Область применения и номенклатура МК

«Анализ деформирования и разрушения сталей различной прочности при однократном и повторном растяжение».

Цель работы:

1. Изучить работу малоуглеродистой стали и высокопрочной стали при однократном и повторном статическом растяжении.

2. Определить основание механические характеристики сталей и их марку.

3. Сравнить характер деформирования и разрушения малоуглеродистой и высокопрочной стали на растяжение.

 

Обеспечение:Испытательная машина INSTRON; 4 образцов стандартной формы и размеров(2 из малоуглеродистой и 2-высокопрочной сталей); штангенциркуль; Металлическая линейка.

 

Теоретическое обоснование:

Графиком изменения удлинения образца (ΔL) в зависимости от изменения растягивающей силы (F) называется диаграммой растяжения. В зависимости от марки диаграмма растяжения имеет различный вид.Диаграммы,характерные для малоуглеродистой и высокоуглеродистой сталей (рисунке 1).

 

Рисунок-1 Диаграмма растяжения: 1-малоуглеродистой стали; 2-высокоуглеродистой стали

 

Различия диаграмм обусловлено различным хим. составом и микроструктурой малоуглеродистой и высокоуглеродистой сталей. Образование площадки текучести характерно для сталей с содержанием углерода около 0,1-0,3%

Диаграммы растяжения, записаны в координатах F- ΔL, неудобны, так как зависят от размеров образца, поэтому пользуются относительными диаграммами в координатахϬ-Ɛ(рисунок 2).

 

Рисунок-2. Диаграмма растяжения в координатах Ϭ-Ɛ

 

 

Характерные точки диаграммы в координатах Ϭ-Ɛ являются основными механическими характеристиками работы сталей на растяжение. Предел пропорциональности Ϭpr- напряжение, при котором отступление от линейной зависимости между нагрузкой и удлинением достигает такой величины, что

тангенс угла наклона, образованного касательной и кривой деформации F- ΔL в точке Fpr с осью нагрузок, увеличивается на 50% своего значения на линейном упругом участке, МПа (кгс/мм²).

Ϭ_pr=F_pr/A_o (1)

Предел текучести(физический) Ϭy-наименьшее напряжение, при котором образец деформируется без заметного увеличениярастягивающей силы, т.е. напряжение, соответствующее площадке текучести, МПа (кгс/мм²).

Ϭ_y=F_y/A_o (2)

Предел текучести(условный) для сталей, не имеющих площадки текучести Ϭ_о2-напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,2% расчетного участка образца, МПа (кгс/мм²).

Ϭ_о2=F_о2/А_о (3)

Временное сопротивление Ϭu-напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца, МПа (кгс/мм²).

Ϭ_u=F_max/А_о (4)

Относительное удлинение образца послеразрыва:

Ɛ=((L_к-L_о)/ L_о)*100%, (5)

где Lк- конечная длина образца; Lо-начальная расчетная длина образца.

Относительное сужение после разрыва:

Ψ=((A_o-A_к)/А_о)*100%, (6)

где A_o-начальная площадь поперечного сечения образца; A_к-конечная площадь поперечногосечения образца.

У малоуглеродистой стали Ϭ_y/Ϭu что дает возможность в широких пределах использовать ее пластические свойства. У высокоуглеродистой стали Ϭ_y/Ϭ_u≥0,75, что ограничивает использование работы материала в упругой стадии.

 

Постановка эксперимента: для испытания на растяжение применяют плоские образцы (рисунок 3), толщиной мм образцы с начальной расчетной длинной или . Рабочая длина образцов должна составлять: для плоских образцов l=

Рисунок 3 – плоский образец

 

Отбор проб для образцов регламентирован.

Начальную расчетную длину образца ограничивают рисками или кернами, а для определения конечной длины образца по всей рабочей части наносят неглубокие керны или риски через каждые 5-10мм. Количество испытываемых образцов каждой марки стали принято двум, как и регламентировано. Испытания проводим на машине INSTRON с записью диаграммы растяжения F- ΔL.

 

Порядок выполнения работы:

1. Произвести измерения образцов штангенциркулем:

а) начальная расчетная длина L_о (расстояние между крайними рисками с точностью 0,1мм.

