45950

Статические и динамические испытания металлов: основные механические свойства и их определение

Доклад

Производство и промышленные технологии

В этих испытаниях создаётся однородное напряжённое состояние по сечению образца причём доля нормальных напряжений является преобладающей поэтому эти испытания считаются жёсткими. Машины автоматически фиксируют величины приложенной нагрузки и изменение длины образца в виде диаграммы растяжения по которой производятся все необходимые расчеты. длинные образцы где F0 –площадь сечения рабочей части образца. При этом необходимо соблюдать важное условие: заготовки не должны нагреваться до температуры 150С иначе изменится структура и свойства...

Русский

2013-11-18

186.98 KB

52 чел.

4. Статические и динамические испытания металлов: основные механические свойства и их определение.

Все испытания Ме делятся на две группы: статические проводятся с малой скоростью и динамические с большой скоростью.

Испытания на растяжение относятся к статическим, так как прилагаемая к образцу нагрузка возрастает медленно и плавно. Эти    испытания       позволяют определять несколько важных механических характеристик металлов и сплавов. К таким характеристикам относятся как прочностные (временное сопротивление разрыву или предел прочности в, предел текучести т, предел пропорциональностипц), так и пластические (относительное удлинение  и относительное сужение или сжатие  ). В этих испытаниях создаётся однородное напряжённое состояние по сечению образца, причём доля нормальных напряжений является преобладающей, поэтому эти испытания считаются «жёсткими». В связи с этим испытания на растяжение проводится преимущественно для пластичных материалов, разрушению которых предшествует отчётливо наблюдаемая пластическая деформация. К таким материалам относится большинство широко применяемых в технике конструкционных материалов: конструкционные стали, цветные металлы и сплавы, большая часть полимерных материалов. При испытании на растяжение наибольшее распространение получили гладкие образцы, без надрезов на рабочей части. Приводимые в технической литературе сведения о механических свойствах материалов указываются в большинстве случаев для условий испытания на растяжение гладких образцов. Испытания производятся на специальных испытательных машинах механического или гидравлического действия. Машины автоматически фиксируют величины приложенной нагрузки и изменение длины образца в виде диаграммы растяжения, по которой производятся все необходимые расчеты.

Для испытания на разрыв применяются стандартные плоские и круглые образцы специальной формы  ГОСТ 1497-73 с головками для захватов. В соответствии с ГОСТом длина образцов может быть либо 5,65(короткие образцы) либо 13,2. (длинные образцы), где F0 –площадь сечения рабочей части образца. Наибольшее применение нашли круглые образцы диаметром 0,01м с расчетной длиной 50х10-3м  (рис.1.1). Заготовки для образцов  вырезают из цельных кусков металла любым доступным способом, чаще всего с помощью фрезерования или газорезки. При этом необходимо соблюдать важное условие: заготовки не должны нагреваться до температуры 150С, иначе изменится структура и свойства образца. Образцы изготавливают точением, с последующей шлифовкой. На рабочей поверхности образцов не допускаются дефекты: чернота, риски, трещины, раковины и др.  Перед испытанием на цилиндрической части образца ставят керны или риски для обозначения расчетной длины образца l0 = 50 0,1 х10-3м. Эти риски нужны для определения относительного удлинения  образца.После кернения проводят обмер образца с помощью микрометра: замеряют диаметр с точностью 0,01х10-3-м в трех местах по длине рабочей части (в середине и по краям). В протокол испытания заносят наименьший размер. Начальную расчетную длину образца (между рисками) измеряют штангенциркулем с точностью 0,1 x10-3 м и заносят в протокол испытаний.

Рис.1.1.Круглый образец для испытания на растяжение.

Методика определения прочностных характеристик металлов и сплавов

На диаграмме растяжения (рис.1.3) нагрузка - удлинение образца  существуют несколько характерных точек. До точки Рпц удлинение l образца пропорционально нагрузке. Это означает, что в металле возникают только упругие деформации, которые при снятии нагрузки снимаются. После точки Рпц прямая  Р-l  искривляется, т.е. деформации опережают нагрузку. В точке Рт образец начинает деформироваться без увеличения нагрузки, поэтому  на кривой получается площадка, так называемая “площадка текучести”. Нагрузка, соответствующая площадке текучести, является одним из параметров определения физического предела текучести Наличие площадки характерно для мягких, отожжённых или нормализованных сталей. У закалённых сталей таких площадок текучести на кривых деформации нет, поэтому нагрузка предела текучести Рт определяется при удлинении 0,2% и служит для определения условного предела текучести. До Рмах нагрузка увеличивается, а потом начинает падать. Это происходит из-за того, что на образце уменьшается поперечное сечение и образуется шейка.

