Лабораторная работа № 1
Цель работы — изучить поведение малоуглеродистой стали при растяжении и определить ее механические характеристики.
Основные сведения
Испытания на растяжение являются основным и наиболее распространенным методом лабораторного исследования и контроля механических свойств материалов.
Эти испытания проводятся и на производстве для установления марки поставленной заводом стали или для разрешения конфликтов при расследовании аварий.
В таких случаях, кроме металлографических исследований, определяются главные механические характеристики на образцах, взятых из зоны разрушения конструкции. Образцы изготавливаются по ГОСТ 1497-84 и могут иметь различные размеры и форму (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Образцы для испытания на растяжение
Между расчетной длиной образца lо и размерами поперечного сечения Ао (или dо для круглых образцов) выдерживается определенное соотношение:
В испытательных машинах усилие создается либо вручную — механическим приводом, либо гидравлическим приводом, что присуще машинам с большей мощностью.
В данной работе используется универсальная испытательная машина УММ-20 с гидравлическим приводом и максимальным усилием 200 кН, либо учебная универсальная испытательная машина МИ-40КУ (усилие до 40 кН).
Порядок выполнения и обработка результатов
Образец, устанавливаемый в захватах машины, после включения насоса, создающего давление в рабочем цилиндре, будет испытывать деформацию растяжения. В измерительном блоке машины есть шкала с рабочей стрелкой, по которой мы наблюдаем рост передаваемого усилия F.
Зависимость удлинения рабочей части образца от действия растягивающей силы во время испытания отображается на миллиметровке диаграммного аппарата в осях F-Δl (рис. 1.2).
В начале нагружения деформации линейно зависят от сил, потому участок I диаграммы называют участком пропорциональности. После точки В начинается так называемый участок текучести II.
На этой стадии стрелка силоизмерителя как бы спотыкается, приостанавливается, от точки В на диаграмме вычерчивается либо прямая, параллельная горизонтальной оси, либо слегка извилистая линия — деформации растут без увеличения нагрузки. Происходит перестройка структуры материала, устраняются нерегулярности в атомных решетках.
Далее самописец рисует участок самоупрочнения III. При дальнейшем увеличении нагрузки в образце происходят необратимые, большие деформации, в основном концентрирующиеся в зоне с макронарушениями в структуре — там образуется местное сужение — «шейка».
На участке IV фиксируется максимальная нагрузка, затем идет снижение усилия, ибо в зоне «шейки» сечение резко уменьшается, образец разрывается.
При нагружении на участке I в образце возникают только упругие деформации, при дальнейшем нагружении появляются и пластические — остаточные деформации.
Если в стадии самоупрочнения начать разгружать образец (например, от т. С), то самописец будет вычерчивать прямую СО1. На диаграмме фиксируются как упругие деформации Δlу (О1О2), так и остаточные Δlост (ОО1). Теперь образец будет обладать иными характеристиками.
Так, при новом нагружении этого образца будет вычерчиваться диаграмма О1CDЕ, и практически это будет уже другой материал. Эту операцию, называемую наклеп, широко используют, например, в арматурных цехах для улучшения свойств проволоки или арматурных стержней.
Диаграмма растяжения (рис. 1.2) характеризует поведение конкретного образца, но отнюдь не обобщенные свойства материала. Для получения характеристик материала строится условная диаграмма напряжений, на которой откладываются относительные величины — напряжения σ=F/A0 и относительные деформации ε=Δl/l0 (рис. 1.3), где А0, l0 — начальные параметры образца.
Рис. 1.2. Диаграмма растяжения образца из малоуглеродистой стали
Рис. 1.3. Условная диаграмма напряжений при растяжении
Условная диаграмма напряжений при растяжении позволяет определить следующие характеристики материала (рис. 1.3):
σпц — предел пропорциональности — напряжение, превышение которого приводит к отклонению от закона Гука. После наклепа σпц может быть увеличен на 50-80%;
σу — предел упругости — напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,05%. Напряжение σу очень близко к σпц и обнаруживается при более тонких испытаниях. В данной работе σу не устанавливается;
σт — предел текучести — напряжение, при котором происходит рост деформаций при постоянной нагрузке.
