Методы испытания стали на производствах

• Характеристики, определяемые при статических испытаниях на растяжение
• Методы испытания стали на прочность
• Методы испытания стали на упругости
• Методы испытания стали на пластичности
• Динамические испытания стали
• Проверка стали на излом
• Проверка на изгиб

Испытание стали является неотъемлемой частью производственного процесса, важным для гарантии качества и надежности стальных конструкций. Сталь, подвергаясь различным условиям эксплуатации, должна соответствовать строгим нормам и стандартам. Ключевое внимание уделяется её механическим свойствам, таким как прочность, упругость и пластичность, которые определяются через комплексные испытания.

Характеристики, определяемые при статических испытаниях на растяжение

При статических испытаниях стали на растяжение, проводимых согласно ГОСТ 1497-84, выявляются основные характеристики материала. Используя испытательные машины с гидравлическим или ручным приводом, определяются следующие параметры:

1. Предел пропорциональности (Ϭп): этот показатель отражает максимальное напряжение, при котором сохраняется пропорциональность между напряжением и деформацией в соответствии с законом Гука. После холодной деформации металла Ϭп может увеличиться в 1,5-1,8 раза.
2. Предел текучести (Ϭт): это значение нагрузки, при которой начинается увеличение деформации при постоянном напряжении. На диаграмме растяжения это отражается как горизонтальная площадка, в отсутствие которой используется условный Ϭт, определяемый при остаточной деформации около 0.2%.
3. Предел прочности (Ϭв): максимальное усилие, при котором образец не разрушается. Превышение этого предела ведет к разрыву стержня. Значение Ϭв часто выражается в мегапаскалях (МПа).
4. Напряжение разрыва (Ϭр): при испытаниях определяются два вида напряжения разрыва – условное и истинное, помогающие понять предел, при котором происходит разрушение материала.

Методы испытания стали на прочность

Испытание стали на прочность — это критически важный процесс, позволяющий определить способность материала выдерживать различные нагрузки. Процесс включает несколько ключевых тестов, каждый из которых даёт подробное понимание специфических свойств стали.

1. Испытание на растяжение: целью этого испытания является определение максимальной нагрузки, которую сталь может выдержать до разрушения. Процесс включает приложение постепенно увеличивающегося растягивающего напряжения до тех пор, пока образец не разорвется. Типичные значения предела прочности на растяжение для углеродистых типа лежат в диапазоне 400-550 МПа, в то время как для легированных сталей этот показатель может достигать 1400 МПа и более.
2. Испытание на сжатие: этот метод измеряет способность сплава выдерживать нагрузки на сжатие. Особенно важен для таких приложений, как строительство, где материалы часто подвергаются сжимающим нагрузкам. Предел прочности на сжатие для сталей часто сопоставим или выше, чем их прочность на растяжение.
3. Испытание на изгиб: в этом тесте образец сплава подвергается изгибающей нагрузке до тех пор, пока не произойдет его разрушение или достигнута определенная степень изгиба. Этот метод особенно важен для оценки прочности металлических изделий, предназначенных для использования в условиях, где ожидается изгиб или кручение.
4. Ударное испытание (тест Шарпи или Изода): этот тест измеряет количество энергии, поглощаемой сталью при внезапном ударе. Типичные значения ударной вязкости для структурной стали могут варьироваться от 27 Дж (при низких температурах) до 160 Дж и выше (при комнатной температуре).
5. Твердость по Бринеллю, Роквеллу или Виккерсу: испытание твердости включает вдавливание закаленного шарика или алмазного наконечника в поверхность сплава под определенной нагрузкой. Результаты выражаются в единицах твердости Бринелля (HB), Роквелла (HRC) или Виккерса (HV). Например, низкоуглеродистая сталь обычно имеет твердость по Бринеллю около 120 HB, в то время как высокоуглеродистые и легированные стали могут достигать 700 HB и выше.

Методы испытания стали на упругости

Испытание стали на упругость включает в себя тщательное изучение характеристик материала, которые определяют его способность возвращаться к исходной форме после удаления нагрузки. Это критически важно для применений, где сталь подвергается циклическим нагрузкам.

