Читайте также:
|
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ НА
РАСТЯЖЕНИЕ
Цель работы: Изучить сущность характеристик механических свойств, определяемых при испытаниях на растяжение и методику проведения этого испытания.
Выполнить испытание образцов стали и определить предел текучести, временное сопротивление, относительное удлинение и относительное сужение металла после разрыва.
ОБРАЗЦЫ И МАШИНЫ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ НА
РАСТЯЖЕНИЕ
Испытания на одноосное растяжение - наиболее распространенный вид испытаний для оценки механических свойств металлов и сплавов - сравнительно легко подвергаются анализу, позволяют по результатам одного опыта определять сразу несколько важных механических характеристик материала, являющихся критерием его качества и необходимых для конструкторских расчетов.
Методы испытаний на растяжение стандартизированы. Имеются отдельные стандарты на испытания при комнатной температуре (ГОСТ 1497 - 84), при повышенных от 35 до 1200°С (ГОСТ 9651 - 84) и пониженных от 10 до -100° С (ГОСТ 11150 - 84) температурах; на испытания на растяжение тонких листов и лент (ГОСТ 11701 - 84). В них сформулированы определения характеристик, оцениваемых при испытании, даны типовые формы и размеры образцов, основные требования к испытательному оборудованию, методика проведения испытания и подсчета результатов.
 |
Рисунок 1 – Образцы для испытаний на растяжение:
а – цилиндрический образец;
б – прямоугольный образец
В данной работе проводятся испытания на цилиндрических образцах со следующими основными размерами (рис. 1.а):
1. рабочая длина l – часть образца между его головками и участками для захвата с постоянной площадью поперечного сечения;
2. начальный диаметр рабочей части dо;
3. начальная расчетная длина l о – участок рабочей длины, на котором определяется удлинение и которая зависит от начального диаметра dо.
Образцы с l» 5dо называют короткими, а с l» 10dо длинными. При проведении данной работы используются длинные образцы с dо » 6 мм.
В производственной практике места вырезки заготовок для образцов, их количество, направление продольной оси образцов по отношению к заготовке указываются в нормативно-технической документации.
Машины для испытаний на растяжение разнообразны. Многие из них универсальны и могут использоваться при проведении других статических испытаний. Современные испытательные машины высшего класса представляют собой сложные, часто автоматизированные устройства; они все чаще оснащаются ЭВМ, при помощи которых может проводиться расчет любых характеристик свойств в процессе испытания или сразу после его завершения.
Разрывные и универсальные испытательные машины должны соответствовать требованиям ГОСТ 288840 - 90.
По принципу действия приводного устройства различают машины с механическим и гидравлическим приводом.
При выполнении лабораторной работы используется универсальная машина с гидравлическим приводом типа ЦД - 4 (рис. 2). Машина может использоваться для проведения испытаний на растяжение, сжатие, изгиб. Максимальная нагрузка - 4 тонны.
Машина состоит из испытательного устройства I и пульта управления II. Испытательное устройство с пультом управления соединено при помощи трубопроводов гидравлической системы, электропроводов и устройства по передаче и измерению деформации 9.
Испытательное устройство в свою очередь состоит из основания 1, направляющих колонн 2, верхней траверсы 3 и нижней траверсы 4. Нижняя траверса перемещается механически и используется для установки образцов перед испытаниями. Верхняя траверса приводится в движение при помощи гидравлической системы и служит непосредственно для проведения испытания. Рабочий цилиндр 5 приводит в движение верхнюю тра
 |
Рисунок 2 – Универсальная гидравлическая машина типа ЦД - 4
В основании 8 пульта управления вмонтированы электродвигатель и насос высокого давления, обеспечивающие работу машины. Измерительная шкала 6 оснащена ведущей и ведомой стрелками; самопишущее устройство 7 позволяет фиксировать диаграмму растяжения в процессе проведения испытаний. Рукоятки переключения 10 служат для перемещения нижней траверсы. Кнопки 11 для включения насоса и приведения в движение верхней траверсы.
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, ОПРЕДЕЛЯЕМЫЕ ПРИ
ИСПЫТАНИЯХ НА РАСТЯЖЕНИЕ, ДИАГРАММА РАСТЯЖЕНИЯ
При испытаниях на растяжение по результатам одного опыта устанавливается сразу несколько характеристик: характеристики прочности (пределы пропорциональности, упругости, текучести и временное сопротивление разрыву) и характеристики пластичности (относительное удлинение и относительное сужение после разрыва).
 |
а) б)
Рисунок 3 – Диаграмма растяжения образца из малоуглеродистой
стали (а) и схема определения условного предела
текучести (б)
От начала деформации до точки А (нагрузка Рпц) удлинение прямопропорционально нагрузке, т.е. на этом участке сохраняет силу закон Гука. Тангенс угла наклона прямой ОА к оси абсцисс характеризует модуль упругости первого рода Е используемого материала (модуль Юнга). Он определяет жесткость материала, т.е. его способность сопротивляться упругим деформациям.
Модуль упругости практически не зависит от структуры металла и определяется силами межатомной связи. Все другие механические свойства являются структурно чувствительными и изменяются в зависимости от структуры (обработки) в широких пределах.
Нагрузка Рпц является предельной, до которой сохраняется пропорциональность между прикладываемой нагрузкой и деформацией образца. При дальнейшем увеличении нагрузки наступает отклонение от закона прямой пропорциональности.
Напряжение, соответствующее точке А, называют пределом пропорциональности (sпц).
Предел пропорциональности – напряжение, которое материал выдерживает без отклонения от закона Гука. Усилие Рпц определяет величину предела пропорциональности. Приблизительно величину Рпц можно определить по точке, где начинается расхождение кривой растяжения и продолжения прямолинейного участка.
Обычно допуск при определении sпц задают по уменьшению тангенса угла наклона, образованного касательной к кривой растяжения в точке А с осью деформации, по сравнению с тангенсом на начальном упругом участке. Стандартная величина допуска 50%.
Предел пропорциональности определяется по формуле, МПа (кгс/мм2):
, (1)
где Fо – первоначальная площадь поперечного сечения образца.
Следующая характерная точка на первичной диаграмме растяжения – точка В. Ей отвечает нагрузка, по которой рассчитывают условный предел упругости - напряжение при котором остаточное удлинение достигает заданной величины, обычно 0,05%, иногда меньше - вплоть до 0,005%. Использованный при расчете допуск указывается в обозначении условного предела упругости: s0,05.
Предел упругости характеризует напряжение, при котором появляются первые признаки макропластической деформации. В связи с малым допуском по остаточному удлинению даже s0,05 трудно с достаточной точностью определить по первичной диаграмме растяжения. Поэтому в тех случаях, когда высокой точности не требуется, предел упругости принимается равным пределу пропорциональности. Предел упругости рассчитывается по формуле, МПа (кгс/мм2):
, (2)
где Р0,05 – нагрузка, соответствующая указанному остаточному удлинению.
Детали машин необходимо рассчитывать так, чтобы возникающие в них при эксплуатации напряжения не превышали предела упругости.
При дальнейшем повышении нагрузки до Рт на диаграмме появляется криволинейный участок ВС, который при испытании мягких металлов с объемно-центрированной кубической (ОЦК) решеткой и сплавов на их основе может перейти в горизонтальный участок. При этом металл как бы “течет” – образец удлиняется без заметного увеличения нагрузки. Эту нагрузку можно зафиксировать по остановке стрелки на шкале силоизмерительного устройства испытательной машины.
Таким образом, наименьшее напряжение, при котором образец деформируется без заметного увеличения растягивающей нагрузки, называется пределом текучести (физическим).
Для вычисления физического предела текучести (необходимо указанную выше нагрузку Рт разделить на начальную площадь поперечного сечения образца Fо, МПа (кгс/мм2):
. (3)
При испытании многих металлов горизонтальная площадка на диаграмме растяжения не образуется. В этих случаях следует определять условный предел текучести – напряжение при котором остаточное удлинение достигает 0,2% от начальной расчетной длины образца (s0,2), МПа (кгс/мм2):
, (4)
где Р0,2 – нагрузка, вызывающая остаточное удлинение указанной величины.
Таким образом, предел текучести также характеризует сопротивление металла небольшой пластической деформации (но большей чем предел упругости) и является одной из прочностных характеристик.
При проведении операций обработки металлов давлением нагрузки должны быть не менее предела текучести.
При увеличении напряжений сверх предела текучести при растяжении в результате сильной деформации происходит упрочнение металла (изменение его структуры и свойств) и сопротивление деформации увеличивается, поэтому за участком текучести наблюдается подъем кривой растяжения (участок упрочнения). Наибольшее значение нагрузки, предшествовавшее разрушению образца, обозначается Рмах. Таким образом, напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, предшествующее разрушению образца, называется временным сопротивлением или пределом прочности (sв)и определяется по формуле, МПа (кгс/мм2):
. (5)
Для хрупких материалов sв характеризует сопротивление разрушению, а для пластичных сопротивление значительной пластической деформации. При этом в момент, соответствующий нагрузке Рмах, появляется заметное местное сужение образца (шейка). Если до этого момента образец имел цилиндрическую форму, то теперь растяжение образца сосредотачивается в области шейки. Это приводит к понижению нагрузки. В точке Е образец разрушается.
