ОБРАЗЦА
Подписано в печать Формат Печать оперативная. Усл. п.л. Уч.-изд.л. Тираж ____ экз. Заказ №____
Тольяттинский государственный университет, г. Тольятти, Белорусская, 14
Лабораторный практикум по Сопротивлению материалов Издание, дополненное Кафедра СМ и СМ Белгород РАБОТА №1 ИСПЫТАНИЕ НАРАСТЯЖЕНИЕ СТАНДАРТНОГОСТАЛЬНОГО ОБРАЗЦА
Цель работы: определить механические характеристики материала образца.
Все материалы, применяемые в машиностроении, а также в промышленном и гражданском строительстве, делятся на пластичные и хрупкие. Разрушению первых предшествуют значительные пластические деформации, разрушению вторых - сравнительно небольшие деформации (иногда только упругие). К пластичным материалам относятся многие марки стали (кроме инструментальных, пружинных и некоторых других специальных сталей), бронза, латунь, алюминиевые сплавы и другие материалы; к хрупким - специальные стали, чугун, камень, бетон, керамика, стекло и др. Свойства пластичности и хрупкости определяются не только природой материала, но и другими факторами: температурой, характером и скоростью нагружения и т.п. Поэтому более правильно говорить не о пластичных и хрупких материалах, а о пластичных и хрупких состояниях материала. Один и тот же материал оказывает различное сопротивление разрушению в зависимости от вида деформации - растяжение (сжатие), изгиб, кручение, срез, а также в зависимости от характера приложенных нагрузок - статические, повторно-переменные, ударные. Определение механических характеристик материала при различных видах деформации и нагружения производится путем соответствующих лабораторных испытаний. Наиболее важные и полные сведения о механических свойствах материалов получают путем испытания на растяжение образцов медленно возрастающей нагрузкой. В результате этих испытаний определяются следующие механические характеристики: предел пропорциональности Характеристики Испытания на растяжение производятся либо на цилиндрических образцах, либо на плоских (рис.1). Образцы состоят из рабочей части длиной На рабочей части образца наносятся две риски на расстоянии Испытания на растяжение производятся на специальных испытательных машинах, которые автоматически записывают зависимость между растягивающей нагрузкой F и абсолютным удлинением образца На рис.2 представлена диаграмма растяжения образца из малоуглеродистой стали. Начало диаграммы от точки 0 представляет прямую линию, что указывает на пропорциональную зависимость между нагрузкой и удлинением образца (закон Гука). Предел ом пропорциональности Предел пропорциональности определяется как отношение:
где
Для стали Ст 3 предел пропорциональности Пределом упругости
диаграмме растяжения пределу упругости соответствует точка В. Предел упругости равен отношению
где Для стали Ст 3 предел упругости
Рис.1
Рис.2
Если нагрузка, растягивающая образец меньше Fe, то после ее снятия образец полностью восстанавливает первоначальную форму и размеры. На практике различием между
В период текучести образец получает значительное остаточное удлинение, достигающее двух и более процентов [5]. Пределом текучести (физическим)
где Для стали Ст 3 предел текучести Многие материалы, как например, высокоуглеродистые и легированные стали, бронза, латунь, дюраль и др. не имеют явно выраженной площадки текучести. Для таких материалов определяется условный предел текучести
где После стадии текучести материал оказывает возрастающее сопротивление растяжению и диаграмма идет вверх по кривой DE, называемой участком упрочнения. Удлинение образца сопровождается увеличением нагрузки, но более медленным, чем на начальном участке OA. Напряжение
Для стали Ст 3временное сопротивление До момента достижения нагрузкой максимального значения удлинения распределялись равномерно по длине образца; диаметр d0 изменялся незначительно и так же равномерно по длине. Поэтому форма образца оставалась цилиндрической.