Иногда явной площадки текучести на диаграмме не наблюдается, тогда определяется условный предел текучести, при котором остаточные деформации составляют ≈0,2% (рис. 1.4);
Рис. 1.4. Определение предела упругости и условного предела текучести
σпч (σв) — предел прочности (временное сопротивление) — напряжение, соответствующее максимальной нагрузке;
σр — напряжение разрыва. Определяется условное σур и истинное σир=Fр/Аш, где Аш — площадь сечения «шейки» в месте разрыва.
Определяются также характеристики пластичности — относительное остаточное удлинение
δ = (l1 — l0)∙100% / l0,
где l1 — расчетная длина образца после разрыва,
и относительное остаточное сужение
ψ = (А0 — Аш)∙100% / А0.
По диаграмме напряжений можно приближенно определить модуль упругости I рода
E=σпц/ε=tgα,
причем после операции наклепа σпц возрастает на 20-30%.
Работа, затраченная на разрушение образца W, графически изображается на рис. 1.2 площадью диаграммы OABDEO3. Приближенно эту площадь определяют по формуле:
W = 0,8∙Fmax∙Δlmax.
Удельная работа, затраченная на разрушение образца, говорит о мере сопротивляемости материала разрушению w = W/V, где V = A0∙l0 — объем рабочей части образца.
По полученным прочностным и деформационным характеристикам и справочным таблицам делается вывод по испытуемому материалу о соответствующей марке стали
Контрольные вопросы
- Изобразите диаграмму растяжения образца из малоуглеродистой стали (Ст.3). Покажите полные, упругие и остаточные абсолютные деформации при нагружении силой, большей, чем Fт.
- На каком участке образца происходят основные деформации удлинения? Как это наблюдается на образце? Какие нагрузки фиксируются в этот момент?
- Объясните, почему после образования шейки дальнейшее растяжение происходит при все уменьшающейся нагрузке?
- Перечислите механические характеристики, определяемые в результате испытаний материала на растяжение. Укажите характеристики прочности и пластичности.
- Дайте определение предела пропорциональности.
- Дайте определение предела упругости.
- Дайте определение предела текучести.
- Дайте определение предела прочности.
- Как определить предел текучести при отсутствии площадки текучести? Покажите, как это сделать, по конкретной диаграмме.
- Какие деформации называются упругими, какие остаточными? Укажите их на полученной в лабораторной работе диаграмме растяжения стали.
- Как определяется остаточная деформация после разрушения образца?
- Выделите на диаграмме растяжения образца из мягкой стали упругую часть его полного удлинения для момента действия максимальной силы.
- Какое явление называется наклепом? До какого предела можно довести предел пропорциональности материалов с помощью наклепа?
- Как определяется работа, затраченная на разрушение образца? О каком свойстве материала можно судить по удельной работе, затраченной на разрушение образца?
- Как определить марку стали и допускаемые напряжения для нее после проведения лабораторных испытаний?
- Чем отличается диаграмма истинных напряжений при растяжении от условной диаграммы?
- Можно ли определить модуль упругости материала по диаграмме напряжений?
- Как определить работу, затрачиваемую на деформации текучести лабораторного образца?
