Испытания пластичных и хрупких металлов на растяжение

Министерство образования  и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный  технический университет»

Имени М.Т. Калашникова

Факультет «Машиностроительный»

Кафедра «Сопротивление материалов»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная работа № 1

Испытания пластичных и хрупких  металлов на растяжение.

Вариант 23

 

 

 

 

 

 

    Выполнил                                                                студент группы  Б 01-731-1

                                                                                        Чирков А.В.   

    Проверил                                                            Фёдорова Л.И.

                                                                                              

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ижевск, 2012

Цель работы: изучение методики испытаний на растяжение пластичных и хрупких материалов; определение характеристик прочности и пластичности углеродистой стали и серого чугуна при растяжении.

Механические испытания  конструкционных материалов предназначены  для экспериментального определения  характеристик прочности, пластичность, упругости и многих других, которые  необходимы для расчетов на прочность, жесткость и устойчивость элементов  конструкций. Механические испытания  проводятся также при контроле качества материалов на производстве, исследование влияния на механические свойства материалов химического состава и режимов  термической обработки, низких и  высоких температур, агрессивных  сред, длительности нагружения, вида напряженного состояния и других факторов. Испытания материалов на растяжения являются основным и наиболее распространенным методом изучения механических свойств, поскольку они сравнительно просто осуществимы, подробно разработаны и нормированы  (ГОСТ 1497-84), позволяют получать наиболее важные характеристики прочности, пластичности и упругости.

Постановка работы: На машине УГ-20 проведены испытания стального  и чугунного образцов на растяжение Р, кН: (∆l+δ ), mm, где δ – упругие деформации нагруженных частей испытательной машины. Указанны масштабы нагрузок   и деформаций    размеры образов до и после испытаний. Определить характеристики прочности и пластичности стали и чугуна при растяжении.

 

Испытание углеродистой стали  на растяжение.

1. Пред испытанием измеряем диаметр d₀=15,0 мм и длину l= 170 мм рабочей части образца. Вычисляем площадь сечения F₀=πd₀²/4 = 177 мм² = 177*10^-6 м². Затем на рабочей длине наносим штангенциркулем риски, определяющие расчетную длину l₀ =10d₀=150 мм образца. Образец устанавливается в захваты испытательной машины и проводится его растяжение вплоть до разрушения. После разрушения определяем характерные размеры образца: диаметр шейки d_ш=9,45 мм; расчетная длина после разрыва l_0p=179,9 мм. Вычисляем площадь сечения F_ш = πd_ш²/4=70,1 мм² = 70,1*10^-6 м².

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Стальной образец при  растяжении разрушается после образования  шейки. В центре минимального сечения  шейки зарождается трещина, которая  затем развивается по конической поверхности примерно под углом 45^о, где действует τ_max , до окончательного разрушения образца.

 

2. Записанную на машине УГ-20 кривую растяжения подвергаем обработке. Для этого проводим горизонтальную ось деформаций   (∆l+δ  ),соответствующую нулевой нагрузке. Затем из точки 0 пересечения прямолинейного участка кривой растяжения с осью       (∆l+δ ), проводим вертикальную ось нагрузок Р. Зная масштабы записи нагрузок _р=1,29 кН/мм и деформаций _∆l =0,47 кН/мм, наносим размерную сетку на диаграмму растяжения Р - (∆l+δ  ). Из диаграммы растяжения видно, что если образец подвергнуть упругопластичному деформированию, а затем разгрузить, то линии разгрузки и повторного нагружения примерно параллельны прямолинейному участку диаграммы растяжения ( закон упругой разгрузки).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Определяем нагрузку Р_пц, соответствующую пределу пропорциональности. Для этого в соответствии с ГОСТ 1497-84 на прямолинейном участке диаграммы Р - (∆l+δ  ) проводим прямую МК, откладываем отрезок   KN=0,5MK, проводим прямую 0N и параллельно ей – касательную к кривой растяжения. Ордината точки h_пц представляет собой в масштабе нагрузку Р_пц=h_пцμ_p= 47,5 мм *1,29 кН/мм = 61,27кН.
4. Нагрузка Р_у, соответствующая пределу упругости, определяется по допуску относительной остаточной деформации 0,05%. Это соответствует абсолютной остаточной деформации ∆l_0,05=0,0005l = 0,0005*170= 0,085 мм. На оси деформации в масштабе откладываем∆l_0,05,проводим прямую, параллельную линейному участку. Ордината h_y точки пересечения прямой с кривой растяжения соответствует в масштабе нагрузок Р_у=h_уμ_p=52,5* 1.29 = 67,72 кН.
5. Нагрузка Р_Т соответствующая физическому пределу текучести, определялся ординатой h_T площадки текучести на диаграмме растяжения Р_т=h_тμ_p=57,5*1,29 = 74,17 кН.
6. Нагрузка Р_в, соответствующая пределу прочности, - это наибольшая нагрузка при разрыве образца: Р_в=h_вμ_p=95*1,29= 122,55 кН.
7. Нагрузка Р_к, соответствующая разрушению образца, равна: Р_к=h_кμ_p=89,0*1,29=114,81 кН.
8. Наносим на диаграмму Р - (∆l+δ  ) полученные нагрузки.
9. Определяем характеристики прочности стали при растяжении:

- предел пропорциональности (напряжение, превышение которого  ведет к нарушению линейной  зависимости между нагрузкой  Р и удлинением ∆l образца)

 .

- предел упругости (напряжение, которое соответствует относительной остаточной деформации 0,05%)

.

- физический предел текучести( напряжение, которое соответствует площадке текучести на диаграмме растяжения)

.

- предел прочности или  временное сопротивление (напряжение, которое соответствует наибольшей  нагрузке после разрушения образца)

.

- сопротивление отрыву  в шейке образца

.

Чем выше эти характеристики, тем материал прочнее.

10. Находим характеристики пластичности при растяжении:

- относительное остаточное  удлинение после разрыва образца

 

 

- относительное остаточное  сужение в шейке после разрыва  образца 

 

Чем выше характеристики и *, тем материал пластичнее.

Испытание серого чугуна на растяжение

 

1. Чугунный образец до испытаний аналогичен стальному( d₀=15,0 мм; F₀=πd₀²/4 = 177 мм² = 177*10^-6 м² ; l₀ =10d₀=150 мм). Вид образца и его характерные размеры после разрыва:

d_0p=14,9 мм;  l_0p=151,0 мм;

F_р=πd_0р²/4 = 174 мм² = 174  10^-6 м²

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Чугунный образец при  растяжении разрушается по ослабленному пороками структуры сечению перпендикулярно  оси путем отрыва.

 

2. Обработка диаграммы растяжения чугунного образца проводится аналогично рассмотренной для стального образца.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. По диаграмме Р - (∆l+δ  )определяем нагрузку, соответствующую пределу прочности: Р_вр=h_врμ_p=68*0,365 = 24,82 кН
4. Предел прочности серого чугуна при растяжении

.

5. Характеристики пластичности серого чугуна при растяжении:

- относительное остаточное  удлинение после разрыва образца

 

 

- относительное остаточное  сужение после разрыва образца 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выводы:

1. Изучена методика испытаний пластичных и хрупких материалов на растяжение.
2. Определены характеристики прочности и пластичности углеродистой стали и серого чугуна при растяжении.