Отрезок 0К на горизонтальной оси диаграммы представляет остаточное удлинение образца после разрыва, a KG - - упругую деформацию, исчезающую после разрыва. Относительным удлинением после разрыва называется отношение
где Для стали Ст 3 Относительное удлинение Относительным сужением после разрыва называется отношение
где А1 - минимальная площадь поперечного сечения образца в зоне шейки. Площадь диаграммы OABCDMEPG представляет полную работу W, затраченную на разрыв образца. Величина этой работы зависит как от механических характеристик материала, так и от размеров образца. Чтобы исключить размеры образца принято относить работу W к объему образцаV0 = А0 Отношение
называется удельной работой и характеризует способность материала сопротивляться ударному действию нагрузки: чем больше удельная работа, тем лучше материал сопротивляется ударным нагрузкам [3]. Если испытуемый образец разгрузить в одной из точек зоны упрочнения, например, при нагрузке, соответствующей точке М (рис.2), то в процессе разгрузки зависимость между силой F и удлинением изобразится прямой МN, параллельной участкуOA. После снятия нагрузки образец не принимает первоначальные размеры: отрезок ON представляет остаточное удлинение, а отрезок NH - упругую деформацию, исчезающую после снятия нагрузки. При повторном нагружении этого образца зависимость между нагрузкой и удлинением изобразится прямой NM. Следовательно, предел пропорциональности материала повысится и будет равен тому напряжению, до которого первоначально был растянут образец. При дальнейшем увеличении нагрузки кривая диаграммы совпадет с МЕР. Остаточное удлинение образца при повторном растяжении будет меньше на величину ON, чем в образце, не подвергавшемся предварительной пластической деформации. Таким образом, предварительное растяжение за предел текучести повышает предел пропорциональности стали и уменьшает остаточное удлинение после разрыва, т.е. делает ее более хрупкой. Так как площадь диаграммы NMEPG меньше площади OABCDMEPG, то предварительно растянутый за предел текучести образец будет хуже сопротивляться ударным нагрузкам. Явление повышения упругих свойств материала и результате предварительного пластического деформирования называется наклепом [6]. Наклеп проявляется еще в большей степени после старения (длительная выдержка образца после наклепа). В этом случае еще больше повышается предел пропорциональности и кроме того, увеличивается временное сопротивление. Подготовка образца к испытанию 1. Измеритьдиаметр d0 рабочей части образца с точностью до 0, 01 мм. Измерение выполнить не менее, чем в трех местах (в середине и по краям рабочей части). По наименьшему диаметру вычислить начальную площадь поперечного сечения образца 2. На рабочей части образца нанести (карандашом, мелом и т.д.) две риски на расстоянии: Проведение испытания 1. Установить образец в захватах испытательной машины. 2. Взаписывающее устройство установить лист миллиметровой бумаги. 3. Плавно нагружать образец усилием до разрушения. 4. Извлечь из захватов машины обе части образца. Из записывающего устройства извлечь диаграмму растяжения
Результаты испытаний Таблица 1
По окончании испытаний, используя табл. 2, следует сделать вывод, какой марки стали соответствует исследуемый образец, а также нарисовать эскиз образца до и после испытания.
Механические характеристики сталей
Таблица 2
Обработка результатов испытания
1.Обработка образца: 1.1. Сложить плотно обе части образца в месте разрыва. 1.2. Измерить наименьший диаметр 1.3. Измерить расстояние 2.Обработка диаграммы растяжения: 2.1. На диаграмме растяжения установить: точку точки точку
2.2. Измерить в мм ординаты точек 2.3. Вычислить характеристики прочности 2.4. Вычислить полную работу W затраченную на разрыв образца
W =
где 2.5. Вычислитьудельную работу 3. В журнале лабораторных работ начертить диаграмму растяжения и выполнить эскиз образца до и после испытания.
Контрольные вопросы
1. В каких координатах строится диаграмма растяжения? 2. Запишите закон Гука при растяжении. 3. Всегда ли на диаграмме растяжения имеется площадка текучести? 4. Укажите значение предела текучести для стали марки Ст 3. 5. Что называется временным сопротивлением? 6. Какие изменения механических характеристик соответствуют явлению наклепа? 7. Какая механическая характеристика зависит от размеров образца? 8. Укажите соотношение между диаметром и расчетной длинной образца. 9. Укажите характеристики пластичности? 10. Перечислите в порядке возрастания характеристики прочности. 11. Что называют условным пределом текучести?
|