б) поперечное сечениеd_o, b_o, t_o:плоских образцов толщиной 2мм-0,05мм
Измерения размеров поперечного сечения произвести не менее чем в 3-х местах(всередине и по кроям рабочей части). По наименьшем из полученных размеров вычислить начальную площадь поперечного сечения образца А_о.

2. Вставит образец из малоуглеродистой стали в захваты, включить диаграммой аппарат и гидравлический привод испытательной машины.

3. Вести визуальное и по диаграмме наблюдение за поведением образца. Зафиксировать силу F_y, отвечающую приделу текучести. Для высокопрочной стали F_y определяется условно, графическим путем, по величине остаточного удлинения 0,2рабочей длины образца.

Зафиксировать максимальную разрушающую силу, при которой произошло разрушение образца.

4. После разрыва образца остановить машину, изучить характер разрушения испытуемого образца.

5. Обработать результаты испытания.

6. Провести испытания всех оставшихся образцов.

7. Для демонстрации явления наклепа провести испытание двух образцов из малоуглеродистой стали по вышеописанной методике. Только после того, как образец получит заметную пластическую деформацию, подвергнуть его разгрузке и после некоторого перерыва во времени-повторной нагрузки до момента разрушения.

 

Обработка результатов испытаний:

1) Для определения конечной расчетной длины образца после разрыва разрушенные части плотно прижать друг к другу так, чтобы их оси образовали прямую линию.

Если расстояние от места разрыва до ближайшей крайней риски >1/3 , то равно расстоянию между крайними рисками

Если расстояние от места разрыва до ближайшей крайней риски 1/3 , то следует определять методом отнесения места разрыва к середине. Для этого используют нанесенные на образец риске.

2) Конечная площадь поперечного сечения определяется как

3) Обработать записанную диаграмму растяжения F-Δl, исключив криволинейный участок, появление которого обусловлено обжатием образца в захватах и выбором зазоров и люфтов в машине.

Вычертить относительную диаграмму в координатах .

4) Заполнить таблицу (приложение 1)

 

 

F, кgf

 

Δl, мм

 

 

Рисунок 4 - образец 1. Диаграмма растяжение в координатах F-Δl

Δl, мм

F, кgf

 

Рисунок 5 - образец 2. Диаграмма растяжение в координатах F-Δl

 

Δl, мм

F, кgf

Рисунок 6 - образец 3. Диаграмма растяжение в координатах F-Δl

F, кgf

 

Δl, мм

Рисунок 7 - образец 4(явление наклепа).Диаграмма растяжение в координатах F-Δl

 

Δl, мм

F, кgf

, мП

Рисунок 8 - все образцы с 1-4.Диаграмма растяжение в координатах F-Δl

 

, %

Рисунок 9 - образец 1. Диаграмма растяжение в координатах

 

, мП

, %

Рисунок 10 - образец 2. Диаграмма растяжение в координатах

 

, мП

, %

Рисунок 11 - образец 3. Диаграмма растяжение в координатах

 

, мП

, %

Рисунок 12 - образец 4(явление наклепа). Диаграмма растяжение в координатах

 

Область применения и номенклатура МК

Металлические конструкции применяются во всех инженерных сооружениях значительных пролетов, высоты и нагрузок. В зависимости от конструктивной формы и назначения металлические конструкции можно разделить на восемь видов:

1. Промышленные здания – цельнометаллические или со смешанным каркасом (колонны железобетонные). Цельнометаллические в зданиях с большим пролетом, высотой и грузоподъемностью.

2. Большепролетные покрытия зданий – спортивные сооружения, рынки, выставочные павильоны, театры, ангары и др. (пролеты до 100-150 м).

3. Мосты, эстакады – мосты на железнодорожных и автомобильных магистралях.

4. Листовые конструкции – резервуары, газгольдеры, бункеры, трубопроводы большого диаметра и др.

5. Башни и мачты – радио и телевидения в геодезической службе, опоры линии электропередачи, нефтяные вышки и др.

6. Каркасы многоэтажных зданий. Применяются в многоэтажных зданиях, в условиях плотной застройки больших городов.

7. Крановые и другие подвижные конструкции – мостовые, башенные, козловые краны, конструкции экскаваторов и др.

8. Прочие конструкции по использованию атомной энергии в мирных целях, разнообразные конструкции радиотелескопов для космической и радиосвязи, платформы для разведки и добычи нефти и газа в море и др.