10162

а б

Рис. 6.18. Машина R.R.Moore (корпорация Instron) для испытаний на

усталостный изгиб с вращением: а – общий вид; б – нагружающее устрой-

ство

Машины R.R.Moore признаются как стандарт для подражания в об-

ласти испытаний на усталостный изгиб с вращением и вот уже на протя-

жении большого количества лет успешно служат на многих предприятиях по всему миру, демонстрируя высокое качество и надежность.

Данная машина позволяет проводить испытания круглых образцов диаметром до 10 мм при изгибающих нагрузках в диапазоне частот враще-

ния от 500 до 10000 об/мин. То есть стандартная машина может обеспе-

чить до 60000 циклов испытаний за час и 14400000 циклов в день!

Отличительной особенностью конструкции машины является то, что дополнительно имеется возможность установить на машину высокотемпе-

ратурную печь до +10000С, что позволит проводить циклические испыта-

ния при повышенной температуре.

Конструкция машины R.R. Moore основана на принципе вращающей-

ся балки. Образец работает как простая балка, симметрично нагруженная в двух точках. Длина стандартного образца составляет 87,3 мм. Регулируе-

140

мое число оборотов от 500 до 10000 об/мин. Система укомплектована температурной камерой. В СССР и по настоящее время в России широкое применение получила машина для испытаний на усталостный изгиб с вращением МУИ – 6000.

6.5.2. Испытание на циклический плоский поперечный изгиб

Для испытания плоских образцов на усталость применяется установ-

ка, схема которой представлена на рис. 6.19, в которой осуществляется схема консольного поперечного изгиба плоского образца.

Рис. 6.19. Схема экспериментальной установки для испытаний на ус-

талость по схеме консольного изгиба плоского образца

1 – шатун; 2 – эксцентрик; 3 – ползун; 4 – выключатель; 5 – вибратор;

6 – образец; 7 – опора; 8 – индикатор часового типа; 9 – пружина; 10 –

электродвигатель; 11 – счетчик.

Нагружающая система машины при помощи шатуна 1 и эксцентрика 2

создает перемещение ползуна 3, на котором жестко закреплен конечный выключатель 4. Конечный выключатель посредством вибратора 5 связан с образцом 6, который жестко закреплен одним концом в опоре 7. Регулируя положение эксцентрика, можно изменять величину нагрузки и ход ползу-

141

на, от которого зависит амплитуда колебаний. Это осуществляется с по-

мощью индикатора часового типа 8. При изломе образца срабатывает ко-

нечный выключатель (с помощью пружины 9 и кнопки 10), электродвига-

тель отключается. Конечное число фиксирует механический счетчик 11.

Рис. 6.20. Кривые усталости образцов из стали 30ХГСН2А при осевом растяжении по пульсирующему циклу(1-4);

5 – деформация поперечного изгиба плоских образцов

Образец перед проведением испытания, как и в предыдущих случаях,

маркируется и снимаются размеры поперечного сечения (b x h) в месте предполагаемого излома. После замера образец устанавливается в опору и закрепляется жестко в ней. Второй конец образца жестко крепится к виб-

ратору нагрузочного устройства. При испытании первого образца берется

142

максимальная амплитуда колебаний и пересчитывается в напряжение, а

затем для каждого образца напряжения уменьшаются.

По результатам испытаний строят кривую усталости – график, харак-

теризующий зависимость между максимальными или амплитудными на-

пряжениями цикла и долговечностью серии одинаковых образцов, испы-

танных при одинаковом среднем напряжении (деформации) цикла или при одинаковом среднем коэффициенте асимметрии цикла.

На рисунке 6.20 приведены виды и уравнения кривых усталости, по-

строенных при разных типах нагружения, из которого отчетливо видно,

что один и тот же материал (в данном случае это сталь 30ХГСН2А) пока-

зывает достаточно большой разброс прочности и долговечности. Поэтому пока не представляется возможным абсолютно точно определить долго-

вечность натурных деталей машин и конструкций, т.к. в настоящее время механическое оборудование работает в широком диапазоне напряжений и долговечности от области малоциклового нагружения до базового числа циклов усталости.

6.5.3. Испытание на консольный изгиб вращающихся образцов

Для испытания цилиндрических образцов на многоцикловую уста-

лость достаточно часто используются установки, в которых осуществляет-

ся схема консольного изгиба вращающегося образца. Принципиальная схема одной из установок изображена на рис. 6.21.

Образец 1 зажимается в цанговый захват 2 промежуточной опоры, ко-

торая соединена с электродвигателем 3 через резиновую муфту 4. Свобод-

ный конец образца вставляется в подшипник 5, который расположен в опоре нагружающего устройства 6. Нагрузка образца осуществляется с помощью грузов 7. При помощи тросика 8 создается постоянный изги-

бающий момент на конце образца 1. На валу электродвигателя укреплен кулачок, связанный с электромагнитным счетчиком числа оборотов двига-

143

теля. Имеющийся в установке конечный выключатель (стоп-механизм) и

счетчик количества оборотов электродвигателя позволяют фиксировать текущее количество циклов до разрушения образца.

Рис. 6.21. Установка для испытаний на усталость по схеме консольно-

го изгиба вращающегося образца:

1 – образец; 2 – цанговый захват; 3 – электродвигатель; 4 – резиновая муфта; 5 – подшипник; 6 – опора нагружающего устройства;

7 – грузы; 8 – тросик

Масса грузов при испытании первого образца при построении кривой усталости подбирается из расчета наибольшего напряжения, равного 0,7ζв

для данного материала. Следующий образец испытывается при напряже-

нии меньшем, чем предыдущее, на 100 МПа и т.д. У места предполагаемо-

го перегиба кривой усталости изменение напряжения уменьшается до

50...30 МПа для более точного определения места излома кривой устало-

сти.

144

Помимо рассмотренных видов циклического нагружения в последнее время с разработкой новых высокоточных испытательных машин появи-

лась возможность задавать практически любые формы циклов напряже-

ний, но приведенные в данном учебном пособии являются доминирующи-

ми на сегодняшний день типами нагружения материалов, применяемых в машиностроении.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что такое твердость?

2.Что принимают за единицу твѐрдости по Бринеллю?

3.Как осуществляется выбор нагрузки, время выдержки и диаметр шарика при испытании по Бринеллю?

4.Какие преимущества и недостатки метода Бринелля?

5.На каком расстоянии могут находиться отпечатки от края образца

идруг от друга при измерении твѐрдости методами Бринелля и Роквел-

ла?

6. Что принимают за единицу твѐрдости по Роквеллу, Виккерсу, Бри-

неллю?

7.Чему равна нагрузка (предварительная, основная и общая) при измерении твѐрдости по шкале А, В, С?

8.Что такое усталость металлов?

9.Какова цель проведения испытаний на растяжения?

10.Какие механические свойства можно установить при растяже-

нии металла?

11. Объясните физический смысл таких характеристик, как предел прочности, предел текучести, предел выносливости относительного удли-

нения и относительного сужения металла.

12.В чѐм измеряются механические характеристики при испытании на растяжение?

13.Какова цель проведения испытаний на изгиб?

145

14.В процессе испытания на изгиб образец испытывает сжатие или удлинение?

15.Какие основные отличия пластичного материала от хрупкого при испытании на изгиб?

16.Что такое ударная вязкость и какова цель еѐ определения?

17.Какова цель определения ударной вязкости?

18.Какие виды испытаний на циклическую прочность существуют?

19.Что такое хладноломкость стали?

20.Какие образцы применяют при испытании металла на ударный

изгиб?

Заключение

Практика металловедения и машиностроения (проектирование и про-

изводство деталей) показала, что лучших результатов достигли в работе специалисты, которые освоили максимум информации, приведенной вы-

ше.

Внастоящее время вопросами выбора требуемых металлов и сплавов

вроссийских и англоязычных журналах отводится особое место, что по-

зволяет говорить о серьезности рассмотренных вопросов, особенно данное обстоятельство касается материалов с особыми свойствами. Всѐ это проис-

ходит в основном от того, что многое из современных металлов и сплавов находится в стадии доработки и требует дальнейших экспериментальных исследований. Поэтому от хорошего современного специалиста требуется постоянная заинтересованность научным поиском, связанным с развитием технологии, модернизацией и реновацией различных технологий конст-

рукционных материалов в машиностроении.

146

Библиография

1. Кузьмин, Б.А. Металлургия, металловедение и конструкционные материалы [Текст] / Б.А. Кузьмин, А.И. Самохоцкий, Т.Н. Кузнецова //

Издание 2-е переработанное и дополненное. – М: Высшая школа, 1977. –

246с.

2.Зуев, В.М. Термическая обработка металлов [Текст] / В.М. Зуев. –

М., Высшая школа, 1976. – 344 с.

3. Арзамасов, Б.Н. Материаловедение: Учеб.для вузов / Б.Н. Арзама-

сов, И.И. Сидорин, Г.Ф. Косолапов и др. – 2–е изд., испр. и доп. – М.: Ма-

шиностроение, 1986, 384 с.

4. Сидорин, И.И. Основы материаловедения: Учеб. для вузов / И.И.

Сидорин, Г.Ф. Косолапов, В.И. Макаров и др. – М.: Машиностроение, 1976, 436 с.

5. Солнцев, Ю.П. Металловедение и технология металлов: Учеб. для вузов / Ю.П. Солнцев, В.А. Веселов, В.П. Демянцевич и др. – М.: Метал-

лургия, 1988, 512 с.

6. Самохоцкий, А.И. Металловедение: Учеб. Для техникумов / А.И.

Самохоцкий, М.Н. Кунявский, Т.М. Кунявская и др. – М.: Металлургия, 1990, 416 с.

7. Лахтин, Ю.М. Материаловедение: Учеб. для вузов / Ю.М. Лахтин,

В.П. Леонтьева – 3-е изд, перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1990, 528

с.

8. Арзамасов, Б.Н. Материаловедение: Учеб. для вузов / Б.Н. Арзама-

сов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др. – 6–е изд., стереотип. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004, 648 с.

9. Сидорин, И.И. Основы материаловедения: Учеб. для вузов / И.И.

Сидорин, Г.Ф. Косолапов, В.И. Макаров и др. – М.: Машиностроение, 1976, 436 с.

147

10. Рыбьев, И.А. Материаловедение в строительстве: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / И.А. Рыбьев, Е.П. Казеннова, Л.Г. Куз-

нецова, Т.Е. Тихомирова. – М.: Издательский центр «Академия», 2006, 528

с.

11. Жуковец, И.И. Механические испытания металлов: учеб. пособие для студ. учеб. заведений / И.И. Жуковец. – М.: Высшая школа, 1986, 199

с.

12. Думов, С.И. Технология электрической сварки плавлением: 3-е

изд., перераб. и доп. / С.И. Думов. – Л.: Машиностроение, 1987. – 457 с.

13. Тархов, Н.А. Производство металлических электродов / Н.А. Тар-

хов, З.А. Сидлин, А.Д. Рахманов. – М.: Высш. шк., 1986. – 52 с.

14. Мыльников, В.В. Прогнозирование циклическоц прочности и дол-

говечности конструкционных материалов / В.В. Мыльников, Е.А. Черны-

шов, Д.И. Шетулов. – М.: Изд-во «Спутник +», 2013. – 146 с.

15. https://studopedia.ru/

148

Мыльников Владимир Викторович Кондрашкин Олег Борисович

Металлические материалы, применяемые в строительном машиностроении

Учебное пособие

Редактор:

П. В. Сидоренко

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

603950, Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65. http://www. nngasu.ru, srec@nngasu.ru

149