Образцы и машины для испытаний

Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Характеристики

Прочности, МПа

Пластичности, %

Для испытаний на растяжение используют образцы с рабочей частью в виде цилиндра (цилиндрические), рис. 12,а, или стержня с прямоугольным сечением (плоские образцы), рис. 12, б, в том числе для порошковых материалов, рис. 12,в. Стандартные образцы с расчетной длиной считают короткими,

а образцы с - длинными. Применение коротких образцов предпочтительнее. Абсолютные размеры образцов могут меняться в широких пределах, исходя из выбранного диаметра (или поперечных размеров) рабочей части пропорциональных образцов, которые принимают в интервале =3...25 мм (а0 = 0,5...25, b0 =20...30 мм). Рабочая длина l (часть образца с постоянной площадью поперечного сечения) для цилиндрических образцов должна быть от до , а для плоских - от до . Начальную расчетную длину с погрешностью до 1% ограничивают на рабочей длине образца l кернами или рисками.

Испытание образцов на растяжение осуществляют на универсальных или специализированных испытательных машинах, которые должны соответствовать требованиям ГОСТ 7855-84. Универсальные машины позволяют производить (кроме растяжения) статические испытания на сжатие и изгиб.

Основными узлами испытательной машины являются приводное устройство, обеспечивающее плавное деформирование образца, и сило-измерительный механизм для измерения силы сопротивления образца Деформации.

По принципу действия приводного устройства различают машины с механическим и гидравлическим приводами. Машины с механическим приводом, обладая меньшей мощностью, чем с гидравлическим, обеспечивают стабильную скорость деформирования. Они рассчитаны на разрушающее усилие до 100 кН, а машины с гидравлическим приводом - до IMH и выше.

Для измерения силы сопротивления образца деформации используют рычажные, маятниковые, торсионные или электротензометрические силоизмерители.

Рычажные и маятниковые силоизмерители надежно работают при малых скоростях деформирования и плавном изменении силы сопротивления образца. В иных условиях из-за большой инерционности возможны значительные ошибки.

Меньшей инерционностью обладают торсионные силоизмерители, используемые в гидравлических машинах.

Электротензометрические силоизмерители, отличающиеся компактностью, высокой точностью и безынерционностью, пригодны для машин с гидравлическим и механическим приводами.

Все силоизмеритеяьные механизмы позволяют визуально фиксировать силу сопротивления образца деформации, а также записывать кривую изменения этой силы в зависимости от величины деформации в координатах "нагрузка - удлинение". Эта кривая, называемая диаграммой растяжения, является обобщенным результатом испытаний.

Не зависимо от конструктивных особенностей испытательные машины должны обеспечивать ряд общих требований и условий. Крепление образца в захватах должно исключить проскальзывание и смятие опорных поверхностей, нагрузка должна действовать строго по оси образца. Нагружение должно происходить плавно при скорости деформирования не более 0,1 расчетной длины до предела текучести, и не более 0,4 после предела текучести, выраженной в мм/мин.

При записи диаграммы растяжения масштаб по оси деформации Должен быть не менее 50:1, а по оси нагрузок Р - не более 1 кгс/мм2 на 1мм.

Универсальная испытательная машина УМЭ-10ТМ с максимальным усилием 100 кН имеет механический привод, обеспечивающий 10 скоростей деформирования от 0,005 до 100 мм/мин, и тензометрический силоизмеритель, Машина позволяет производить статические испытания на растяжение, сжатие и изгиб при комнаткой и повышенных температурах, а также испытания на малоцикловую усталость.

2. Диаграммы растяжения и методики определения механических характеристик

Механические свойства при растяжении могут быть разделены на прочностные и пластические.

2.1. Прочностные свойства

Прочностные свойства - это характеристики сопротивления материала деформации (разрушению). На практике их определяют по диаграммам растяжения, записанным в процессе испытания в координатах "нагрузка - абсолютное удлинениеf"(Р - ). Все многообразие этих кривых для различных металлов и сплавов можно свести к трем типам (рис.13).

Диаграммы типа I (рис.13,а) с постепенным переходом из упругой в пластическую область характерны для большинства пластичных металлов таких, как легированные стали, медь, алюминий, латуни, оловянисгые бронзы. Диаграммы типа II (рис.13,6) с площадкой текучести свойственны некоторым металлам, разрушающимся после образования шейки в результате сосредоточенной деформации (мягкая углеродистая сталь, отожженная марганцовистая и алюминиевая бронзы). Диаграммы типа III (рис.13,в) характерны для хрупких материалов, у которых разрушение наступает при малых остаточных деформациях (закаленная сталь, серый чугун, пористые порошковые материалы).

Типовая диаграмма растяжения образца из низкоуглеродистой стали показана на рис. 14.

Начальный участок диаграммы 0102 получается криволинейным из- за устранения зазоров в механизмах машины и захватах образца. Затем наблюдается прямолинейный наклонный участок О2А, который отражает закон пропорциональности между нагрузкой и упругой деформацией образца (закон Гука).