Испытание материалов на сжатие >
Краткая теория >
Примеры решения задач >
Лабораторная работа №1 испытание на растяжение
| Главная | стр 1 скачать Лабораторная работа №1 ИСПЫТАНИЕ НА РАСТЯЖЕНИЕ Введение Важное место среди механических испытаний занимают статические испытания на растяжение, при помощи которых можно судить о прочности, упругости и пластичности металлов и сплавов. Прочность — это способность материала сопротивляться действию внешних сил без разрушения. Упругость — это способность материала восстанавливать свою первоначальную форму и размеры после прекращения действия внешних сил, вызвавших деформацию. Пластичность — это способность материала изменять свою форму и размеры под действием внешних сил, не разрушаясь, и сохранять полученные деформации после прекращения действия внешних сил. Статическим испытаниям на растяжение подвергают образцы стандартной формы и размеров на специальных разрывных машинах. Растягивающие усилия разрывной машины вызывают удлинение образца вплоть до его разрушения. Образцы для испытания на растяжение состоят из рабочей части и головок, предназначенных для закрепления в захватах разрывной машины. На рабочей части образца отмечают начальную расчетную длину l0, которую определяют по формулам (1) и (2): для длинных образцов (1) для коротких образцов (2) где F0 — начальная площадь поперечного сечения рабочей части образца до разрыва, мм2. При испытании цилиндрических образцов в качестве основных применяют образцы диаметром d0 = 10 мм. Статические испытания на растяжение производят на разрывных машинах разных конструкций с различными мощностями. Основными частями разрывных машин являются: станина, механизм нагружения, силоизмерительный механизм, диаграммное устройство. При статических испытаниях металлов на растяжение, кроме прочностных характеристик, определяется еще пластичность материалов. Это свойство проявляется в том, что под действием нагрузки образцы различных металлических материалов удлиняются и сужаются в разной степени. Чем больше образец способен удлиниться, а его поперечное сечение сужаться, тем пластичнее материал образца. Благодаря пластичности металлы можно обрабатывать давлением (ковкой, штамповкой, прокаткой). Хрупкие материалы в противоположность пластичным разрушаются при статических испытаниях на растяжение без заметного удлинения, внезапно. Хрупкость относится к отрицательным свойствам. В технике применяются не только прочные, но и пластичные материалы. При испытаниях металлов на растяжение пластичность определяется двумя взаимосвязанными характеристиками: относительным удлинением и относительным сужением. Эти характеристики рассчитываются по результатам замеров образца до и после испытания. Во время испытания образец удлиняется и уменьшается в поперечном сечении. 1 Описание лабораторной работы 1.1 Задание, цель работы. Приборы, материалы и инструмент 1.1.1 Задание
1.1.2 Цель работы Ознакомиться с проведением испытания на растяжение и определением показателей прочности и пластичности. 1.1.3 Приборы, материалы и инструмент Для проведения работы необходимо иметь разрывную испытательную машину, образцы для испытания на растяжение, штангенциркуль, микрометр 0-25 мм, линейку с делениями, бумагу для записи диаграммы. 1.2 Подготовка образцов для испытания Для испытания на растяжение применяют цилиндрические или плоские образцы (Рис. 1 и 2). По ГОСТ 1497-84 рекомендуется применять цилиндрические образцы диаметром 3 мм и более и плоские — толщиной 0,5 мм и более с начальной расчетной длиной или . Образцы с расчетной длиной называются короткими, а образцы с длиной — длинными. Применение коротких образцов предпочтительнее. При испытании цилиндрических образцов в качестве основных применяют образцы диаметром d0 = 10 мм. На рабочей части образцов не должно быть следов механической обработки, забоин и других дефектов; образцы должны быть без кривизны и закалочных трещин. Перед испытанием измеряют поперечное сечение образцов (у цилиндрических — начальный диаметр рабочей части d0, а у плоских — начальную толщину рабочей части a0 и ширину b0). Точность измерения цилиндрических