протравлена *. Микроструктура обнаруживает в сварном шве перегрев и пережог металла, наличие окислов по границам зерен, изменение состава металла от выгорания элементов при сварке, микроскопические трещины, поры и пр.

Механические свойства. Качество металлов характеризуется механическими свойствами, к которым относятся следующие.

Предел прочности, или временное сопротивление,-напряжете при наибольшем растягивающем усилии, при котором наступает разрушение образца. Напряжением называют нагрузку в кгс, приходящуюся на 1 мм площади сечения материала **. Предел прочности измеряется в кгс/мм и обозначается Ов (греч. «сигма»).

Пример. Сечение образца 80 мм; при растяжении он разорвался под действием силы 3200 кгс; предел прочности

3200

(jg = --- = 40 кгс/мм. 80

Для испытания изготовляют образец круглого (рис. 13, а) или прямоугольного (рис. 13,6) сечения, который растягивают.на разрывной машине.

Расчетная длина 1о образца диаметром do равна 1о = 10о(длинные образцы) или 1о = bdo (короткие образцы). Для испытания литого и прокатанного основного ме= талла применяют длинные образцы диаметром do = Ю и 20 мм. При испытании наплавленного металла используют короткие круглые образцы диаметром do = 6 мм, (образцы Гагарина). Для длинных плоских образцов /о = 11,3/Fc» для коротких 2о = 5,65(/Fo; здесь fo - начальная площадь поперечного сечения образца.

Для сталей характерной величиной является предел текучести- нагрузка в килограмм-силах на 1 ijh площади поперечного сечения образца, вызывающая начало пластической деформации стали (удлинения) при постоянной величине растягивающего усилия. В этот момент образец начинает удлиняться («течет»), в то время как растягиваю-

• В зависимости от цели исследования и марки металла для травления шлифов применяют различные реактивы. Например, для стали применяют 47о-ный раствор соляной кислоты в этиловом спирте; для меди и медных сплавов - 507о-ный раствор концентрированной азотной "лоты в воде; для алюминия - 0,1 %-ный раствор едкого натра в Ш-50%-ном растворе спирта.

** Прн определении напряжения берется площадь сечеиия образца до испытания.

металл получает пластические деформации, в результате которых его атомы перемещаются по плоскостям скольжения кристаллов, кристаллические решётки деформируются, а зерна приобретают вид волокон, вытянутых в направлении прокатки. От этого металл получает наклеп и становится более прочным, но менее пластичным. Если наклепанный металл нагреть до определенной температуры, то происходит восстановление первоначальной кристаллической решетки и возникают новые зерна. Такой процесс называют рекристаллизацией, а соответствующую ему температуру - температурой рекристаллизации. Чем выше температура нагрева, тем крупнее зерна, полученные в процессе рекристаллизации металла.

Степень пластической деформации металла при обработке также влияет на размеры зерен после рекристаллизации.

Процессы вторичной кристаллизации (термообработку) широко используют в технике для придания металлам и сплавам необходимых механических свойств.

При расплавлении металлы могут смешиваться в определенных соотношениях, образуя сплавы, которые при застывании дают однородные твердые растворы металлов. Растворяться в металлах могут также неметаллические ве-. щества - углерод, кремний, сера, фосфор и др. В твердых растворах атомы составных элементов могут или заменять друг друга в кристаллической решетке, или внедряться в решетку основного вещества между его атомами. В первом случае имеем твердый раствор замещения, во втором - раствор внедрения. Элементы, находящиеся в сплавах в виде химических соединении, образуют с твердым раствором механическую смесь.

Обычно сплавы называют по виду образующих их элементов: железоуглеродистые (чугун и стали), медноцинко-вые (латуни), алюминиевомагниевые и др.

Если отполировать поверхность металла (сплава) и протравить соответствующими реактивами, то можно невооруженным глазом различить расположение зерен металла, называемое макроструктурой.

Макроструктура выявляет непровары, шлаковые включения, раковины, поры, трещины, несплавление и другие дефекты сварки.

Микроструктурой называют строение металла, видимое под микроскопом при увеличении от 100 до 2000 раз. Поверхность шлифа должна быть тщательно отполирована и

Начало одразования шейки

]) Разрыб

0,1 0,2 3 20

Относительное удлинение

0 8.%

Рис. 13. Образцы для испытания на растяжение и диаграмма растяжения малоуглеродистой стали: а - цилиндрический, б - плоский, в - диаграмма растяжения

тичность металла, г. е. способность подвергаться деформации, не разрушаясь при этом.

Пример. Длина образца /о=100 к.к.; до разрыва ои удлинился до 125 к.к.\ относительное удлинение

125-100 Ь= -- = 0,25, или 25%.

Относительное удлинение зависит от длины образца. Поэтому при указании величины удлинения около знака б ставят: для длинного образца цифру 10 (бю), для короткого цифру 5 (65), показывающие отношение длины образца к диаметру.