Начальный криволинейный участок диаграммы исключают из рассмотрения, для чего прямую О2 А продолжают до пересечения с осью абсцисс. Точку О принимают за начало координат диаграммы и через нее проводят ось ординат (ось нагрузки Р).

Точка А на диаграмме соответствует силе Рпц, превышение которой ведет к нарушению закона пропорциональности.

Предел пропорциональности - это наибольшее напряжение, при котором соблюдается прямо пропорциональная зависимость между нагрузкой и деформацией образца:

где F0 - начальная площадь поперечного сечения рабочей части образца. Силу Рпц, соответствующую пределу пропорциональности, определяют графическим методом (рис.15). Проводят прямую ОМ, совпадающую с начальным прямолинейным участком кривой растяжения.

Затем проводят прямую А А, параллельную оси абсцисс на произвольном уровне, и на этой прямой откладывают отрезок КП, равный половине отрезка ТК. Через точку П и начало координат проводят прямую ОВ и параллельно ей касательную СД к кривой растяжения. Точка касания и определит высоту ординаты, т.е. нагрузку Рпц.

Предел упругости - напряжение, при котором появляются первые признаки макропластической деформации. На практике определяют условный предел упругости - напряжение, при котором остаточное удлинение достигает заданной величины, равной 0,05%. Для определения нагрузки используют графический метод (рис. 16). На оси абсцисс от начала координат откладывают отрезок ОЕ, длина которого равна 0,05% от расчетной длины образца 10 и увеличена пропорционально масштабу диаграммы. Из точки Е проводят прямую ES, параллельную прямому участку диаграммы OA. Точка пересечения S с кривой растяжения определяет высоту ординаты, соответствующей нагрузке Р0,05. Предел упругости (условный) вычисляют по формуле

Физический предел текучести - напряжение, при котором образец пластически деформируется под действием

практически неизменной растягивающей нагрузки Рт (рис. 14)

Физический предел текучести определяют для пластичных материалов, у которых на диаграмме растяжения образуется "площадка текучести" (рис. 13,б). Однако у многих материалов на диаграмме отсутствует четко выраженный участок текучести (рис. 13,а). В этом случае определяют условный предел текучести - напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,2% от начальной расчетной длины образцов l0

Величину нагрузки P0,2, определяющей условный предел текучести, находят графически по той же методике, что и нагрузку условного предела упругости Р0,05 (рис. 16).

Точка Е (рис.14) соответствует наибольшему усилию которое может выдержать образец. Напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке Рmax,,предшествующей разрушению образца, называется временным сопротивлением (или условным пределом прочности) и определяется по формуле

Напряжение, определяемое отношением нагрузки в момент разрыва Рк (рис.14) к конечной площади поперечного сечения образца в месте разрыва, называется истинным сопротивлением разрыву

2.2. Характеристики пластичности

Характеристиками пластичности, определяемыми при испытании на растяжение, являются относительное удлинение и относительное сужение.

Относительное удлинение, %, определяется как отношение приращения расчетной длины образца после разрушения к его начальной расчетной длине

Помимо определения по результатам измерения конечной расчетной длины разорванного образца относительное удлинение можно рассчитать с использованием диаграммы растяжения (рис.14). Для этого из точки К проводят прямую К03, параллельную линии OA. Величина отрезка 003 составляет приращение А1 начальной расчетной длины образца .

Относительное сужение,%, - отношение уменьшения площади поперечного сечения в месте разрыва к начальной площади

Результаты испытаний на растяжение

Замеры образцов и данные диаграмм
№ образца	Материал	Размеры образцов	Нагрузки
До испытаний	После испытаний
, мм	, мм	, мм	, мм	, мм	, мм

	Сталь 40 (отжиг)		5,0	19,6	30,9	3,7	10,7	-
	Сталь 40 (зак+с.о.)		5,0	19,6	28,2	4,6	16,6	-

Механические свойства

Испытание образцов из Стали 40 отожжен и подвергались зак+с.о. проводят на испыт машине УМЭ-10ТМ с мах усилием 10 т.с.

Схемы диаграмм «нагрузка – деформация»

Образец 1 сталь 40 отожжен

Образец 3 сталь 40 зак+с.о.

При использовании в качестве ТО отжига образцы имеют более низкие прочностные характеристики по сравнению с образцами которые были подвергнуты зак+с.о. (

характеристиками, а именно (2,37˃1,27) относительное удлинение

(45,4 18,8)

Для разрыва образцов подвергнутых зак+с.о. требуется большая нагрузка разруш. Pmax чем для образцов в отожжен состоянии т.е. образцы подвергнутые зак+с.о. обладают более высоким пределом прочности

Образцы, подвергнутые зак+с.о. имеют более высокий предел пропорциональности 1388/19,6=1446,8 по сравнению с образцами подвергнутыми отжигу 337.3.

Образцы подвергнутые зак+с.о. обладают большими физическим пределом текучести, чем отожженые образцы.

346,2 740,2

Работу выполнил	Головко И.	Подпись
Работу принял	Симилейский Б.М.	Дата