PART 3: SOME METHODS of TESTING PROPERTIES

A. READING

Mechanical properties of metals can be determined by testing a metal under a load. According to the influence of the loads upon the metal causing different changes of its shape, loads are distinguished as compression, tensile, torsional, shearing and bending ones. In order to have a clear conception of the metal properties it is subjected to tests on special devices and machines. The determination of these properties is made in the laboratory using a specimen from the metal to be tested. The most widely used testings of metals are testings for hardness, for static tensile, for blow tenacity. According to the way of loads applied mechanical testing are divided into static and dynamic. Static testings are those when tested metal is subjected to the influence of constant force or a force, which increases very slowly. Dynamic testings are those when metal is subjected to the influence of a blow or a force, which increases very fast.

Testing for hardness is widely used because it is the easiest and fastest method of testing mechanical properties. When testing for hardness the steel hardened ball of 2,5 mm or 10 mm in diameter is penetrated into the specimen under the action of static load (P). This action results in the indentation on the surface of the specimen. The less the indentation, the more the hardness. The ratio of the force (P) to the square of the indentation is the value of hardness (HB).

HB=P/F

By the value of hardness we can say about tensile strength because there is a certain hardness to strength ratio. For example, this ratio for steel is 0,3…0,4 HB; for grey iron it is 0,11…0,13 HB. Thus hardness can double as a characteristic of strength properties of metals.

For determining the strength, elasticity and plasticity of metals a special machine, called "Rupture machine" is used. When testing a specimen is clamped between two clamps of the rupture machine. The upper clamp remains fixed and the lower one is being slowly lowered, this causing the extension of the specimen. The load upon the specimen may be easily determined at any moment by means of pointer indication on the dial. The specimen to be tested is a round one which has a definite form and size (Fig. 2): d=20 mm, l=200 mm.

The rupture machine is usually equipped with a special recording instrument, which automatically draws the curve of deformation. This curve is called a diagram of extension. This diagram shows a number of valuable qualities of the tested metal (Fig. 3): the limit of proportionality (A); the limit of elasticity (B); the limit of yield (C); the limit of strength (D).

So by testing a metal under load we can define what mechanical properties it has. The determination of these properties is made in the laboratory.

EXERCISES:

I. Find in the texts the following topical words and phrases, explain what they mean, and add them to your Active Vocabulary:

static testings, dynamic testings, value of hardness, specimen to be tested, diagram of extension.

II. Write out from the texts the sentences or the parts of the sentences which contain the following words and expressions and translate them into Russian:

under a load, shearing loads, indentation, upper clamp, pointer indication, limit of strength.

III. Answer the following questions:

1. What are the most widely used testings of metals?

2. Why is the testing for hardness widely used?

3. What is the essence of testing for hardness?

4. What can we say by the value of hardness?

5. What is the rupture machine used for?

6. What is the essence of testing for tension?

7. What is usually the rupture machine equipped with?

B. TRANSLATION

EXERCISES:

I. Before translating the text, find in it the sentences in which you would be able to use the following topical words and expressions:

machine elements, be loaded, testing for tension, impact, cross-section, stressed state, tangential stresses, contraction, bed, power-driven machine, hydraulic drive, scratch, unhardened metal

II. Read the text again, find in it the information about the following questions, and answer them using the topical words and phrases:

1. In what conditions do some machine elements work?

2. What can be determined by testing for tension?

3. What are the main parts of the “rupture” machine?

4. What does the term “plasticity” mean?

5. What does the term “hardness” mean?

6. What metals can be tested for hardness?

III. Now translate the text in writing. Use as many topical words and phrases as you can:

Механические испытания имёют важнейшее значение в промышленности. Детали машин, механизмов и сооружений работают под различного вида нагрузками: одни детали нагружены постоянно действующей в одном направлении силой, другие подвержены ударам, у третьих - силы болееили менее часто изменяются по своей величине и направлению. Некоторые детали машин подвергаются нагрузкам при повышенных или низких температурах, при действии коррозии и т. п.; такие детали работают в сложных условиях.

В соответствии с этим разработаны различные методы испытаний, с помощью которых определяют механические свойства металлов.

Наиболее распространенными испытаниями являются испытания на твердость, статическое растяжение, динамические испытания.