При нагрузке Рк образец разрывается.

Рис.1.3 Диаграмма растяжения образца при испытании на разрыв.

Определение предела пропорциональности .Условный предел пропорциональности определяется по увеличению тангенса угла наклона кривой Р-l на 50%. По диаграмме растяжения (рис.1.4) предел пропорциональности пц определяется так:

  1.  проводится прямая ОА по упругому участку кривой и из точки О восстанавливается ось ординат ОР;
  2.  на произвольной высоте проводится горизонталь ВС, на которой откладывается DE = 1/2 DF;
  3.  через точки E и О проводится прямая и параллельно ей, касательно кривой  растяжения, другая прямая IH;
  4.  проекция точки касания прямой IH c кривой растяжения на ось OP даёт величину нагрузки предела пропорциональности.

l                                                                О

Рис.1.4 Определение предела пропорциональности по диаграмме растяжения

Предел пропорциональности определяется по формуле:

σпц=Pпц/ F0

 где,  F0 - начальное сечение образца, м2.

Рпц - нагрузка предела пропорциональности, Н 

Определение предела текучести σт Если на диаграмме Р - l есть площадка текучести, то нагрузка Рт, соответствующая пределу текучести т, определяется просто проекцией  Рт на ось нагрузок.(рис.1.5а). Определяемый таким образом предел текучести называется физическим.Если такой площадки нет (закаленные образцы), то определяется условный предел текучести по нагрузке Рт1, которая обеспечивает 0,2% удлинения образца. На диаграмме растяжения (рис.1.5б) проводится прямая ОА, совпадающая с прямолинейным участком кривой растяжения. От начала координат по оси деформаций откладывают расстояние

где L - расчетная длина образца, м.

       К - масштаб диаграммы по оси L.

Из  точки  В проводят прямую, параллельную прямой  ОА до пересечения с кривой растяжения в точке Д. Проекция точки Д на ось нагрузок дает Рт., соответствующую условному пределу текучести.

Предел текучести определяется  по формуле:

                                  т  = Рт / F0                                                      где  Рт - нагрузка предела  текучести; F0 - площадь поперечного сечения образца до испытания

Рис.1.5 Определение предела текучести по диаграмме растяжения: а)физического т  ; б) условного 0

Определение предела прочности в Предел прочности (временное  сопротивление разрыву) определяется по максимальной нагрузке Рmax, которую выдерживает образец.рую выдерживает образец:

                              в = Рmax / F0

Методика  определения  пластических  характеристик  металлов  и  сплавов. К механическим свойствам металлов и сплавов, характеризующим пластические свойства, относятся, прежде всего относительное удлинение  и относительное сужение .

Пластические характеристики (, ) металлов и сплавов показывают способность их к пластическому деформированию, к перераспределению пиковых напряжений, возникающих в местах расположения дефектов строения и различных концентраторов напряжений. При высокой пластичности опасность хрупких внезапных  разрушений резко уменьшается. Как  правило, с увеличением прочности пластические характеристики металлов снижаются. Это служит ограничением применения максимально-высокой (для каждой стали) прочности в реальных конструкциях, так как обычно стремятся при повышенной прочности иметь и достаточную пластичность.Определение относительного удлинения. δ . Относительное  удлинение - отношение (в процентах) приращения расчетной длины образца, остающегося после разрыва к начальной расчетной длине.

Относительное удлинение определяется по формуле:

100%

где lk - длина образца после разрыва, м2;

        l0 - начальная длина образца, м2.

lk - определяют так: разорванные части образца складывают вместе и определяют расстояние между кернами или рисками, которые ставились на расчетной длине до разрыва. Так как относительное  удлинение зависит от многих причин (свойств металла, начальной длины, места  разрыва, образца и т.д.), то оно является  условной характеристикой свойств металла, позволяющей лишь качественно судить о восприятии  им пластической деформации. Определение относительного сужения ψ. Относительное сужение  - отношение  (в процентах) наибольшего уменьшения  площади поперечного сечения образца после разрыва к начальной площади его поперечного сечения:

=100%

где Fк - площадь сечения образца после разрыва, м2

         F0 - площадь сечения образца до разрыва, м2, определяется по начальному диаметру d0 Для того, чтобы определить Fk в месте  разрыва, нужно сложить две половинки образца и измерить диаметр шейки образца в двух взаимно-перпендикулярных направлениях. По среднему арифметическому диаметру dк вычислить Fk

Fk = dk2 / 4

Испытания на ударную вязкость основано на разрушении образца с надрезом посередине одним ударом маятника массой Р падающего с определенной высоты Н. При падении он разрушает образец и поднимается на высоту h. Работа Ан, затраченная на излом образца, определяется из разности энергии маятника до удара и после него (см. рис.4.1.)

