12598

ИСПЫТАНИЕ МЕТАЛЛОВ НА РАСТЯЖЕНИЕ

Лабораторная работа

Производство и промышленные технологии

ИСПЫТАНИЕ МЕТАЛЛОВ НА РАСТЯЖЕНИЕ Методические указания к лабораторной работе № 2 по курсу Сопротивление материалов для студентов технических специальностей Испытание металлов на растяжение. Методические указания к лабораторной работе № 2 по курсу Сопрот

Русский

2013-05-02

567.5 KB

122 чел.

ИСПЫТАНИЕ МЕТАЛЛОВ НА РАСТЯЖЕНИЕ

Методические указания к лабораторной работе № 2

по курсу «Сопротивление материалов»

для студентов технических специальностей

Испытание металлов на растяжение. Методические указания к лабораторной работе № 2 по курсу «Сопротивление материалов» для студентов технических специальностей / АГТУ; Сост. А.И. Миронов, Л.М. Денисова, А.Ю. Кукарина. – Астрахань, 2008. -  15 с.

В методических указаниях изложены теоретические основы проведения испытаний металлов на растяжение, представлена методика обработки полученных экспериментальных данных и определения величин основных механических характеристик прочности и пластичности материалов.

Методические указания  рассмотрены и одобрены на заседании кафедры «Теоретическая и прикладная механика»

21.11.2008 г. Протокол №  8/08

Астраханский государственный технический университет


СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение

1. Цель работы.

2. Задачи работы.

3. Оборудование, инструменты.

4. Образцы.

5. Диаграмма растяжения.

6. Диаграмма условных напряжений.

7. Проведение испытания.

8. Обработка результатов испытания.

9. Форма отчета.

10. Вопросы для контроля.

Литература.

4

4

4

4

5

6

8

10

11

14

14

15


ВВЕДЕНИЕ

Испытание образцов на растяжение является одним из основных видов испытаний материалов, т.к. позволяет получить основные характеристики прочности и пластичности материала, по которым можно оценивать прочность различных материалов.

На любое механическое испытание разрабатывается ГОСТ, чтобы в различных лабораториях испытания проводились по одинаковой методике.

Испытание металлов на растяжение проводится по ГОСТ 1497-84 [1].

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Определение величины основных механических характеристик прочности и пластичности стали.

2. ЗАДАЧИ РАБОТЫ

1. Изучение методики проведения испытаний на растяжение.

2. Построение диаграммы растяжения в координатах Fl.

3. Построение диаграммы условных напряжений в координатах .

4. Вычисление характеристик прочности.

5. Вычисление характеристик пластичности.

6. Определить (предположительно) марку испытанной стали.

7. Выводы по работе.

3. ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТЫ

1. Специальная испытательная машина ИМ-12А механического типа. Максимальное усилие создаваемое машиной – 120 кН (12т).

2. Молоток.

3. Штангенциркуль.

4. Керн.

5. Приспособление для закрепления испытываемого образца в испытательной машине.

4. ОБРАЗЦЫ

Основным типом для испытания металлов на растяжение является цилиндрический образец диаметром d0 и расчетной длиной l0. На концах образца для закрепления его в захватах испытательной машины делаются утолщения, так называемые, «головки». Для того, чтобы во время испытания «головки» не отрывались от образца, делается плавный переход от образца к «головкам». ГОСТом допускаются различные варианты перехода – рис. 1а, б, в.

Рис. 1 Образцы для испытания

Основным является образец, для которого l0/d0 = 10.

Такие образцы называются «нормальными» или 10-кратными. Если по какой-то причине нельзя изготовить 10-кратный образец, то допускается, в виде исключения, использовать образцы с отношением l0/d0 = 5.

Такие образцы называются «укороченными» или 5-кратными.

Образцы с иным отношением l0/d0 для испытания использовать нельзя. Более того, если для испытания использовались «укороченные» образцы, то это обязательно нужно отразить в протоколе испытания, т.к. некоторые механические характеристики зависят от длины образца.

Образцы вытачиваются на токарном станке.

Для определения механических характеристик материала тонких листов допускается использовать плоские образцы – рис. 2. Образцы могут быть как «пятикратные», так и «десятикратные». При этом d0 определяется как диаметр площади круга равновеликого площади поперечного сечения плоского образца – А0, т.е.

, откуда

Тогда для плоского «десятикратного» образца , для плоского «пятикратного» – .