Статическими называют такие испытания, при которых испытуемый металл подвергают воздействию постоянной силы или силы, возрастающей весьма медленно.

Динамическими называют испытания, при которых испытуемый металл подвергают воздействию удара или силы, возрастающей весьма быстро.

Кроме того, иногда производят испытания, на усталость, ползучесть и износ, которые дают более полное представление о свойствах металлов.

Испытания на растяжение. Статическое испытание на растяжение - весьма распространенный способ механических испытаний металлов.

В этих испытаниях по сечению образца создается однородное напряжённое состояние, и материал находится под действием нормальных и касательных напряжений.

При испытании на растяжение определяются такие прочностные свойства, как предел упругости, предел пропорциональности, предел текучести, предал прочности, а также пластические свойства - относительное удлинение и относительное сужение Для испытания на растяжение из испытываемого материала изготовляют круглые или плоские образцы определённой формы и размеров, установленных ГОСТ. Образцы подразделяются, на нормальные и пропорциональные (длинные и короткие). Нормальный круглый образец имеет диаметр 20 мм и площадь поперечного сечения 314 мм², расчётная длина длинного образца l_о = 200 мм. расчетная длина короткого
l_о = 100 мм.

Для испытаний на растяжение применяются специальные разрывные машины. Основными частями каждой, из них являются: станина, механизм, создающий растяжение образца, и механизм, замеряющий усилия растяжения.

По способу нагружения разрывные машины подразделяются на машины с механическим и с гидравлическим приводом.

Растягивающее усилие создает напряжение в испытываемом образце и вызывает его удлинение; когда напряжение превзойдет арочность образца, он разорвется.

Разрывные машины обычно снабжаются специальным самопишущим прибором, который автоматически вычерчивает кривую деформации, называемую диаграммой растяжения.

Усилия, соответствующие основным точкам диаграммы растяжения, позволяют установить следующие характеристики сопротивления металла деформации.

Предел пропорциональности - наибольшее напряжение Р_р, до которого сохраняется линейная зависимость, т. е. прямая пропорциональность между напряжениями и деформациями.

Предел упругости - напряжение, при котором деформации впервые достигают некоторой малой величины, характеризуемой определенным допуском, устанавливаемым техническими условиями.

Предел текучести - напряжение, начиная с которого деформация тела происходит почти без всякого дальнейшего увеличения напряжения.

Предел прочности при растяжении - условное напряжение, которое равно отношению наибольшей нагрузки предшествовавшей разрушению; образца, к первоначальной площади его сечения:

Кроме этих характеристик, при статическом растяжении определяется пластичность металлов, т. е. способность их получать остаточную деформацию под действием статической нагрузки. Характеристики пластичности рассчитываются по результатам замеров образца до и после испытания.

Показатели пластичности металлов - относительное удлинение и относительное сужение.

Относительное удлинение dопределяется как отношение приращения длины образца после разрыва к его первоначальной расчетной; длине, выраженное в процентах.

Относительное сужение yопределяется как отношение уменьшения площади поперечного сечения, образца после разрыва к первоначальной площади его поперечного сечения, выраженное в процентах.

Методы определения твёрдости металлов. Твёрдостью называют свойство металла сопротивляться внедрению в него другого, более твердого тела. Испытания на твердость получили широкое применение в производственных условиях, представляя собой наиболее простой и быстрый метод испытания механических свойств. Так как при измерении твердости испытываются поверхностные слои металла, то для получения правильного результата поверхность металла не должна иметь таких дефектов, как окалина, забоины, крупные царапины и др.; не должно также быть наклепа поверхности. Существуют различные способы измерения твердости металлов. Рассмотрим некоторые из них, наиболее широко применяемые в промышленности.

Измерение твёрдости вдавливанием стального шарика (метод Бринеля). Измерение твердости по Бринелю заключается в том, что в поверхность испытуемого металла вдавливается стальной закаленный шарик диаметром 2,5 5 или 10 мм под действием статической нагрузки Р. Отношение усилия Р кплощади поверхности полученного отпечатка лунки дает значение твердости, обозначаемое НВ.

Этот метод применяется главным образом для измерения твердости незакаленных металлов и сплавов: прокатных заготовок, поковок, отливок и др., так как при испытании материалов с большой твердостью стальной шарик при вдавливании будет деформироваться, и результат получится неправильным.