где: P – масса маятника

      l – длина маятника

      α – угол подъема маятника до излома образца.

      β – угол подъема маятника после излома образца.

Рис.4.1 Схема испытания на ударную вязкость.

Ударная вязкость ан ,Дж/м2 – это работа, затраченная на излом образца Ан, отнесенная к площади поперечного сечения образца в месте излома F:

Для испытания на ударную вязкость применяется образец размером

(10×   10×55) 10-3м с надрезом посередине глубиной 2±0,110-3м  (рис 4.3.)                                 

Рис.4.3 Образец для испытания на ударную вязкость.

Образец изготавливается в следующем порядке:

Заготовка для образца вырезается из детали в заданном месте с помощью газорезки или любым другим способом механической обработки (фрезерованием, пилением, точением и др.). Главное условие – чтобы образец не нагревался в месте реза до температуры выше 150°С, т.к. в противном случае изменяется структура, и соответственно, ударная вязкость;

  1.  фрезеровка в размер по чертежу;
  2.  сверление отверстия Ø 2 ·10-3м по шаблону;
  3.  прорезание паза ножовкой с δ = 2·10-3м ; сечение образца в месте надреза должно быть  8±0,1 ·10-3м.

Подготовка копра и проведение испытаний.

Перед испытанием необходимо при помощи шаблона (рис.4.4.) установить опоры 2 симметрично относительно ножа маятника 3 и закрепить их. Это необходимо, чтобы удар маятника приходился прямо против места надреза образца. Делается эта операция 1 раз в квартал и периодически проверяется.

Рис.4.4 Шаблон для установки опор симметрично относительно маятника.

 

Рис.4.5 Шаблон для установки надреза образца симметрично опор и ножа маятника.



 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

49701. Метрологическое обеспечение механической обработки гильзы 1Е14ОП-ХС1200.5.19.018 211.48 KB
  Целью работы является разработка метрологического обеспечения производства детали Гильза проверка правильности оформления чертежа правильности выбора допусков на размеры и значений шероховатости для поверхностей. СОДЕРЖАНИЕ Введение 5 1 Задача метрологической экспертизы 6 2 Назначение детали 7 3 Требования к точности размеров 8 4 Требования к шероховатости поверхности 10 5 Взаимосвязь допусков размеров формы расположения поверхностей и шероховатости 11 6 Отклонение формы и расположения поверхностей 13 7 Список замечаний и предложений на...
49703. Полносборное общественное здание из крупноэлементных конструкций 227 KB
  Характеристика здания; Генеральный план; Санитарно техническое оборудование здания; Противопожарные требования. Конструктивные решения здания. По заданию; По генеральному плану участка здания.
49708. Расчёт и конструирование стальных балочных конструкций рабочей площадки производственного здания и центрально сжатых колонн 3.02 MB
  Размещены на листе формата А1: Монтажная схема балочной клетки в плане и в 2х разрезах масштаб 1:200; Отправочная марка главной балки её разрез масштаб 1:20; Колонна её сечение сечение базы колонны масштаб 1:20; Монтажные узлы присоединения вспомогательной балки к главной и главной балки к колонне масштаб 1:25; Примечания касающиеся условий изготовления конструкций. Расчёт прокатных балок: Расчёт балочной клетки по 1 варианту; Расчёт усложнённой балочной клетки 2 вариант; Расчёт вспомогательной...
49709. Расчет построения сотовой сети в стандарте GSM-1800 1.22 MB
  Связь телефона со станцией может идти по аналоговому протоколу MPS NMPS NMT450 или по цифровому DMPS CDM GSM UMTS Целью данного курсового проекта является расчет построения сотовой сети в стандарте GSM1800. Данный цифровой стандарт с диапазоном частот 1710 1880 МГц является модификацией стандарта GSM900. Его особенности: максимальная излучаемая мощность мобильных телефонов стандарта GSM1800 1Вт для сравнения у GSM900 2Вт. Возможность использования телефонных аппаратов работающих в стандартах GSM900 или GSM1800.