Читайте также:
|
Цель работы:
Определение механических характеристик и показателей пластичности стали.
Общие сведения
Экспериментальное определение величин механических характеристик и показателей пластичности необходимо для выбора конструкционных материалов и расчетов на прочность и жесткость. Подобные испытания сопровождаются изучением всех стадий деформации образца при растяжении с доведением нагрузки до значений, предшествующих разрыву образца. В процессе испытания определяются механические характеристики: предел пропорциональности, предел текучести и предел прочности. Кроме того, определяются показатели пластичности: остаточное относительное удлинение, относительное сужение и удельная работа, затрачиваемая на разрушение образца.
Образец имеет цилиндрическую форму с головками на концах для закрепления их в захватах машины (рис. 1).
Для испытания применяется короткий пропорциональный образец, то есть такой, у которого расчетная длина l 0 = 5 d 0. Перед установкой образца производится измерение его расчетной длины l 0 (длины участка образца, расположенного между двумя накерненными точками B и C) и диаметра d 0. По результатам произведенного обмера вычисляется площадь поперечного сечения А 0 и объем рабочей части образца V 0 = F 0 l 0.
Испытание осуществляется на разрывной машине ИМ-4Р с записывающим приспособлением, автоматически вычерчивающим диаграмму растяжения, то есть график, связывающий нагрузку и деформацию образца в процессе его растяжения до момента разрыва.
Подготовленный к испытанию образец устанавливается в захваты машины, и машина пускается в ход. В процессе испытания ведется наблюдение за поведением образца по диаграмме, вычерчиваемой записывающим устройством машины. После обрыва образца машина останавливается и обе половины образца освобождаются из её захватов. Разрушение образца произойдет в месте образования так называемой «шейки», то есть местного сужения поперечного сечения образца (рис. 2, б).
Тщательно и возможно плотнее прижав друг к другу обе половины образца по месту обрыва, следует измерить диаметр d ш в наиболее узком месте «шейки», длину образца после разрыва l 1 (длину участка образца между точками B и С) и вычислить площадь сечения А ш. После разрыва образца миллиметровая бумага с записанной на ней диаграммой снимается, и диаграмма подвергается обработке.
Примерный вид диаграммы для малоуглеродистых сталей, записанной машиной в процессе испытания, представлен на рис. 3.
|
Кривую растяжения на диаграмме при обработке лучше всего подразделить на участки, как указано на рис. 3.
Участок от О до а. На большей части своего протяжения он прямолинеен. В этой части диаграмма выражает прямую пропорциональную зависимость между силой и деформацией, то есть зависимость, записываемую законом Р. Гука. До начала деформации образца перемещение подвижного захвата происходит без нарастания или с небольшим увеличением нагрузки, которая необходима для устранения зазоров как в механизме машины, так и между головками образца и захватами. Поэтому в начале диаграммы появляется сначала горизонтальный, а затем криволинейный участок. Для того чтобы исключить из рассмотрения этот участок, следует продолжить прямолинейный отрезок диаграммы до оси абсцисс, в пересечении с которой получим точку О -начало диаграммы. 
Ордината точки а является наибольшей из ординат точек диаграммы, совпадающей с прямолинейным участком О - а. Ордината точки а в масштабе диаграммы равна наибольшей нагрузке обозначаемой Р пц, при которой выполняется закон Гука.
Предел пропорциональности -наибольшее напряжение sпц, превышение которого вызывает отклонение от закона Гука. Предел пропорциональности определяется по формуле
где А 0- начальная площадь поперечного сечения образца.
Участок кривой a - b - c. После перехода через предел пропорциональности деформации начинают интенсивно нарастать, причем от точки b до c диаграммы деформации растут без дальнейшего увеличения нагрузки - материал образца «течет». На диаграмме при этом прочерчивается горизонтальная линия. Ординаты точек на этом участке устанавливают нагрузку Р т, с учетом которой вычисляется предел текучести sт.
Предел текучести - напряжение, при котором происходит «течение» материала, то есть рост деформации при постоянной (примерно) нагрузке. Он определяется по формуле
Для ряда высокоуглеродистых и легированных сталей, сплавов цветных металлов площадки текучести может и не быть. В этом случае за величину предела текучести условно принимают напряжение, при котором остаточное удлинение образца составляет 0,2%. Условный предел текучести обозначается s02.
Участок кривой от с до d. На нем от конца участка «текучести» до максимума кривой в точке d наблюдается некоторое увеличение нагрузки на образец. Это явление в технике называется «наклепом» или упрочнением материала образца. В точке d кривая имеет наибольшую ординату. Эта ордината в масштабе диаграммы равна максимальной нагрузке, обозначаемой Р пч, при которой материал образца начинает претерпевать разрушение.
Предел прочности или временное сопротивление - напряжение, при котором происходит разрушение материала. Предел прочности sв(пч) находится как отношение максимальной силы, которую способен выдержать образец при растяжении, к его начальной площади поперечного сечения, то есть
Следует отметить, что предел пропорциональности, предел текучести и предел прочности являются условными характеристиками, так как соответствующие им нагрузки относятся к начальной площади А 0.