Рис. 2. Плоский образец

5. ДИАГРАММА РАСТЯЖЕНИЯ

Образец с помощью приспособлений устанавливается в захваты испытательной машины и нагружается растягивающей силой F до разрушения – рис. 3.

Рис. 3. Нагружение образца

Испытательная машина позволяет автоматически записывать на бумаге график зависимости абсолютного удлинения образца l от прикладываемой силы F. Этот график называется диаграммой растяжения.

Для малоуглеродистой стали диаграмма растяжения имеет вид, показанный на рис. 4. На рисунке видно, что диаграмма имеет несколько характерных участков. На начальном этапе (до точки А) между прикладываемой силой и абсолютным удлинением образца имеет место пропорциональная зависимость. До точки А в образце возникают только упругие деформации, т.е. после снятия нагрузки деформации исчезают.

Рис. 4. Диаграмма растяжения малоуглеродистой стали

 

При нагружении образца силой большей Fпц (Fpr) в образце возникают пластические деформации и линейная зависимость между силой F и абсолютным удлинением нарушается. При значении силы F = FТ (Fу) образец удлиняется при практически постоянном значении силы. Такое явление называется текучестью материала, а участок – площадкой текучести.

При дальнейшем нагружении сила F начинает возрастать (материал упрочняется), достигает максимального значения FВ (Fu), затем начинает уменьшаться и, наконец, образец разрушается (точка К).

На рис. 5 изображен образец перед разрушением.

Рис. 5. Образец после разрушения

При нагружении образца до точки В образец деформируется равномерно по всей длине. В точке В на образце начинает образовываться, так называемая, «шейка», т.е. местное сужение. И хотя при этом прочность материала не уменьшается, за счет уменьшения площади сечения наблюдается уменьшение силы, воспринимаемой образцом (участок ВК на диаграмме – рис. 4).

При нагружении образца силой большей Fпц (Fpr) в образце помимо упругих возникают пластические деформации, т.е. деформации, которые остаются в образце после снятия нагрузки. Поэтому, если образец разгрузить, например, из точки Д, то исчезнут только упругие деформации (lупр), а пластические (lост) останутся. Если образец нагрузить повторно, то нагружение сначала пойдет по линии «разгрузки» ЕД (как показано стрелками на рис. 4), а затем продолжится по кривой ДВК. Линия ДЕ ‖ОА. Такое поведение материала при повторных нагружениях называется законом «разгрузки-нагрузки».

6. ДИАГРАММА УСЛОВНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

Однако диаграмма растяжения не дает характеристик прочности и пластичности материала, т.к. сила F, выдерживаемая образцом, и величина абсолютного удлинения зависят не только от свойств материала, но и от линейных размеров образца. Поэтому диаграмму растяжения перестраивают в диаграмму условных напряжений в координатах – рис. 6, где:

, – соответственно напряжение в точках сечения образца и относительное удлинение (продольная линейная деформация), обычно, в процентах:

           

А0 – первоначальная площадь сечения образца.

Рис. 6. Диаграмма условных напряжений

При вычислении напряжений уменьшение площади поперечного сечения образца, имеющее место при его растяжении, не учитывается, т.е. напряжения вычисляются условно. Это связано с тем, что при вычислении напряжений в деталях, изменение их размеров также не учитывается. Действительные напряжения в образце больше вычисленных.

– называется пределом пропорциональности. Это максимальное напряжение, до которого материал следует закону Гука. – предел текучести (физический). Это наименьшее напряжение, при котором образец деформируется без заметного увеличения растягивающего усилия.

– предел прочности (временное сопротивление). Это напряжение, соответствующее наибольшему усилию Fmax, которое выдерживает образец до разрыва.

пц, Т, В называют характеристиками прочности материала, т.к. чем они больше, тем большую нагрузку выдерживает деталь при одних и тех же размерах сечения.

При испытании образцов на растяжение определяют также характеристики пластичности материала – рис. 5:

– относительное удлинение после разрыва;

– относительное сужение после разрыва

;

;

.

Величину можно определить также по диаграмме условных напряжений (рис. 6). Для этого нужно из точки К провести прямую КН ОА. Отрезок ОН численно равен .

7. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ

7.1. Измерить штангенциркулем начальный диаметр образца – d0.

7.2. С помощью штангенциркуля, молотка и керна наметить на образце расчетную длину l0 = 10 d0.