образцов диаметром 10 мм и менее и плоских образцов толщиной 2 мм и менее — до 0,01 мм. Измеряют не менее чем в трех местах по длине рабочей части образца (в середине и по краям). Полученные наименьшие размеры записывают в протокол испытания, по ним вычисляют площадь поперечного сечения образца F0 (Рис. 2) и также записывают в протокол. Чтобы после испытания определить удлинение, измеряют начальную расчетную длину l0 образца с точностью до 0,1 мм и записывают в протокол испытания. Установленная начальная расчетная длина l0 ограничивается неглубокими кернами, рисками или иными метками. h — длина заготовки, при помощи которой образец закрепляется в захват машины; l0 — начальная расчетная длина образца; R — радиус закругления переходной части; d0 — начальный диаметр рабочей части плоского образца; a0 — начальная толщина рабочей части плоского образца; b0 — начальная ширина рабочей части плоского образца; L — общая длина образца. Рисунок 1 — Стандартные образцы для испытания на растяжение Рисунок 2 — Образцы для испытания на растяжение на машине ИМ-4Р 1.3 Устройство испытательной машины ИМ-4Р Машина ИМ-4Р (Рис. 3) имеет малые габариты и проста в обслуживании. Рисунок 3 — Разрывная машина ИМ-4Р Образец (на рисунке не показан) закрепляется головками в зажимах 1 и 2. Нижний зажим 1 соединен с винтом 13 нагружающего механизма. Верхний зажим 2 соединен с силоизмерительным механизмом, состоящим из рычага 3 и маятника 9. При вращении электродвигателя 14 винт 13 начинает перемещаться вниз, в связи с чем усилие растяжения передается на оба зажима, образец и рычажно-маятниковую измерительную систему. Левый конец рычага 3 поднимается, маятник 9 отклоняется, при этом стрелка 8 перемещается по шкале 6, представляющую собой линейку с делениями, указывая действующую нагрузку, а перо 7 автоматически записывает на бумаге, намотанной на диаграммном барабане 5, кривую в координатах нагрузка-деформация. Вращение барабана 5 осуществляется при помощи двух пар зубчатых колес 4 и 12. Машина имеет две шкалы нагрузок: 0 — 40000 Н (когда на штыре маятника закрепляются два груза) и 0 — 20000 Н (когда закрепляется только один груз). Цена наименьшего деления шкалы: для 0 — 20000 Н составляет 50 Н, для 0 — 40000Н — 100Н. Машина имеет два привода: электродвигатель, являющийся нормальным приводом, и ручной привод, который применяют редко, например, когда нагружение надо вести до строго определенной величины. При работе с ручным приводом используют рукоятку 10, которую надо надеть на правый конец червяка 11. Кроме этого, надо выдвинуть кнопку, находящуюся на крышке коробки (на рисунке не показаны). Это делается для того, чтобы освободить червяк 11 от сцепления с осью червячного колеса 15. Вращением ручки по часовой или против часовой стрелки дают прямой (выгружение) или обратный (разгружение) ход. При работе с электродвигателем рукоятка должна быть снята, а кнопка на коробке должна быть утоплена до упора. Прямой или обратный ход осуществляются переключателем. 2 Проведение испытания Для проведения испытания необходимо:
3 Определение предела прочности (временного сопротивления) Предел прочности при растяжении (Па) определяют по формуле (3): (3) и полученный результат записывают в протокол испытаний. 4 Методика определения по диаграмме растяжения нагрузок пределов пропорциональности и текучести 4.1 Диаграмма растяжения На диаграмме (Рис. 4) по вертикальной оси отложены величины нагрузок Р (Н), а по горизонтальной оси — величины абсолютных удлинений образца Δ l (мм). Вначале, до точки Рпц, идет прямая линия. Это значит, что удлинения пропорциональны нагрузкам, прилагаемым к испытуемому образцу. Нагрузка, соответствующая точке Рпц, называется нагрузкой предела пропорциональности. До предела пропорциональности в металле возникают только упругие деформации. Если нагрузку удалить, то образец возвратиться в первоначальное состояние и никаких остающихся удлинений в образце обнаружено не будет. При дальнейшем повышении нагрузки прямолинейность нарушается и прямая переходит в кривую, т.