У пластичных металлов временное сопротивление является характеристикой сопротивления пластической деформации, а у хрупких – характеристикой сопротивления разрушению.
Для пластичных материалов, образующих при растяжении шейку, характеристикой сопротивления разрушению служит истинное сопротивление разрыву (при разрушении).
Отношение разрывающего усилия Рк к действительной площади поперечного сечения в месте разрыва Fк называют истинным сопротивлением разрыву (Sк), которое определяется как соотношение, МПа (кгс/мм2):
. (6)
При проведении испытаний на растяжение определяются также и характеристики пластичности – относительное удлинение и относительное сужение после разрыва.
Относительным удлинением (d) называется отношение приращение расчетной длины образца после разрыва (l к - l o) ее первоначальной длине, выраженное в процентах:
. (7)
Под относительным сужением (y) понимают отношение разности между начальной площадью поперечного сечения Fo и минимальной площадью поперечного сечения в месте разрыва Fк к его начальной площади поперечного сечения, выраженное в процентах:
. (8)
Следует отметить, что все характеристики прочности и пластичности, определяемые при испытаниях на растяжение, существенно зависят от структуры сплавов, которая в свою очередь определяется их химическим составом, технологией плавки, обработки давлением, термообработки и т.д.
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
Измерить начальные размеры образца: начальный диаметр образца dо и
начальную расчетную длину l о с точностью до 0,1мм.
Зная величину (начальную площадь поперечного сечения образца).
Данные измерений и расчетов занести в таблицу 1.
Установить образец в захватах 12 испытательной машины, приводя в
движение нижнюю траверсу рукоятками 10.
Проверить, чтобы на измерительной шкале 6 и ведущая и ведомая
стрелки были выставлены в положение “0”.
Нажатием пусковой кнопки 1 привести в движение верхнюю траверсу
и производить нагружение образца вплоть до момента разрыва.
После разрыва образца отключить двигатель кнопкой “Стоп”.
Извлечь разрушенный образец из захватов.
В процессе испытания наблюдать за перемещением ведущей и ведомой
стрелок на измерительной шкале. При этом нагрузку Рт можно оп-
ределить по явной остановке ведущей стрелки в процессе испытания, а
максимальную нагрузку Рmax по крайнему положению до которого
дойдет стрелка в процессе испытания.
По данным замеров Fо и l о и полученным значениям Рт и Рmax вычис-
лить величину характеристик прочности для данного образца (предел
текучести и предел прочности) и характеристик пластичности (отно-
сительное удлинение и относительное сужение).
Данные расчетов занести в таблицу 1.
Таблица 1. Результаты испытаний на растяжение углеродистой стали.
| Номер образца | Марка стали | Размеры расчетной части образца | Нагрузки | Характеристики механических свойств | |||||||||
| до испытания | после испытания | ||||||||||||
| dо, мм | Fо, мм2 | l о, мм | dк, мм | Fк, мм2 | l к, мм | Рт, Н | Рmax, Н | sт, МПа | smax, МПа | d,% | y,% | ||
Сопоставить полученные значения характеристик механических
свойств с требованиями ГОСТ 1577-81 и установить к стали какой
марки могут быть отнесены испытанные образцы. Марки стали указать
в таблице
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Какие характеристики определяются при испытании на растяжение, в чем их сущность?
2. Какие из характеристик, определяемых при испытаниях на растяжение, являются характеристиками прочности, а какие пластичности?
3. По каким формулам определяются характеристики пластичности при испытаниях на растяжение?
4. Какой участок диаграммы растяжения характерен для равномерной деформации образца?
5. Какой участок на диаграмме растяжения соответствует пределу текучести? В чем сущность предела текучести, в каких единицах он измеряется и по какой формуле определяется?
6. В чем отличие физического и условного предела текучести?
7. Какой участок на диаграмме растяжения соответствует сосредоточенной деформации образца и в какой части образца при этом происходит деформация?
8. Какая из характеристик прочности определяется при максимальной нагрузке? По какой формуле эта характеристика определяется и в каких единицах измеряется?
9. Какая из характеристик определяемых при испытаниях является структурно нечувствительной и что эта характеристика определяет?
10. Какие образцы применяются для проведения испытаний на растяжение?
11. На каких машинах возможно проведение испытаний на растяжение?
12. Кратко охарактеризуйте устройство и работу универсальной гидравлической машины ЦД - 4.
Дата добавления: 2015-11-30; просмотров: 21 | Нарушение авторских прав