Химическое гальваническое никелирование деталей в домашних условиях - описание технологического процесса своими руками - www.rocta.ru
mail
stanok
lines1
lines2
О компании Написать письмо Информация Контакты
rosta-w
тел: 8-908-135-59-82; (473) 239-65-79; 8-800-707-53-38 (Звонок по РФ бесплатный)
 

Предел прочности металлов

В быту каждого человека есть приборы и предметы, состоящие из разных материалов. Среди них встречаются детали, обладающие разными механическими характеристиками и свойствами. Наверное, основным показателем является свойство, о котором мы поговорим в нашей статье. Предел прочности металла приводится в таблице с обозначениями, которая находится в справочной документации к изделию. Кроме этого параметра, деталь обладает усталостью, текучестью, вязкостью, разным сопротивлением к физическим и химическим воздействиям. Все эти показатели влияют на срок службы и виды возможной эксплуатации металлического предмета.

Прочность металла – что это такое

Это способность детали сопротивляться нагрузкам и не разрушаться при этом. В зависимости от типа нагрузки различают следующие варианты данного показателя:

  • на сжатие;
  • на растяжение;
  • на изгиб;
  • при кручении.

Любой металлический предмет состоит из атомов, связанных между собой, если сказать по-другому склеенных. Атомы приклеиваются между собой с определенной силой, называемой силой связи. Данные процессы и обеспечивают материалы надежностью.



схематический никелирования в домашних условиях

Рисунок 1. Силы атомной связи

Данное понятие часто ассоциируют с твердостью. Но это не совсем корректно. Дело в том, что твердость – это свойство материала сопротивляться вдавливанию более твердого тела под действием внешних сил. Определяется для вычисления места в шкалах Бриннера, Виккерса и Роквелла. В принципе можно найти источники, где обе характеристики являются полными синонимами, но в науке и технике правильнее употреблять первое понятие за исключением частных случаев.

При изучении образцов и расчете предела прочности часто встречается понятие о деформации. Это изменения формы и размеров тела под действием нагрузок. Также можно встретить понятие эластичности или упругости и пластичности.

  • Эластичность – это способность деформироваться и не разрушаться при нагрузках и возвращать свою начальную форму при разгрузке.
  • Пластичность – это способность воспринимать нагрузки и деформироваться и при этом не возвращать начальную форму при разгрузке.

Что интересно детали могут обладать и пластичностью и упругостью. Самым простым примером может служить гвоздь, который вбивается в стену и гнётся под действием ударной нагрузки, при этом выравнивать его необходимо самостоятельно. Примером упругости может служить металлическая пружина, которая сжимается при нагрузке и разжимается, если ее разгрузить.

Основы и сущность процесса

Любое тело без нагрузки находится в спокойном состоянии или состоянии равновесия. Это значит, что внутренние силы стремятся удержать каждый атом на своём изначальном месте. При этом, если к предмету, например, стальной балке, шарнирно закрепленной с одной стороны и опирающейся с другой стороны, приложить нагрузку, возникают напряжения, которые сопротивляются изменению формы тела и продолжают удерживать атомы на своих местах пока приложенная нагрузка не вызовет разрушения. Также эти напряжения называют реакциями, возникающими в точке давления.



схематический никелирования в домашних условиях

Рисунок 2. Балка под нагрузкой F с возникшей реакцией R.

Кроме обычных сил на такую балку в реальной жизни могут действовать и другие нагрузки. Такой может быть перепад температур, зависящий от погоды. Нормальными для эксплуатации являются летние показатели равные от +5оС до +35оС. В другое время года на металл оказываться дополнительное разрушающее воздействие. Так отрицательная температура уменьшает пластичность и увеличивает опасность разрыва в нагруженных местах. Именно поэтому можно заметить постоянные поломки сооружений в зимний период.

Не стоит забывать и о химическом воздействии. К нему можно отнести воду, протекающую в трубах или выпавшие осадки. Многие сооружения эксплуатируются в агрессивных средах на химических предприятиях. Как правило, вода вызывает коррозию, что приводит к появлению трещин и разрушению.

Поэтому при выборе формы и материала проводят испытания на длительную прочность металлов, во время которых образцы подвергаются всем возможным нагрузкам. В результате делается заключение о правильности использования того или другого образца в конкретных условиях.

Определение прочности металла

Происходит в лабораторных условиях. Эталонные образцы испытываются на специальных установках в зависимости от типа нагружения.

Выделяют следующие виды нагрузки:

  • статическая – образец находится под постоянным давлением, нарастающим с одинаковым ускорением;
  • динамическая или ударная – образец резко оказывается под наибольшей силой;
  • циклическая – заготовку нагружают и разгружают с одинаковой или разной периодичностью.

Также исследуется поведение детали под разными видами нагрузки при кручении, сжатии, растяжении и изгибе.

Испытание на кручение

Для испытания детали на кручение необходим специальный станок, например, К20, К50 или иностранного производителя. Сначала готовится эталонный образец, исполненный в виде удлиненного цилиндра с утолщенными концами разной формы сечения.

Эту заготовку нужно вставить в станок, как правило, горизонтально, после чего на нее подается нагрузка. При этом с одного конца образец неподвижен, а другого выворачивается с заданным крутящим моментом.