е. происходит нарушение пропорциональности между напряжением и удлинением, и в образце начинают возникать остаточные удлинения. Рисунок 4 — Диаграмма растяжения мягкой стали При растяжении образца низкоуглеродистой стали при повышении нагрузки выше Рпц начинается значительное отклонение кривой, которая затем переходит в горизонтальную или почти горизонтальную линию, что указывает на то, что в этот момент удлинение образца увеличивается без возрастания нагрузки. Материал как бы «течет», поэтому нагрузка, соответствующая горизонтальному участку на кривой, называется нагрузкой предела текучести (физический, РТ). Если при растяжении образца не образуется горизонтальной площадки, то за нагрузку предела текучести принимают ту нагрузку, которая вызывает остаточное удлинение, равное 0,2% расчетной длины образца, и обозначают Р0,2 — нагрузка предела текучести (условный). После предела текучести нагрузка начинает увеличиваться до максимума в точке Рmax. Наибольшая нагрузка Рmax соответствует пределу прочности (временному сопротивлению). Дальше в образце начинает образовываться шейка (местное уменьшение сечения образца), нагрузка в связи с этим понижается; наконец при нагрузке, соответствующей точке Рк, происходит разрыв образца. 4.2 Определение нагрузки предела пропорциональности Провести прямую ОА (Рис. 5), совпадающую с прямолинейным участком кривой растяжения. Через точку 0 провести ось ординат ОР. Затем на произвольной высоте, но в упругих пределах кривой растяжения, провести прямую ВС, параллельную оси абсцисс. На прямой ВС отложить отрезок DE, равный половине отрезка DF. Через точку Е и начало координат провести прямую ОМ. Нагрузка предела пропорциональности Рпц определяется точкой касания к кривой растяжения прямой HJ, проведенной параллельно прямой ОМ. Нагрузку Рпц предела пропорциональности записывают в протокол испытаний. Рисунок 5 — Определение по диаграмме растяжения нагрузки предела пропорциональности Предел пропорциональности δпц определяют по формуле (4): (4) и полученный результат записывают в протокол испытаний. 4.3 Определение нагрузки предела текучести Рисунок 6 — Определение по диаграмме растяжения нагрузки предела текучести Первый способ. При наличии на диаграмме растяжения ясно выраженной площадки текучести определяют нагрузку физического предела текучести (Рис. 6а). Нагрузку РТ физического предела текучести записывают в протокол испытаний. Предел текучести (физический) δТ определяют по формуле (5): (5) и полученный результат записывают в протокол испытаний. Второй способ. Если на диаграмме растяжения нет площадки текучести, то можно определить нагрузку Р0,2 условного предела текучести, для чего нужно провести прямую ОА (Рис. 6б), совпадающую с прямолинейным участком кривой растяжения. Через точку 0 провести ось ординат ОР. От точки 0 влево надо отложить отрезок ОВ, величина которого равна величине заданного остаточного удлинения, т.е. 0,2% от начальной расчетной длины образца (l0), увеличенного до масштаба диаграммы растяжения (например, в 100 раз, если диаграмма получена на машине ИМ-4Р с масштабом 100:1). Из точки В надо провести прямую ВС, параллельную прямой ОА. Точка D пересечения прямой ВС с кривой растяжения определит высоту ординаты, т.е. нагрузку Р0,2, соответствующую условному пределу текучести. Нагрузку Р0,2 условного предела текучести записывают в протокол испытаний. Предел текучести (условный) δ0,2 определяют по формуле (6): (6) и полученный результат записывают в протокол испытаний. 5 Методика определения удлинения и поперечного сужения 5.1 Определение удлинения Для определения длины расчетной части образца после разрыва lк обе части образца после разрыва плотно прикладывают одну к другой. Если после испытания образца в месте разрыва образуется зазор, то он включается в длину расчетной части образца после разрыва. Длину lк образца после разрыва определяют измерением расстояния между кернами (рисками), ограничивающими расчетную длину образца. Полученный результат длины lк образца после разрыва записывают в протокол. Относительное удлинение δ (%) вычисляют по формуле (7): (7) и полученный результат записывают в протокол испытаний. 