7.3. С помощью приспособлений установить образец в захваты испытательной машины ИМ-12А.

7.4. Закрепить на барабане диаграммного аппарата испытательной машины миллиметровую бумагу.

7.5. Прижать карандаш к бумаге.

7.6. Произвести нагружение образца до разрушения. Обратить внимание, что в момент начала уменьшения нагрузки на образце начинает образовываться «шейка».

7.7. Измерить штангенциркулем на образце – dШ и lК.

7.8. Снять с машины миллиметровую бумагу.

7.9. Произвести обработку результатов испытания.

8. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЯ

8.1. Построение диаграммы растяжения по результатам испытания.

После испытания образца на миллиметровой бумаге получаем некоторую кривую линию – рис. 7, используя которую строим диаграмму растяжения. 

Рис. 7. Обработка машинной диаграммы

Через самую нижнюю точку кривой с помощью линейки и карандаша проводим горизонтальную линию, которую принимаем за ось l. Наклонную прямую продолжаем до пересечения с линией l. Точку их пересечения (О) принимаем за начало координат. Из точки О проводим прямую оси l (ось ординат) для определения силы F.

На кривой отмечаем положение характерных точек А, С, В, К, как показано на рис. 7, и их координаты Fi и li.

С помощью линейки или миллиметровки измеряем длину отрезков, соответствующих координатам Fi и lilFi и lli. Учитывая масштабы кривой на рис. 7, вычисляем действительные значения нагрузок и соответствующих им абсолютных удлинений

Fпц = F  lFпц                    lАl llА

FТ = F  lFт                                   lС = l llС

FВ = F  lFВ                    lВ = l llВ

FК = F  lFк                                   lК = l llК,

где

F, l – масштабы полученной в результате испытания кривой – рис. 7, принятые при проектировании машины ИМ-12А.

F = 30 кГс/мм

l = 0,03 мм/мм

Выбираем новые масштабы так, чтобы диаграмма растяжения поместилась на тетрадном листе. По правилам построения графиков строим диаграмму растяжения в отчете (слева направо!, рис. 4).

8.2. Вычисление характеристик прочности и построение диаграммы условных напряжений.

Вычисляем первоначальную площадь образца А0

Затем вычисляем характеристики прочности материала:

– предел пропорциональности.

– предел текучести.

– предел прочности (временное сопротивление).

Определяем остальные величины, необходимые для построения диаграммы условных напряжений.

Выбираем масштабы и и строим диаграмму условных напряжений.

8.3. Вычисление характеристик пластичности материала.

Используя результаты испытания вычисляем

– относительное удлинение после разрыва

– относительное сужение после разрыва.

Для проверки вычисляем по диаграмме условных напряжений. Для этого проводим прямую КН ОА и измеряем отрезок ОН –  lОН (рис. 6)

=  lОН


9. ФОРМА ОТЧЕТА

9.1. Название лабораторной работы.

9.2. Цель проведения лабораторной работы.

9.3. Задачи, решаемые при проведении лабораторной работы.

9.4. Используемые инструменты и испытательная машина.

9.5. Образец до испытания и после испытания в масштабе с указанием основных размеров – d0, l0, dШ и lK.

9.6. Все вычисления для построения диаграммы растяжения и диаграммы условных напряжений.

9.7. Диаграмма растяжения и диаграмма условных напряжений в масштабе.

9.8. Характеристики прочности материала образца.

9.9. Характеристики пластичности материала.

9.10. Выводы по работе.

10. ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ

1. Какой вид нагружения называется растяжением?

2. Какие напряжения возникают в сечении при растяжении?

3. Что называется диаграммой растяжения?

4. Как получить диаграмму условных напряжений?

5. Для чего нужна диаграмма условных напряжений?

6. Назовите основные механические характеристики прочности.

7. Дайте определение пределов пропорциональности, текучести, прочности.

8. Сформулируйте закон Гука.

9. Когда начинается образование «шейки»?

10. Что такое упругая и пластическая (остаточная) деформации?

11. Когда возникает остаточная деформация?

12. Что такое напряжение и линейная деформация?

13. Назовите характерные участки диаграммы  растяжения.

14. Назовите характеристики пластичности.

15. Дайте определения, что такое относительное удлинение после разрыва, относительное сужение после разрыва.

16. Как ведет себя сталь при разгрузке и повторной нагрузке?

17. Какие бывают образцы для испытаний на растяжение?

18. Какие образцы называются «нормальными» и какие «укороченными»?

19. Что такое расчетная длина образца?

    

ЛИТЕРАТУРА

1. ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. – М.: ИПК изд-во стандартов. 36 с.

2. Сопротивление материалов. Учебник для вузов / Г.С.Писаренко и др.; под общей редакцией Г.С.Писаренко – Киев: «Вища школа», 1986. – 775с.



 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

26930. Форма политического режима 8.46 KB
  форма политического режима совокупность методов осуществления власти государством итоговое состояние в обществекоторое складывается в результате взаимодействия и противоборства различных политических сил и функционирования всех политических институтов. Основной критерий для классификации режимовдемократичность власти отражает ли власть мнение всего народа в целом или только узко определенной группы общества. Характерные черты: отказ от полного контроля над обществом; отсутствие единой идеологии; отчуждение народа от властиносителем...
26931. Особенности федеративного устройства РФ 11.56 KB
  Обычно федерации делятся на территориальныепо принципу объединения территорий и национальныепо принципу объединения различных наций при чем вторые обладают более широким кругом полномочийправ и свобод по сравнению с территориальными федерациями. 5 КРФ: состоит из республик краев областей городов федерального значения автономной области автономных округов равноправных субъектов Российской Федерациивсего их 83 Субъекты федерации группируются в:8 федеральных округовполномочные представители президента в каждом округечлен...
26932. государственные органы 9.45 KB
  Принципы деятельности:народовластие гуманизм федерализм разделение властей законностьверховенство КРФ и ФЗ над иными НПА; приоритет прав и свобод человека и гражданина; равный доступ граждан к государственной службе в соответствии со способностями и профессиональной подготовкой; обязательность для государственных служащих решений принятых вышестоящими государственных органами и руководителями в пределах их полномочий и на основе законодательства РФ; гласность в осуществление государственной службы; ответственность служащих за принимаемые...
26933. Теория разделения властей.законолательная власть 9.52 KB
  локкзаконодательная власть занимала доминирующее положение по сравнению с остальными ветвями власти. Основной конечной целью осуществления на практике ТРВ является предотвращение узурпации всей государственной власти одним лицом или группой лиц и сохранение целостности государственного механизма и общества. Все власти равны и автономны 3. Никакая власть не может пользоваться правами предоставленными Конституцией другой власти 4.
26934. Исполнительная и судебная власти 8.68 KB
  исполнительная и судебная власти Исполнительная власть в соответствии с теорией разделения властей – одна из самостоятельных и независимых публичных властей в государстве. Признаки Исполнительной Власти яявляется относительно самостоятельной ветвью государственной власти; является проводником государственной политики в жизнь; подзаконна по своему характеру и задачам; её деятельность является исполнительнораспорядительной и носит постоянный непрерывный во времени характер; является исключительным обладателем материальных ресурсов и...
26935. Государство в политической системе общеста 8.54 KB
  3 Обладает всей системой юридических средств по обеспечению правопорядка: осуществляют регистрацию объединений полит. Государство поддерживает и гарантирует равенство правового статуса однородных социальных объединений политических партий избирательных объединений профсоюзов коммерческих организаций. Многие управленческие решения принимаются государственными органами с учетом мнений пожеланий и предложений социальных объединений. Вместе с тем запрещается государственное вмешательство в деятельность социальных объединений равно как и...
26936. Политическая система общества и ее элементы 7.9 KB
  политическая система общества и ее элементы Политическая система – совокупность гос и общ институтовотношений между ними участвующих в госуд. Необходима единая объединяющая организующая и принуждающая силаполитическая власть.Госво это властнополитическая организация общества которая распространяет свою власть на все население в пределах территории страны издает юридически значимые веления имеет специальный аппарат управления и принуждения и обладает суверенитетом. Политическая деятельность не однородна.
26938. Суверенитет как свойство гос.власти 9.7 KB
  суверенитет как свойство гос.власти Обществосовокупность индивидов имеющих общие интересы которые носят постоянный и объективный характер взаимодействующих и сотрудничающих на основе этих интересов имеющих организованную силувластьс одной стороны передачу властвующими своей воли подвластным а с другой стороны подчинение подвластных этой воле Гос. Механизм гос.власти совокупность или система государственных и негосударственных организаций в которых государственная власть находит свое организационное выражение и с помощью которых...