Результатом испытания при статической нагрузке является значения моментов, когда деталь начала деформироваться, и, когда она разрушился, а также время от начала деформации до разрушения. При динамическом нагружении берётся максимальное значение крутящего момента, от которого происходит разрушение. При циклических испытаниях берётся количество циклов нагрузки-разгрузки до разрушения.



схематический никелирования в домашних условиях

Рисунок 3. Образец для испытаний на кручение.

Испытание на сжатие

Испытания на сжатие происходит на любом прессе подходящим по ГОСТу. Для этого необходим образец цилиндрической формы с соотношением высоты и диаметра 1:1,5 или 1:3. В исключительных случаях используют плоские детали, когда диаметр цилиндра больше высоты в 5 раз. Заготовку нагружают ступенчатым способом аналогично, как и при других испытаниях. Результатами являются предел прочности металлов и сплавов на сжатие, модуль упругости, предел текучести и деформации образца.

Испытание на изгиб

Данные исследования проводят в основном для хрупких и малопластичных деталей. Являются наиболее показательными и сложными с точки зрения подготовки и обработки результатов.

Существует два способа проведения испытаний:

  • чистый изгиб;
  • изгиб от сосредоточенной силы.

Второй вариант проще и наиболее распространен, но более корректные результаты получаются при первом методе.

Для его осуществления необходима специальная машина, которая подаёт сосредоточенное давление на планку, имеющую две опоры на расстоянии половины общей длины от подачи сосредоточенной силы. Нижняя часть пресса представляет собой две опоры, расстояние между которыми немного больше. Между двумя рабочими органами помещается образец. Он исполнен в виде планки длинной на 4 – 6 см больше, чем расстояние между нижними опорами машины, которое должно быть в 15 раз больше высоты детали. Эталон выполняется чаще всего прямоугольной формы сечения, но в некоторых случаях встречаются квадратные и круглые.

Результатом таких испытаний является удлинение планки, прочность металла на изгиб и предел текучести.



схематический никелирования в домашних условиях

Рисунок 4. Схема эксперимента проверки на чистый изгиб.

Испытание на растяжение

Данный вид испытаний проводится на специальной машине, которая имеет возможность отодвигать один орган от другого по продольной оси. Образец имеет вид планки разной формы сечения в зависимости от цели эксперимента. Эталон крепится к обоим органам, после чего начинается эксперимент. При этом очень важно сохранять одинаковое ускорение при наращивании нагрузки.

Результатами эксперимента являются удлинение детали и предел характеристик при растяжении.

Прочность металла: таблица

Все полученные результаты обрабатываются, и материалы распределяют в таблице. Эти данные являются очень важными для инженерных расчётов.

Таблица 1. Ориентировочные показатели пределов прочности металла на сжатие и растяжение

Металлы и сплавы Предел прочности на сжатие, МПа Предел прочности на растяжение, МПа
Серый чугун 1200-1500 280-800
Сталь Ст0 и Ст2 1400 1400
Сталь Ст3 1600 1600
Сталь Ст3 (мосты) 1400 1400
Углеродистая сталь 2500 600
Легированная сталь 4000 1000
Медь 1200 300
Латунь 1400 700
Бронза 1200 600
Алюминий 800 300
Алюминиевая бронза 1200 800
Дюралюминий 1500 800


Как повысить прочность металлов и сплавов

Чтобы разобраться в этом вопросе, нужно понять некоторые особенности строения материала. В расчетах считается, что он идеален, но на самом деле кристаллическая решётка любой детали содержит некоторые дефекты, называемые дислокациями. От количества и расположения этих дефектов зависят все механические характеристики.

Дефектами могут являться любые отклонения от идеала, например, создание сплава из нескольких материалов. Поэтому различают теоретическую и техническую прочность. Теоретическая определяется как десятая часть модуля упругости. При этом техническая определяется лабораторным путем и всегда оказывается во много раз меньшей. Например, теоретический предел свойства меди равен 12500 МПа, а технический – 1200 МПа. Это огромная разница получается за счёт наличия в детали дислокаций, которые являются концентраторами напряжений и приводят к разрушению образца.

Логично предположить, что наиболее стойким будет вариант, не имеющий дислокаций или «чистый» металл. Преследуя эту идею, ученые получили мелкие частицы без дефектов решётки. Их назвали усы, так как их размер не превышает 5 мкм. К сожалению, пока не получается создать частицы большего размера, так как не удаётся избежать появления дефектов. Техническая прочность усов наиболее приближается к теоретической.

После опыта улучшения характеристик было отмечено, что существует определённое значение плотности дислокаций, когда надежность – наименьшая. При этом увеличение дефектов увеличивает предел характеристики, но не приближает к теоретическому значению.



схематический никелирования в домашних условиях

Рисунок 5. График зависимости прочности от плотности дислокаций.

Второй метод является самым распространённым, но первый наиболее перспективным. Уже сейчас в новые сплавы добавляются усы для повышения прочности металлов и сплавов

На нашем сайте вы можете узнать о других свойствах деталей, а также найти широкий перечень оборудования для ленточного пиления. Переходите в наш каталог, чтобы узнать больше.



Наша продукция: