостойкости через твердость материала как разновидность " трибологического свойства материала ".

Оценка механических свойств металлов.

Современное состояние теории трения и износа позволяет прогнозировать фрикционные свойства материалов исходя из физико-механических характеристик [8].

Поскольку в большинстве случаев материалы, предназначенные для работы в узлах трения проходят проверку физико-механических свойств как конструкционные материалы, не представляет, большой трудности собрать весь комплекс физико-механических свойств, необходимых для расчета коэффициента трения и интенсивности изнашивания.

Твердость материала определяет величину взаимного внедрения микронеровностей трущихся поверхностей и, таким образом, влияет на механическую составляющую силы трения.

От величины твердости зависят фактическая площадь контакта и объем материала, втянутого вдеформацию.

Фрикционные материалы должны различаться по величине твердости, при этом более мягкий элемент пары должен осуществлять предельное давление более жесткий материал, не превышающее предел упругости последнего, что обеспечивает малый его износ.

Для антифрикционных материалов наиболее благоприятным является режим упругого деформирования и наличие мягкой пленки на поверхности трения, что обеспечивает минимальный износ.

Практически до последнего времени в опорах скольжения вкладыши изготовляли из более мягкого материала, чем вал. Это обуславливалось, рядом косвенных соображений, а именно: желанием обеспечить минимальный износ более сложной детали, а также легкую прирабатываемость, необходимую для компенсации перекосов из - за неправильного изготовления или сборки деталей.

Именно эти соображения приводят на практике к применению в подшипниках скольжения разных по твердости материалов.

Определению твердости материалов посвящено большее количество методов.

Твердость по Бриннелю (НВ) - твердость материала, определенная на твердомере Бриннеля путем вдавливания стального шарика: диаметром 10; 5;

2,5 мм. Размерность - Паскаль [Па]. Метод используют для исследования

главным образом мягких материалов: бронз, латуней, незакаленных сталей, чугунов и т.п.

Твердость по Виккерсу (НV) - твердость материала, определяемая на
твердомере Виккерса путем вдавливания четырехгранной алмазной пирамиды.
Размерность - Паскаль [Па]. Метод используют для материалов, у которых твер­дость по Бриннелю больше 350в-МПа.

Твердость по Кнупу (НКN) - микротвердость, определяемая путем
вдавливания в поверхность образца четырехгранной алмазной пирамиды
Размерность - Паскаль [Па]. Вследствие того, что глубина проникновения
индикатора материала мала, метод применяют для исследования чрезвычайно
тонких слоев материала, особенно хрупких (например, керамик и стекол). Твердость по Мейеру (НМ) - твердость, определяемая путем вдавливания в
поверхность образца стального шарика. От твердости по Бриннелю отличается
расчетной формулой, т. к. в данном случае нагрузку относят не к поверхности, а к проекции отпечатка. Размерность -Паскаль [Па].

Твердость по Моссу (М) - твёрдость, определяемая путем царапанья одного материала по другому (поэтому ее называют также твердостью по минералогической шкале). Для определения безразмерных чисел твердости используются десятью эталонами, каждый из которых имеет свой номер.

Твердость по Роквеллу (НR) - твердость, определяемая путем вдавливания в
поверхность образца стального шарика или алмазного конуса. Наибольшее
распространение получили три шкалы: А - для сверхтвердых материалов
(индентор - алмазный конус); В - для мягких материалов, например - шарик
диаметром 1,59 мм); С - для. твердых. материалов (индикатор тот же что и для шкалы А) Число твердости - безразмерное, т. к. им является величина,
перемещению, индентора на 002 мм.

Твердость по Щорру — твердость, определяемая по отскоку от поверхности материала свободно_падающего маятника с бойком.

В отличие от описанных выше статических методов является динамическим. Используется тогда, когда статические методы не могут быть применены, например, при исследовании крупногабаритных деталей.

При работе узлов трения в условиях вибраций и ударных воздействий необходимо определять динамические физико-механические свойства металлов.

Динамическая твердость материала может быть определена по схеме соударения вращающегося шара с испытуемым образцом.

Разность между потенциальной энергией шара, устанавливаемого на определенной высоте (h пад.), и упругой энергией, запасаемой в результате соударения, которая определяется через максимальную высоту отскока (h отс.), будет равна работе, затраченной на пластическую деформацию образца.

Отношение этой работы к объему восстановленного отпечатка представляет собой ударную твердость материала образца

где: m –масса шара;

g - ускорение свободного падения;

t - глубина восстановленного отпечатка образца;

r - радиус восстановленного отпечатка образца.

К динамическим относят также способы измерения твердости по Шорру; Шварцу, Бауману, Польди, Морину, Граве [2]

Значение модуля упругости аналогично твердости только для упругого контактирования. Определению модуля упругости посвящено большое количёство способов. Он может быть определен, например, методом изгибных колебаний высокой [3] и резонансной частоты [4], методом биения сопряженных
маятников [5].

Контактный модуль упругости применительно к пластмассам, мягким
металлам и сплавам может быть определен посредством оптического способа
наблюдения пятна контакта прозрачной сферической линзы с плоскостью образца исследуемого материала [6].

По величине наблюдаемого диаметра пятна контакта расчетным путем
определяют контактный модуль упругости

Динамический модуль упругости:

Поиск по сайту: