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

123 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

82537. Особенности памяти у детей с нарушениями речи 40 KB
  Наиболее специфична следовательно значима для развития речи слуховая память. Без моторной памяти невозможно освоение экспрессивной речи устной и письменной. Зрительная память необходима для освоения письменной речи а также для связи между первой и второй сигнальной системами.
82538. Мышление, его виды и мыслительные операции 35 KB
  В зависимости от характера деятельности и ее конечных целей доминирует тот или иной вид мышления. Однако по степени своей сложности по требованиям которые они предъявляют к интеллектуальным и другим способностям человека все виды мышления не уступают друг другу. Виды мышления: Нагляднодейственное мышление представляет собой совокупность способов и процесс решения практических задач в условиях зрительного наблюдения за ситуацией и выполнения действий с представленными в ней предметами. Необходимые для мышления образы представлены в...
82539. Особенности мышления у детей с нарушениями речи 30 KB
  Одним из самых трудных является вопрос о первичности речи и мышления об оценке структуры мышления у лиц с речевыми расстройствами. Практика и экспериментальные исследования показывают что мышление страдает в наибольшей степени при системных нарушениях речи алалии препятствующей его развитию и афазии затрудняющей его проявление. Важное практическое значение имеют достаточно часто встречающиеся особенно в последнее время сочетания расстройств речи и мышления.
82540. Особенности мышления у детей с ДЦП 32.5 KB
  Зачастую нагляднообразное и словеснологическое мышление начинает развиваться практически без фундамента нагляднодейственного мышления. Недостаточность нагляднодейственного мышления приводит к недостаточности в формировании других более сложных форм мыслительной деятельности. Нагляднообразное мышление обычно формируется на основе нагляднодейственного мышления и чувственного опыта ощущения и восприятие.
82541. Особенности мышления у детей с нарушениями интеллекта 29 KB
  Современные исследования показали что у умственно отсталых имеются довольно грубые нарушения в условно рефлекторной деятельности нарушения взаимодействия процессов возбуждения и торможения а также нарушения взаимодействия сигнальных систем. Для умственно отсталых характерно недоразвитие познавательных интересов которое выражается в том что они меньше чем их нормальные сверстники испытывают потребность в познании. Все эти операции у умственно отсталых недостаточно сформированы и имеют своеобразные черты.
82542. Особенности мышления у детей с нарушениями слуха 33.5 KB
  У глухих детей обнаруживаются значительные индивидуальные различия в развитии их мышления. Около одной четвертой части всех глухих детей имеют уровень развития наглядного мышления соответствующий уровню развития этого вида мышления у слышащих сверстников. Кроме того небольшое число глухих детей около 15 каждой возрастной группе по уровню развития словесно логического мышления приближается к средним показателям слышащих сверстников.
82544. Общие недостатки мыслительной деятельности детей с ЗПР 51.5 KB
  Дети стремятся избежать любых интеллектуальных усилий. Дети не заинтересованы в результате выполнения задания. Эта особенность мышления проявляется в школе когда дети очень быстро теряют интерес к новым предметам. Дети с ЗПР начинают действовать сразу с ходу.
82545. Рекомендации по развитию памяти у детей с ЗПР 45 KB
  Для развития зрительномоторной и зрительной памяти используется поэтапная работа ребенка с образцами по которым необходимо конструировать определенные фигуры из палочек: сначала ребенок работает с постоянной зрительной опорой на образец: затем время рассматривания образца сокращается до 15 20 секунд в зависимости от сложности предлагаемой работы но так чтобы ребенок успел рассмотреть и запечатлеть образец. Похожие упражнения легко придумать самим варьируя условия материал и сюжеты игр на развитие зрительномоторной и зрительной...