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

128 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

5709. Программирование на языках среднего уровня С/С++ 689 KB
  Предисловие Настоящий конспект лекций посвящен программированию на языках среднего уровня С/С++, в нем рассмотрен объектно-ориентированный подход программирования. Условно конспект лекций можно разделить на две части: первая часть посвящена основным...
5710. Теория государства и права. Теории происхождения и становления государства 209 KB
  Тема 1. Учение о государстве 1.1. Теории происхождения и становления государства. 2. Классовая теория, связывает происхождение государства с возникновением производительной экономики, получения избыточного продукта. Согласно её формуле, ...
5711. Основи охорони праці. Основні принципи державної політики в галузі охорони праці в навчальних закладах 42.5 KB
  Предмет, структура, мета курсу Основи охорони праці Основні принципи державної політики в галузі охорони праці. Організація охорони праці у навчальних закладах. Охорона праці, згідно закону України Про охорону п...
5712. Основні поняття і категорії статистики 60.5 KB
  Основні поняття і категорії статистики Зміст поняття статистика. Слово статистика (від lat. status – стан речей) означає кількісний облік масових явищ і процесів (наприклад, соціально-економічних, соціально-демографічних тощо). В сучасних соціа...
5713. Місце, роль та завдання органів кримінальної юрисдикції 118 KB
  ПЛАН 1. Загальна характеристика органів кримінальної юрисдикції. 2. Функції органів кримінальної юрисдикції РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА: Конституція України від 28 червня 1996 р. Кримінально-процесуальний кодекс України від....
5714. Расчет грузоподъемного механизма башенного крана 621.5 KB
  Грузоподъемные машины - высокоэффективное средство комплексной механизации и автоматизации подъемно-транспортных, погрузочно-разгрузочных и складских работ. Применение таких машин уменьшает объем использования тяжелых ручных ...
5715. Военный коммунизм и НЭП: две большевистских модели строительства социализма 43.5 KB
  Военный коммунизм и НЭП: две большевистских модели строительства социализма. Военный коммунизм - название внутренней политики Советского государства, проводившейся в 1918 годах во время Гражданской войны. Основной целью было обеспечение го...
5716. Моделирование физических процессов средствами Macromedia Flash технологий 1.15 MB
  Одной из программ открывающей возможности моделирования физических процессов является программа Macromedia Flash. Macromedia Flash была создана сравнительно недавно, но с каждым годом и с каждой новой версией завоевывает все большую популярность. Flash с успехом может быть использована для создания анимационных фильмов и даже для разработки компьютерных игр.
5717. Теплоизоляционная способность тонковолокнистых материалов 84.5 KB
  С древних времен используется теплоизоляционная способность тонковолокнистых материалов, например, хлопковой ваты, шерсти и др. Однако присущие им недостатки - лёгкая воспламеняемость, повышенная гигроскопичность, подверженность гниению...