На рис. 13, в показана диаграмма растяжения низкоуглеродистой стали. До точки А напряжение пропорционально относительному удлинению. Напряжение Оп называется пределом пропорциональности, или пределом упругости. На участке АВ в образце появляются остаточные деформации и пропорциональность между напряжением и относительным удлинением исчезает. Точка fi с напряжением От будет соответствовать пределу текучести, так как на участке ВС образец продолжает удлиняться («течет») при постоянном напряжении От. В точке D напряжение достигнет наибольшей величины и будет соответствовать пределу прочности Ов; в этот момент на образце образуется шейка, а разорвется он в точке D при напряжении, меньшем предела прочности.

Для изделий, подвергающихся ударным нагрузкам, должны применяться нехрупкие (вязкие) металлы. Это свойство характеризуется ударной вязкостью, которая выражается работой в килограмм-сила-метрах {кгс-м), приходящейся на 1 сл« 2 сечения образца и вызывающей излом образца при ударе падающим грузом. Ударная вязкость обозначается аа-

Пример. При испытании на ударную вязкость излом образца площадью поперечного сечения I см произошел при падении груза 10 кгс с высоты 0,6 м. Ударная вязкость

10-0,6 й , ..

а„ =-j-= 6 кгс-м/см.

Испытание на ударную вязкость производят на специальных машинах - маятниковых копрах. Поднятый на заданную высоту маятник получает определенный запас энергии. При падении маятник ударяет в середину образца и ломает его. Работа, затраченная на изгиб или излом об-

щее усилие не увеличивается. Через некоторое время удлинение прекращается и разрывающее усилие вновь возрастает до тех пор, пока образец не разорвется. Для низкоуглеродистой стали марки Ст. 3 предел текучести 22- 24 кгс/мм, в то время как предел прочности этой стали 38-47 кгс1мм. С повышением прочности и уменьшением пластичности предел текучести повышается, приближаясь по своему значению к пределу прочности. Предел текучести обозначается От.

Относительное удлинение (обозначается б - греч. «дельта»)- удлинение образца при растяжении, выраженное в процентах от первоначальной длины; характеризует плас-

Иадрез

Сила

см»

Рис 14 Образец с надрезом для испытания на ударную вязкость

ливания; алмазного конуса (метод Роквелла) или алмазной пирамиды (метод Виккерса). Твердость может также определяться по высоте отскакивания от поверхности металла бойка со стальным или алмазным наконечником (метод упругой отдачи). В технике применяют и другие методы определения твердости. По твердости судят также о пределе прочности стали, который можно вычислить с достаточной точностью по формуле

Оз = НВ (0,33 -г 0,36),

где Ов - временное сопротивление, кгс1мм; ЯВ - твердость по Бринеллю.

При определении твердости используют приборы - пресс Бринелля, прибор Роквелла, прибор Виккерса. В прессе Бринелля шарик вдавливается под действием грузов. Диаметр отпечатка шарика (лунки) измеряется с помощью специальной лупы, а затем по таблице находят величину твердости, обозначаемую НВ.

В приборе Роквелла алмазный конус имеет при вершине угол 120°. Конус вдавливается под действием грузов 150, 100 и 60 кгс. Глубина вдавливания отмечается стрелкой измерительного прибора-индикатора. Величину твердости определяют по разности глубин вдавливания конуса при полной и предварительной (10 кгс) нагрузках. Твердость

по Роквеллу обозначается HRA; HRB; HRC. Буквы А, В и С обозначают стандартные шкалы, соответствующие нагрузкам 60, 100 и [50 кгс. Наиболее употребительна нагрузка 150 кгс, соответствующая шкале С. Шкалу А используют для очень твердых металлов. Для мягких металлов (например, цветных металлов) применяют нагрузку 100 кгс (шкалу В), а вместо алмазного конуса - стальной шарик диаметром \,59 мм (1/16 дюйма).

Твердость по Виккерсу определяют по отношению вдавливающей нагрузки (от 5 до 120 кгс) к поверхности отпечатка, образуемого в исследуемом материале алмазной четырехгранной пирамидой с углом между гранями при вершине 136°. Площадь отпечатка определяют по таблицам.

Таблица 2

Металлы и сплавы

Железо технически чистое типа «армко» ........

Сталь низкоуглеродистая листовая марки МСт 3 . .

Сталь качественная конструкционная марки 08, нормализованная .....

То же, марки 40, нормализованная ...

Сталь нержавеющая хромонике-левая IXI8H9.......

Чугун серый СЧ 12-28 . .

Чугун ковкий КЧ 37-12 ...

Медь МЗ, мягкая .....

Латунь Л62, мягкая . , .

Бронза алюминиевая, горячекатаная Бр А5 ....

Алюминиевомагниевый сплав АМц, мягкий......

Дюралюминий Д-1Т после закалки и естественного старения ,.........

Свинец листовой

Олово литое.......[

Титан технический....."

разца, определяется по разности высоты подъема маятника до и после удара. Образец для испытания на ударную вязкость (рис. 14) имеет прямоугольное сечение размером 10 X 10 и длину 55 мм. В середине образца на одной стороне делается надрез с радиусом закругления 1 мм.

Твердость. Для деталей, работающих на истирание, важна твердость, которая измеряется по диаметру отпечатка, получаемого при вдавливании в поверхность металла стального шарика (метод Бринелля), или по глубине вдав-