МЕТОД ВИМІРЮВАННЯ ТВЕРДОСТІ МАТЕРІАЛУ З ВИКОРИСТАННЯМ ПЕРІНОСНИХ ТВЕРДОМІРІВ
Застосування методу, що вивчається у цій роботі, засноване на певній залежності параметрів міцності сталі (тимчасовий опір) з твердістю матеріалу.
Твердість матеріалу можна визначити, як випробуванням на пресі Брінелля, так і вимірюванням твердості за іншими шкалами (Роквелла, Віккерса, Шора) та перерахуванням у твердість за Брінеллем. Існує великий вибір портативних приладів, що дозволяють визначати твердість сталі в польових умовах. Прилади реалізують різні методи, наприклад: динамічний - серія приладів ТЕМП (аналог вимірювань за Шору), ультразвуковий - прилади серії МЕТ-У (Віккерс), статичний - Equostat (по Роквеллу) та ін.
Основні методи, що застосовуються в польових умовах – динамічний, ультразвуковий та статичний. При динамічному методі визначається непряма характеристика - відношення швидкості при ударі та відскоку індентора від поверхні зразка.
В ультразвуковому методі параметром, що вимірюється, є частота коливань індентора при його впровадженні в зразок на певну глибину під дією постійного зусилля. Значення непрямих характеристик надалі переводяться до числа твердості за градуювальної залежності, закладеної в приладі.
Статичним методом вимірювання твердості називається такий, при якому індентор повільно і безперервно втискається в випробуваний метал з певним зусиллям. До статичних методів відносять наступні: вимірювання твердості за Брінеллем, Роквеллом та Віккерсом.
При використанні стаціонарних твердомірів забезпечення точності вимірювань не складно. Вимірювання за допомогою стаціонарних приладів дають меншу похибку в порівнянні з портативними, а також можлива якісніша підготовка поверхні відібраних зразків. Однак останній плюс містить у собі і основнийНестача даного методу - виникає необхідність відбору зразків, що є трудомістким заходом і не завжди можливо. Тому, незважаючи на наявність похибок, перевагу в більшості випадків надають використанню портативних приладів, що дозволяють уникнути відбору зразків. І, хоча вже існує теоретична та приладова база [U8], правильно виконати вимірювання твердості на арматурі, що входить до складу залізобетонної конструкцій, а також зробити однозначний перерахунок у міцність стали не просто.
Тим часом, застосування будь-якого з методів неруйнівного контролю твердості вимагає дотримання певних вимог до ділянки вимірювання та його поверхні. До цих вимог належать:
- мінімальний майданчик вимірювання для застосування динамічного методу має бути не менше 10 мм, а для ультразвукового – не менше 5 мм;
- Шорсткість вимірюваної поверхні при використанні більшості методів вимірювання твердості (як портативними, так і стаціонарними приладами) повинна бути не більше 0.32 мкм (Ra).
Забезпечити виконання описаних умов можна за допомогою обробки абразивними дисками, встановленими на кутову машину шліфувальну (УШМ). Після зрізу частини перерізу арматури та створення майданчика необхідних розмірів та шорсткості, проводиться дообробка поверхні за допомогою відповідних насадок на УШМ.
При виконанні обробки шліфуванням механічні властивості та структура поверхневого шару стали змінюються. В основному це відбувається за рахунок впливу двох факторів: високої температури та наклепу внаслідок пластичних деформацій металу поверхневого шару.
При шліфуванні малогабаритними пристроями типу УШМ у режимі роботи з перервами температура нагрівання сталі досягає, що підтверджується тепловізійними.вимірами. При роботі без перерв та періодичного охолодження поверхні температура може досягати і більше, про що свідчить поява оксидної плівки з квітами втечі. При досягненні зазначених температур сталь може піддаватися низькотемпературній та середньотемпературній відпустці. При цьому міцність, пластичність та твердість поверхневого шару можуть змінюватися.
Крім високих температур, у зоні різання (шліфування) метал поверхневого шару зазнає істотних пластичних деформацій, які після обробки є залишковими. Подібні деформації можуть призводити до утворення залишкових напруг в поверхневому шарі елемента, так і до зміни параметрів міцності і твердості за рахунок наклепу. Глибина зміненого шару залежить від швидкості різу, сили подачі інструменту, напряму шліфування, зернистості абразиву та інших факторів. Відомо, що товщина шару з цими змінами може коливатися від десятків до сотень мікронів.
Таким чином, застосовуючи портативні прилади з малою глибиною проникнення індентора (статичний, ультразвуковий), результат виміру можна отримати з істотною відмінністю від істини. З іншого боку, зазначені методи (наприклад, ультразвуковий) характеризуються більшою універсальністю для застосування в польових умовах, так як вимірювання можна проводити на елементах менших розмірів за площею та товщиною, меншою масою та більшою кривизною. Отже, для розширення сфери застосування портативних твердомірів на бічній поверхні арматурних стрижнів необхідно дослідити вплив видів обробки на арматурну сталь і підібрати оптимальний вид і режим. [U9]
Після вирішення проблем з підготовкою поверхні вимірювання та вибору методу неруйнівного контролю, виникає важливе питання: якузалежність застосовувати для визначення міцності сталі за твердістю?
У більшості видань вказано залежність «твердість-міцність сталі», отримані при дослідженні прокатних профілів (швеллер, двотавр та ін.), що застосовуються для елементів будівельних конструкцій. Ці сталі характеризуються відносно вузьким діапазоном міцності, невеликою різноманітністю марок та простими способами термічного покращення. Усього не можна сказати про арматурної сталі різних классов.[U10]
Поки що немає однозначних результатів про вплив різних видів сталі, з яких виготовляються арматурні стрижні, а також видів термомеханічного зміцнення арматури, напруженого стану та інших факторів на залежність, що існує. У цій роботі зроблено спробу знаходження зв'язку між твердістю арматурної сталі та її класом. Як досвідчені зразки розглядалися переднапружені конструкції, армовані стрижнями класів AIIIB, AIV, AV.
Так само вплив на показання твердоміра надає глибина поверхні, що зрізається, т.к. по перерізу арматурного стрижня твердість розподіляються не рівномірно, ближче до поверхні зразка значення вище, порівняно з іншими показаннями. [U11]
ЗАДАЧІ ДОСЛІДЖЕННЯ
Як було зазначено вище, незважаючи на наявність великого спектру приладів для вимірювання твердості та попередньої обробки поверхні арматури в польових умовах, вибір конкретного виду обладнання та визначення умов його застосування вимагають детального вивчення.
Для вирішення поставленого завдання потрібно виконати всебічне дослідження, в ході якого необхідно розглянути фактори, що впливають на результат вимірювань, та їх значущість, а також визначити заходи для усунення (за можливості) або зниження їх впливу або обліку ваналітичні висловлювання. А також провести аналіз проведених випробувань з метою виявлення залежності між твердістю та міцністю арматурних стрижнів та перехід від неї до ласу арматури.[U12]
Метою даної є розробка методу визначення класу арматурної сталі в переднапружених конструкціях за допомогою портативних твердомірів. В ході роботи вивчалися фактори, що впливають на результати вимірювання, такі як величина зрізу зовнішнього шару бічної поверхні стрижнів, підготовка поверхні арматурного стрижня для статистичним вимірюванням твердоміром, величина майданчика вимірювань, зміни показань твердоміра в залежності від глибини спила.