Участок кривой от d до e. После достижения максимальной нагрузки деформация образца начинает концентрироваться около какого-либо участка по длине образца, оказавшегося наиболее слабым. На образце появляется так называемая «шейка». На рис. 2, а показан характер интенсивности распределения продольной и поперечной деформации вдоль образца после образования «шейки». Вследствие интенсивного уменьшения площади сечения «шейки» для дальнейшего растяжения образца нужна меньшая нагрузка. Поэтому на диаграмме и наблюдается снижение нагрузки, продолжающееся до разрыва образца. В точке е кривая диаграммы вследствие разрыва образца обрывается. Нагрузка, соответствующая моменту разрыва образца, называется разрушающей и обозначается Р разр. Разделив нагрузку Р разрна А ш - площадь сечения в месте разрушения образца, получим величину истинного напряжения разрушения образца
Истинное напряжение - это напряжение, при котором происходит разрыв образца. Для стали кроме механических характеристик определяются показатели пластичности: остаточное относительное удлинение
и относительное остаточное поперечное сужение
где l 0 - длина образца до испытания; l 1 - длина образца после разрыва; А 0 - площадь поперечного сечения образца до испытания; А ш - площадь поперечного сечения в месте разрыва образца.
Помимо найденных выше величин напряжений и деформаций, характеризующих прочность и пластичность материала, для оценки качества испытанной стали необходимо определить количество работы, затраченной на разрыв образца. Чем оно больше, тем больше энергии в состоянии поглотить материал не разрушаясь, и тем лучше он будет сопротивляться ударным нагрузкам, поглощая кинетическую энергию удара.
Работа, затраченная на разрушение образца, соответствует площади диаграммы растяжения О- а - b - с - d - е - f (с учетом масштаба сил и деформации).
Чтобы получить величину, характеризующую сопротивление материалов образца разрыву, необходимо подсчитать удельную работу растяжения, то есть количество работы, приходящейся на единицу объема
а уд 
где A - работа, затраченная на разрушение образца; V 0 - начальный объем образца.
Практически величину работы A можно определить по формуле 
A 
где h - коэффициент полноты диаграммы, учитывающий отличие площади параллелограмма O - а 1- е 1- f со сторонами, равными Р maxи 
l ост, от действительной площади диаграммы. Коэффициент полноты диаграммы в зависимости от марки стали равен 0,8 ¸ 0,9. В наших испытаниях примем h = 0,85.
Порядок выполнения работы
1. Перед установкой образца в захваты испытательной машины произвести измерение его длины l 0 и диаметра d 0штангенциркулем с точностью до 0,1 мм. Длина фиксирована точками В и С, которые нанесены с помощью керна (см. рис. 1). Замер диаметра следует сделать не менее трех раз в различных сечениях по длине l 0. В расчет следует принять среднее арифметическое значение диаметра d 0.
2. Образец установить в захваты машины 1 и 2 (рис. 4) с помощью двух вкладышей 3 и 4 и разъемных «сухариков» 5 (рис.5). Образец закладывается во вкладыш, как указано на рис. 5, и затем, поддерживая пальцами вкладыш 3, собранная система вставляется в захваты машины (вкладыши вставляются
в захваты стороной «С»). При необходимости изменение расстояния между захватами регулируется вращением диска 6 (рис. 4).
Для ликвидации больших зазоров в захватах после установки образец слегка натягивают (до момента «начало нагружения») вращением диска и закрепляют его стопором 11.
3. Каретку 7 с фломастером или пером, заправленным чернилами, зацепить с рычагом 8. Отклонение маятника 9, а следовательно, и рычага 8, пропорционально силе, растягивающей образец. Каретка 7 соединена с рычагом 8, следовательно, и перемещение пера каретки вдоль оси Р пропорционально силе, растягивающей образец.
4. Миллиметровая бумага должна быть прижата к валику 12 и не иметь перекосов. Валик необходимо соединить с ходовой частью машины защелкой 13.
5. Включить электромотор на «растяжение».
6. В процессе испытания ведется наблюдение за образцом и за характером вычерчиваемой диаграммы.
Примечание. Для контроля характерные нагрузки можно установить по измерительной шкале машины и записать непосредственно на диаграмму.
7. После разрыва образца машину остановить переключателем 10 и освободить образец из захватов.
8. Замерить образец после разрушения, соединив две его части. Образец будет иметь вид, изображенный на рис. 2, б.
Размеры l 1 и d ш (диаметр) замерить штангенциркулем с точностью до 0,1 мм. Диаметр «шейки» замерить в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и в расчет принять среднее арифметическое значение.
9. Обработать диаграмму растяжения (см. рис. 3.):
а) установить начало координат осей l и Р, как указано на рис. 3;
б) определить нагрузки Р пц, Р Т, Р пч, Р разр, учитывая масштаб сил.
Масштаб сил по оси Р может быть в двух вариантах.
Вариант 1
На маятнике 9 подвешены два груза 14 (см. рис. 4), тогда на диаграмме по оси Р одному сантиметру будет соответствовать 100 кг (1000 Н) нагрузки на образец.
Вариант 2
Если подвешен один груз, то одному сантиметру на диаграмме будет соответствовать 50 кг (500 Н) нагрузки на образец;
в) провести прямую ef параллельно прямой Оа и измерить D l ост учитывая, что масштаб деформации 100:1;
г) вычислить работу, затраченную на разрушение образца по формуле (8).
10. Вычислить характеристики стали: sпц,sт, sв(пч), d, y и а уд.
11. Оформить отчет по принятой форме.
Дата добавления: 2015-07-25; просмотров: 87 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Екатеринбург | | | ОТЧЕТ 1 |