Читайте также:
|
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ВИПРОБУВАНЬ НА
РОЗТЯГАННЯ
Ціль роботи: Вивчити сутність характеристик механічних властивостей, обумовлених при випробуваннях на розтягання і методику проведення цього випробування.
Виконати випробування зразків сталі і визначити границі текучості, тимчасовий опір, відносне подовження і відносне звуження металу після розриву.
ЗРАЗКИ І МАШИНИ ДЛЯ ВИПРОБУВАНЬ НА
РОЗТЯГАННЯ
Випробування на одноосьове розтягання – найбільш розповсюджений вид випробувань для оцінки механічних характеристик металів і сплавів – порівняно легко піддаються аналізу, дозволяють за результатами одного досліду визначати відразу кілька важливих механічних характеристик матеріалу, що є критерієм його якості і необхідних для конструкторських розрахунків.
Методи випробувань на розтягання стандартизовані. Маються окремі стандарти на випробування при кімнатній температурі (ДСТ 1497 - 84), при підвищених від 35 до 1200°С (ДСТ 9651 - 84) і знижених від 10 до -100° З (ДСТ 11150 - 84) температурах; на іспити на розтягання тонких аркушів і стрічок (ДСТ 11701 - 84). У них сформульовані визначення характеристик, оцінюваних при іспиті, дані типові форми і розміри зразків, основні вимоги до іспитового устаткування, методика проведення іспиту і підрахунку результатів.
 |
Рисунок 1 – Зразки для іспитів на розтягання:
а – циліндричний зразок;
б – прямокутний зразок
У даній роботі проводяться іспити на циліндричних зразках з наступними основними розмірами (рис. 1, а):
1. робоча довжина l – частина зразка між його голівками і ділянками для захоплення з постійною площею поперечного переріза;
2. початковий діаметр робочої частини dо;
3. початкова розрахункова довжина l о – ділянка робочої довжини, на якому визначається подовження і яка залежить від початкового діаметра dо.
Зразки з l» 5dо називають короткими, а з l» 10dо довгими. При проведенні даної роботи використовуються довгі зразки з dо» 6 мм.
У виробничій практиці місця вирізки заготівель для зразків, їхня кількість, напрямок подовжньої осі зразків стосовно заготівлі вказуються в нормативно-технічній документації.
Машини для іспитів на розтягання різноманітні. Багато хто з них універсальні і можуть використовуватися при проведенні інших статичних іспитів. Сучасні іспитові машини вищого класу являють собою складні, часто автоматизовані пристрої; вони всі частіше оснащуються ЕОМ, за допомогою яких може проводитися розрахунок будь-яких характеристик властивостей у процесі чи іспиту відразу після його завершення.
Розривні й універсальні іспитові машини повинні відповідати вимогам ДСТ 288840 - 90.
За принципом дії приводного пристрою розрізняють машини з механічним і гідравлічним приводом.
 |
Рисунок 2 – Універсальна гідравлічна машина типу ЦД - 4
Машина складається з іспитового пристрою I і пульта керування II. Іспитовий пристрій з пультом керування з'єднано за допомогою трубопроводів гідравлічної системи, електропроводів і пристрою по передачі і виміру деформації 9.
Іспитовий пристрій у свою чергу складається з підстави 1, що направляють колон 2, верхньої траверси 3 і нижня траверси 4. Нижня траверса переміщається механічно і використовується для установки зразків перед іспитами. Верхня траверса приводиться в рух за допомогою гідравлічної системи і служить безпосередньо для проведення іспиту. Робочий циліндр 5 надає руху верхній траверсі. Зразок встановлюється в затискних пристроях 12.
У підставі 8 пульта керування вмонтовані електродвигун і насос високого тиску, що забезпечують роботу машини. Вимірювальна шкала 6 оснащена ведучою і відомою стрілками; самописний пристрій 7 дозволяє фіксувати діаграму розтягання в процесі проведення іспитів. Рукоятки переключення 10 служать для переміщення нижньої траверси. Кнопки 11 для включення насоса і надавання руху верхньої траверси.
МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ, ОБУМОВЛЕНІ ПРИ
ВИПРОБУВАННЯХ НА РОЗТЯГАННЯ, ДІАГРАМА РОЗТЯГАННЯ
При іспитах на розтягання за результатами одного досвіду установлюється відразу кілька характеристик: характеристики міцності (межі пропорційності, пружності, плинності і тимчасовий опір розриву) і характеристики пластичності (відносне подовження і відносне звуження після розриву).
 |
а) б)
Рисунок 3 – Діаграма розтягання зразка з малоуглеродистой
стали (а) і схема визначення умовної межі
плинності (б)
Від початку деформації до крапки А (навантаження Рпц) подовження прямопропорційно навантаженню, тобто на цій ділянці зберігає силу закон Гука. Тангенс кута нахилу прямої ОА до осі абсцис характеризує модуль пружності першого роду Е використовуваного матеріалу (модуль Юнга). Він визначає твердість матеріалу, тобто його здатність пручатися пружним деформаціям.
Модуль пружності практично не залежить від структури металу і визначається силами міжатомного зв'язку. Всі інші механічні властивості є структурно чуттєвими і змінюються в залежності від структури (обробки) у широких межах.
Навантаження Рпц є граничної, до якої зберігається пропорційність між навантаженням, що прикладається, і деформацією зразка. При подальшому збільшенні навантаження настає відхилення від закону прямої пропорційності.
Напруга, що відповідає крапці А, називають межею пропорційності (sпц).
Границя пропорційності – напруга, що матеріал витримує без відхилення від закону Гука. Зусилля Рпц визначає величину границі пропорційності. Приблизно величину Рпц можна визначити по крапці, де починається розбіжність кривої розтягання і продовження прямолінійної ділянки.
Звичайно допуск при визначенні sпц задають по зменшенню тангенса кута нахилу, утвореного дотичної до кривої розтягання в крапці А с віссю деформації, у порівнянні з тангенсом на початковій пружній ділянці. Стандартна величина допуску 50%.
Межа пропорційності визначається по формулі, МПа (кгс/мм2):
, (1)
де Fо – первісна площа поперечного переріза зразка.
Наступна характерна крапка на первинній діаграмі розтягання – крапка В. Їй відповідає навантаження, по якій розраховують умовну межу пружності - напруга при який залишкове подовження досягає заданої величини, звичайно 0,05%, іноді менше - аж до 0,005%. Використаний при розрахунку допуск вказується в позначенні умовної межі пружності: s0,05.
Границю пружності характеризує напруга, при якій з'являються перші ознаки макропластичної деформації. У зв'язку з малим допуском по залишковому подовженню навіть s0,05 важко з достатньою точністю визначити по первинній діаграмі розтягання. Тому в тих випадках, коли високої точності не потрібно, межа пружності приймається рівним межі пропорційності. Межа пружності розраховується по формулі, МПа (кгс/мм2):
, (2)
де Р0,05 – навантаження, що відповідає зазначеному залишковому подовженню.
Деталі машин необхідно розраховувати так, щоб виникаючі в них при експлуатації напруги не перевищували межі пружності.
При подальшому підвищенні навантаження до Рт на діаграмі з'являється криволінійна ділянка ВР, що при іспиті м'яких металів з об′ємноцентрованною кубічною (ОЦК) ґраткою і сплавів на їхній основі може перейти в горизонтальну ділянку. При цьому метал як би “тече” – зразок подовжується без помітного збільшення навантаження. Це навантаження можна зафіксувати по зупинці стрілки на шкалі силовимірювального пристрою випробувальної машини.
Таким чином, найменша напруга, при якому зразок деформується без помітного збільшення навантаження, що розтягує, називається границею текучості (фізичним).
Для обчислення фізичної границі текучості (необхідно зазначену вище навантаження Рт розділити на початкову площу поперечного переріза зразка Fо, МПа (кгс/мм2):
. (3)
При іспиті багатьох металів горизонтальна площадка на діаграмі розтягання не утвориться. У цих випадках варто визначати умовна границя текучості – напруга при який залишкове подовження досягає 0,2% від початкової розрахункової довжини зразка (s0,2), МПа (кгс/мм2):
, (4)
де Р0,2 – навантаження, що викликає залишкове подовження зазначеної величини.
Таким чином, границя текучості також характеризує опір металу невеликої пластичної деформації (але більшої чим межа пружності) і є однієї з прочностных характеристик.
При проведенні операцій обробки металів тиском навантаження повинні бути не менш границі текучості.
При збільшенні напруг понад границю текучості при розтяганні в результаті сильної деформації відбувається зміцнення металу (зміна його структури і властивостей) і опір деформації збільшується, тому за ділянкою плинності спостерігається підйом кривої розтягання (ділянка зміцнення). Найбільше значення навантаження, що передувало руйнуванню зразка, позначається Рмах. Таким чином, напруга, що відповідає максимальному навантаженню, що передує руйнуванню зразка, називається тимчасовим чи опором межею міцності (sв) і визначається по формулі, МПа (кгс/мм2):
. (5)
Для тендітних матеріалів sу характеризує опір руйнуванню, а для пластичних опір значної пластичної деформації. При цьому в момент, що відповідає навантаженню Рмах, з'являється помітне місцеве звуження зразка (шейку). Якщо до цього моменту зразок мав циліндричну форму, то тепер розтягання зразка зосереджується в області шийки. Це приводить до зниження навантаження. У крапці Е зразок руйнується.
У пластичних металів тимчасовий опір є характеристикою опору пластичної деформації, а в тендітних – характеристикою опору руйнуванню.
Для пластичних матеріалів, що утворять при розтяганні шейку, характеристикою опору руйнуванню служить щирий опір розриву (при руйнуванні).
Відношення зусилля, що розриває, Рк до дійсної площі поперечного переріза в місці розриву Fк називають щирим опором розриву ( Sк), що визначається як співвідношення, Мпа (кгс/мм2):
. (6)
При проведенні іспитів на розтягання визначаються також і характеристики пластичності – відносне подовження і відносне звуження після розриву.
Відносним подовженням (d) називається відношення збільшення розрахункової довжини зразка після розриву (l к - l o) її первісній довжині, виражене у відсотках:
. (7)
Під відносним звуженням (y) розуміють відношення різниці між початковою площею поперечного переріза Fo і мінімальною площею поперечного переріза в місці розриву Fк до його початкової площі поперечного переріза, виражене у відсотках:
. (8)
Слід зазначити, що всі характеристики міцності і пластичності, обумовлені при іспитах на розтягання, істотно залежать від структури сплавів, що у свою чергу визначається їх хімічним складом, технологією плавки, обробки тиском, термообробки і т.д.
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ РОБОТИ
Вимірити початкові розміри зразка: початковий діаметр зразка dо і
початкову розрахункову довжину l о з точністю до 0,1мм.
Знаючи величину (початкову площу поперечного переріза зразка).
Дані вимірів і розрахунків занести в таблицю 1.
Установити зразок у захопленнях 12 іспитової машини, приводячи в
рух нижню траверсу рукоятками 10.
Перевірити, щоб на вимірювальній шкалі 6 і ведуча і відома
стрілки були виставлені в положення “0”.
Натисканням пускової кнопки 1 надати руху верхній траверсі
і робити навантаження зразка аж до моменту розриву.
Після розриву зразка відключити двигун кнопкою “Стоп”.
Витягти зруйнований зразок із захоплень.
У процесі іспиту спостерігати за переміщенням ведучої і відомої
стрілець на вимірювальній шкалі. При цьому навантаження Рт можна
визначити по явній зупинці ведучої стрілки в процесі іспиту, а макси-
мальне навантаження Рmax по крайньому положенню до який дійде
стрільця в процесі випробування.
За даними вимірів Fо і l о й отриманим значенням Рт і Рmax обчислити
величину характеристик міцності для даного зразка (межа плинності і
межа міцності) і характеристик пластичності (відносне подовження і
відносне звуження).
Дані розрахунків занести в таблицю 1.
Таблиця 1. Результати випробувань на розтягання вуглецевої стали.
| № зразка | Марка сталі | Розміри розрахункової частини зразка | Навантаження | Характеристики механічних властивостей | |||||||||
| до випробування | після випробування | ||||||||||||
| dо, мм | Fо, мм2 | l о, мм | dк, мм | Fк, мм2 | l к, мм | Рт, Н | Рmax, Н | sт, МПа | smax, МПа | d,% | y,% | ||
Зіставити отримані значення характеристик механічних
властивостей з вимогами ДСТ 1577-81 і установити до сталі який
марки можуть бути віднесені випробувані зразки. Марки стали вказати
у таблиці
Дата добавления: 2015-11-30; просмотров: 28 | Нарушение авторских прав