1. Определение модуля упругости (E): модуль упругости является одной из основных характеристик стали, указывающей на её жёсткость. Он измеряется в гигапаскалях (ГПа). Для обычных углеродистых сплавов модуль упругости составляет около 200 ГПа, в то время как для более жёстких легированных сталей этот показатель может быть выше.
2. Испытание на предел упругости (Ϭу): предел упругости отражает максимальное напряжение, при котором сталь остается в упругом состоянии, т.е. способна восстановить свою форму после снятия нагрузки. Для мягкого сплава Ϭу может составлять около 250-350 МПа, в то время как для высокопрочных сплавов этот показатель значительно выше.
3. Испытание на циклическую усталость: этот метод включает приложение повторяющихся нагрузок к образцу стали для определения её способности выдерживать циклические нагрузки без разрушения. Циклическая усталость особенно важна для компонентов, работающих в условиях переменных нагрузок.
4. Гистерезисная петля: при измерении упругих свойств стали важно обратить внимание на форму гистерезисной петли на диаграмме напряжение-деформация. Ширина петли может указывать на внутреннее трение и энергетические потери в материале при циклических нагрузках.
5. Коэффициент Пуассона (ν): этот параметр отражает соотношение поперечной и продольной деформации. Для большинства сплавов коэффициент Пуассона находится в пределах 0.27-0.30. Это значение важно при расчетах на устойчивость и вибрацию конструкций.

Методы испытания стали на пластичности

Испытание стали на пластичность представляет собой комплекс методов, направленных на определение способности материала к деформации без разрушения. Пластичность критически важна в таких отраслях, как строительство и машиностроение, где материалы часто подвергаются значительным деформациям.

1. Испытание на относительное удлинение (δ): этот тест определяет процентное увеличение длины образца стали после его разрыва. Например, для мягкого сплава δ может составлять около 25-40%, что свидетельствует о высокой пластичности. Для более твердых и хрупких сплавов этот показатель будет значительно меньше.
2. Испытание на относительное сужение площади (ψ): показатель ψ измеряет изменение площади поперечного сечения образца в месте разрыва. Для общего класса сталей ψ может варьироваться от 40% до 60%, что указывает на их хорошую пластичность.
3. Испытание на изгиб: при этом тесте образец изгибается до определенного угла или до начала трещин, чтобы оценить его способность к пластическому деформированию. Например, обычная углеродистый сплав может выдержать изгиб до 180° без видимых трещин.
4. Тест на вытяжку (cupping test): этот метод оценивает способность листовой стали растягиваться при формировании. Он измеряет глубину чаши, которую можно сформировать из листа, прежде чем он начнет трескаться. Например, для низкоуглеродистых сталей типичная глубина вытяжки составляет около 9 мм.
5. Испытание Эриксена: этот тест широко используется для определения пластичности тонких листов металла, особенно в автомобилестроении. Показатели Эриксена для различных марок сплава могут варьироваться, но для качественной листовой стали они часто превышают 10 мм.

Динамические испытания стали

Динамические испытания стали оценивают поведение материала при быстро меняющихся или циклических нагрузках, что критически важно для промышленных и строительных применений.

Проверка стали на излом

Проверка стали на излом включает методы, оценивающие её способность сопротивляться внезапным ударам или разрывам. Основными методами являются:

1. Испытание Шарпи (Charpy Test): этот тест измеряет количество энергии, поглощаемой образцом стали при ударе. Для примера, типичные значения ударной вязкости у обычной углеродистой стали могут колебаться от 50 Дж/см² до 200 Дж/см² при комнатной температуре. Однако эти значения могут снижаться при низких температурах, указывая на повышенную хрупкость.
2. Испытание Изода (Izod Test): подобно тесту Шарпи, этот метод также определяет ударную вязкость, но при различной конфигурации образца и способе его закрепления. Стандартный образец для испытания Изода имеет длину 75 мм и сечение 10 мм x 10 мм с V-образным надрезом.

Проверка на изгиб

Испытание на изгиб оценивает способность стали выдерживать нагрузку при изгибе без разрушения. Это важно для конструкционных приложений, где материалы часто подвергаются изгибающим нагрузкам.

1. Трехточечный тест изгиба: в этом тесте образец стали поддерживается на двух точках, а нагрузка прикладывается в третьей, центральной точке. Нормативные параметры для испытаний на изгиб, например, для строительной стали, могут включать способность выдерживать изгиб до 180° без появления трещин на внешней стороне изгиба.
2. Четырехточечный тест изгиба: этот метод аналогичен трехточечному испытанию, но с двумя точками нагрузки, что позволяет более равномерно распределить напряжение по длине образца. Такое испытание может демонстрировать, как сталь ведет себя при более равномерном распределении нагрузок.

Эти испытания дают ценную информацию о характеристиках стали, включая её ударную вязкость и способность сопротивляться изгибу, что является критически важным для обеспечения безопасности и надежности металлоконструкций.