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

55 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

21883. Меню и карта вин 153.11 KB
  Назначение и принципы составления меню 2. Последовательность расположения в меню закусок блюд и напитков 3. Виды меню 4.
21884. Организация самообслуживания на предприятиях общественного питания 46.88 KB
  1 Немеханизированные линии раздач .2 Механизированные линии отпуска обедов .1 Механизированные линии непрерывного отпуска обедов .2 Механизированные линии периодического отпуска обедов 1 Классификация линий раздач В зависимости от формы самообслуживания на предприятиях общественного питания принимается два основных типа раздач: специализированные раздачи –раздачи на которых устанавливают специализированные секции для реализации отдельных видов блюд холодные блюда и закуски горячие блюда сладкие блюда и напитки.
21885. Специальные виды услуг и формы обслуживания 126.2 KB
  Обслуживание в гостиницах Предприятия общественного питания при гостиницах предназначены в основном для обслуживания проживающих в них гостей. Однако в зависимости от конкретных условий местонахождения гостиницы степени обеспечения жителями данного района предприятиями общественного питания количество мест в ресторанах буфетах при гостиницах может быть изменено при соответствующем техникоэкономическом обосновании. Предприятия общественного питания при гостиницах начинают свою работу не позднее 8 часов утра по местному времени. В...
21886. Столовая посуда, приборы и столовое белье 149.67 KB
  Майоликовая гончарная а также деревянная посуда применяется как правило для подачи национальных блюд и напитков в специализированных предприятиях питания. Для подачи хлеба тостов мучных кулинарных изделий служат: тарелки пирожковые d = 170180 мм –используется при индивидуальном обслуживании для подачи хлеба тостов расстегаев пирожков; хлебницы –используются при групповом обслуживании. Для подачи холодных закусок применяют: тарелки закусочные d = 200; 220240 мм –их используют также в качестве подставных тарелок под...
21887. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ ЧС 358.5 KB
  ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ В ФЗ О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера чрезвычайная ситуация определяется как обстановка на определенной территории сложившаяся в результате аварии опасного природного явления катастрофы стихийного или иного бедствия которые могут повлечь или повлекли за собой человеческие жертвы ущерб здоровью людей или окружающей природной среде значительные материальные потери и нарушения условий жизнедеятельности людей . По скорости...
21888. Коллективные средства защиты населения от опасных факторов в ЧС 1.75 MB
  Эти сооружения в зависимости от защитных свойств подразделяют на убежища противорадиационные укрытия ПРУ быстровозводимые укрытия БВУ и простейшие укрытия. Убежища Убежища это сооружения обеспечивающие защиту людей от поражающих факторов ЧС. Для этого убежища герметизируются и оснащаются фильтровентиляционным оборудованием. Убежища классифицируют: по месту расположения встроенные и отдельно стоящие по вместимости и защитным свойствам.
21889. Организация МЧС, история, этапы развития 107 KB
  Все это представляет объективную необходимость усиления внимания к решению проблем связанных с чрезвычайными ситуациями причем как показал опыт ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС землетрясения в Армении других чрезвычайных ситуаций на самом высоком государственном уровне. В целях прогнозирования предотвращения и ликвидации последствий ЧС обеспечения постоянной готовности органов государственного управления к быстрым и эффективным действиям в экстремальных условиях в 1990 году был создан Российский корпус спасателей...
21890. Пожарная профилактика 216.5 KB
  Первичные средства пожаротушения и порядок их использования 3ий вопрос Мероприятия проводимые в целях повышения противопожарной безопасности организаций объектов. Планирование противопожарных мероприятий ГО на объекте 4ый вопрос Назначение задачи и организация противопожарной службы и ее формирований Организационнометодические указания В вводной части следует обратить внимание на то что сегодня пожары превращаются в одну из главных опасностей для человечества которые приводят к массовой гибели людей и большому материальному...
21891. ПРИРОДНЫЕ (ЛАНДШАФТНЫЕ) ПОЖАРЫ 175.49 KB
  При подземных пожарах горит торф залегающий под лесными массивами. Возникновение и распространение подземных пожаров обычно связано с низовыми лесными пожарами при которых огонь отдельными очагами заглубляется в слой торфа на наиболее подсохших участках чаще всего у стволов деревьев а затем постепенно распространяется в стороны. Переход низового пожара на полог древостоя происходит в насаждениях с низко опущенными кронами в разновозрастных насаждениях а также при обильном хвойном подросте. Древостой после верхового пожара как правило...