5.2 Определение поперечного сужения При растяжении в месте разрыва образца образуется шейка, т.е. уменьшается поперечное сечение образца. Разность между начальной площадью поперечного сечения F0 образца и площадью поперечного сечения Fк в месте разрыва дает величину абсолютного сужения. Начальная площадь поперечного сечения F0 известна. Чтобы получить площадь поперечного сечения Fк в месте разрыва круглого образца нужно диаметр образца в месте разрыва измерить в двух взаимно перпендикулярных направлениях и по среднему арифметическому вычислить площадь Fк. Чтобы получить площадь поперечного сечения Fк в месте разрыва плоского образца нужно измерить в месте разрыва наименьшую толщину n и наибольшую ширину m образца (Рис. 7). Рисунок 7 — Сечение плоского образца в месте разрыва Произведение n и m образца дает величину Fк. Полученный результат Fк образца записывают в протокол. Относительное сужение ψ (%) вычисляют по формуле (8): (8) и полученный результат записывают в протокол испытаний. 6 Правила техники безопасности при работе на оборудовании при испытании на растяжение
7 Контрольные вопросы
скачать Смотрите также: Лабораторная работа №1 испытание на растяжение 121.89kb. Лабораторная работа по Предмету «Технология деталей» 126.97kb. Лабораторная работа №1: Исследование зависимости скорости равноускоренного движения от времени. Лабораторная работа №2 24.03kb. Лабораторная работа №1 Изучение автоматической телеграфной станции ат-пс-пд лабораторная работа №2 и зучение телеграфного коммутационного сервера «Вектор-2000» 822.36kb. Лабораторная работа №9 «Изучение электрического двигателя постоянного тока» 42.29kb. Лабораторная работа №1 Динамика движения объекта в графическом режиме. 4 Лабораторная работа №2 «Программирование параллельного интерфейса» 144.23kb. Депрессия. Испытание унынием 100.62kb. Лабораторная работа №2 расчет основного технологического оборудования гпс 50.99kb. Лабораторная работа «Работа в Windows c помощью основного меню. Использование технологии ole» 28.05kb. При приеме на работу по соглашению сторон может быть установлено испытание продолжительностью не более 3 месяцев в целях проверки его соответствия поручаемой работе 603.78kb. Методические указания и лабораторные задания по курсу основы информатики и 933.18kb. Лекция, ее роль и место в вузе. Развитие лекционной формы в системе вузовского обучения 241.47kb. |
- ОФС.1.2.1.1.0003.15 Спектрофотометрия в ультрафиолетовой и видимой областях // Государственная фармакопея, XIII изд.
- Renouard, «Histoire de la medicine» (П., 1948).
- Pund A. U., Shandge R. S., Pote A. K. Current approaches on gastroretentive drug delivery systems. Journal of Drug Delivery and Therapeutics. 2020; 10(1): 139–146. DOI: 10.22270/jddt.v10i1.3803.
- https://isopromat.ru/sopromat/labs/ispytanie-na-rastyazhenie.
- https://nenuda.ru/%D0%BB%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1%8F-%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%B0-1-%D0%B8%D1%81%D0%BF%D1%8B%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5-%D0%BD%D0%B0-%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%82%D1%8F%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5.html.
- Мустафин Р. И., Протасова А. А., Буховец А. В., Семина И.И. Исследование интерполимерных сочетаний на основе (мет)акрилатов в качестве перспективных носителей в поликомплексных системах для гастроретентивной доставки. Фармация. 2014; 5: 3–5.
- Moustafine R. I., Bukhovets A. V., Sitenkov A. Y., Kemenova V. A., Rombaut P., Van den Mooter G. Eudragit® E PO as a complementary material for designing oral drug delivery systems with controlled release properties: comparative evaluation of new interpolyelectrolyte complexes with countercharged Eudragit® L 100 copolymers. Molecular Pharmaceutics. 2013; 10(7): 2630–2641. DOI: 10.1021/mp4000635.
- М.П. Киселева, З.С. Шпрах, Л.М. Борисова и др. Доклиническое изучение противоопухолевой активности производного N-гликозида индолокарбазола ЛХС-1208. Сообщение I // Российский биотерапевтический журнал. 2015. № 2. С. 71-77.
- Мирский, «Хирургия от древности до современности. Очерки истории.» (Москва, Наука, 2000, 798 с.).
