Определение основных механических свойств материалов по диаграмме растяжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторная работа №1 Определение основных механических свойств материалов по диаграмме растяжения

Цель работы: изучение методики статических испытаний на растяжение для определения механических характеристик материалов на примере малоуглеродистой стали.

Теоретические положения

Испытание на статическое растяжение производится путем плавного непрерывно возрастающего нагружения образцов круглого или прямоугольного сечения на разрывной машине. Записывающее устройство автоматически вычеркивает зависимость удлинения образца от величины растягивающей силы, т.е. так называемую диаграмму растяжения.

На рисунке 1 показана диаграмма растяжения, типичная для малоуглеродистой стали. Кривую OABCDEF можно разделить на 5 характерных участков:

ОА- участок прямо пропорциональный зависимости между силой и деформацией. В границах ОА имеет место упругое деформирование материала и выполнение закона Гука в виде или

Где -нормальное напряжение в поперечном сечении образца; Е- модуль продольной упругости или модуль Юнга; - относительная деформация; - абсолютная деформация; l - длина рабочей части нагружаемого образца; А - площадь поперечного сечения.

ОВ - участок упругости. Точке В соответствует сила F_уп, при которой образец еще не дает при разгрузке остаточной деформации. Точки А и В очень близки друг другу и часто различием между ними пренебрегают.

CD - площадка текучести. На этом участке удлинение образца растет при постоянном значении растягивающей силы, обозначаемой F_T. Для многих материалов наличие участка текучести нехарактерно и диаграмма имеет вид кривой 2. Наличие пластической деформации можно заметить на полированном образце по возникновению тонких линий (полос скольжения), составляющих с осью стержня угол приблизительно равный 45⁰. Такие линии носят название линий Людерса- Чернова.

DE - участок упрочнения. Удлинение образца сопровождается увеличением нагрузки. Точка Е соответствует наибольшему усилию F_max, которое может воспринимать образец. Намечается место будущего разрыва, т.е. имеет место локализация поперечных пластических деформаций, в результате которой на образце образуется местное утончение - "шейка".

ЕК - участок разрушения, внешним проявлением которого служит интенсивное уменьшение диаметра образца в одном месте. Напряжения в шейке продолжают расти до разрыва, но в связи с уменьшением площади сечения сила F уменьшается и при F_k происходит разрыв.

Если испытуемый образец, не доводя до состояния разрушения, разгрузить на участке DE, то в процессе разгрузки зависимость F- l изобразится прямой MN, параллельной участку ОА. При разгрузке общее удлинение уменьшится на величину упругой части NN'= l_Y. Отрезок ON= l_ПЛ представляет собою остаточное или пластическое удлинение.

При повторном нагружении образца диаграмма имеет вид NMEK. Весьма существенно то, что отрезок MN больше отрезка ОА. Следовательно, в результате предварительного нагружения за предел текучести, материал способен воспринимать большие нагрузки без остаточных деформаций. Повышение упругих свойств предварительным пластическим деформированием носит название наклепа или нагартовки, а участок называют участком упрочнения.

Уменьшая в А_о раз (А_о - площадь поперечного сечения образца до деформации) ординаты и в l раз абсциссы на диаграмме F- l, получим диаграмму растяжения в координатах (рис. 2), которая в отличие от диаграммы F- l характеризует свойства материала, а не свойства конкретного образца.

Рис. 2

- предел пропорциональности, наибольшее напряжение до которого материал следует закону Гука. Тангенс угла наклона участка пропорциональности к оси равен модулю упругости Е.

- предел упругости - наибольшее напряжение, до которого материал не получает остаточных деформаций. (Пределу упругости соответствует пластическая деформация равная 0,001-0,05%).

- предел текучести - напряжение при котором деформация растет без заметного увеличения нагрузки. Если площадка текучести отсутствует, то за предел текучести принимаются напряжения, при которых остаточная деформация равна 0,2%.

- предел прочности или временное сопротивление разрыву - максимальное напряжение, которое может выдержать образец. Необходимо отметить, что _B - величина условная, т.к. получена делением силы не на действительную, а на первоначальную площадь поперечного сечения образца. растяжение напряжение материал деформирование

Для построения диаграммы истинных напряжений (показана пунктиром) необходимо учитывать изменение площади поперечного сечения в процессе деформирования.

- условное напряжение в момент разрыва. Истинное напряжение в момент разрыва , где А_Ш - площадь поперечного сечения шейки, измеренная после разрыва. По полученным данным строим диаграмму истинных напряжений.

К моменту разрыва рабочая часть образца l_o удлинилась на величину l. После разрыва упругая часть полной деформации исчезнет и останется только пластическая деформация l_ОСТ = l_К - l₀. Отношение приращения расчетной длины образца l_ОСТ к его первоначальной длине l_o называется относительным остаточным удлинением.

В месте образования шейки сечение образца резко уменьшается. Отношение уменьшения площади поперечного сечения образца в месте разрыва А= А_o - А_Ш к начальной площади S_o поперечного сечения образца называется относительным остаточным сужением. По величинам и оценивают пластические свойства материала при испытании на растяжение. Площадь диаграммы, заключенная между кривой OABCDEK и осью абсцисс представляет собой работу, затраченную на разрушение образца. Приближенно полную работу можно определить по формуле

где - коэффициент полноты диаграммы, для малоуглеродистой стали равный примерно 0,85.

Отношение называют удельной работой или характеристикой статической вязкости. Она характеризует способность материала поглощать энергию при разрыве, вязкость материала и сопротивляемость его воздействию динамических нагрузок.

Полная и удельная работа называются энергетическими характеристиками.

В целях сравнимости результатов испытаний техника и условия испытаний на растяжение, а также форма и размеры образцов стандартизированы.

В цилиндрических образцах должно быть выдержано соотношение между расчетной длиной образца l_o и диаметром d_o у длинных образцов l₀=10d_o, у коротких l₀=5d₀.

где А₀ - площадь поперечного сечения образца, получаем:

для длинного образца

для короткого образца

Эти соотношения нужно выдержать и для плоских образцов.

Рис. 3

В качестве основных применяют образцы с диаметром d₀=10 мм; при этом рабочая длина l₀=100 мм. Допускается применение образцов и других диаметров при условии, что рабочая длина их l₀=10d₀, или l₀=5d₀. Такие образцы называются пропорциональными.

Порядок проведения эксперимента

1. Замерить диаметр образца.

2. Штангенциркулем отложить на рабочей части образца расчетную длину с помощью керна поставить две метки.

3. Установить образец в захваты машины и настроить диаграммный аппарат.

4. Произвести испытание образца до разрыва. При испытании одного образцов с целью наблюдения наклепа рекомендуется разгрузить образец с какой-либо нагрузки за пределом текучести (точки М рис. 1), а затем провести новое нагружение уже до разрушения.

5. Обработать полученную диаграмму растяжения:

а) найти начало диаграммы;

б) отметить на диаграмме ее характерные точки А, В, С, D, Е, К и измерить их координаты (рис. 1);

в) подсчитать площадь диаграммы в см².

6. Замерить штангенциркулем конечную длину расчетной части разрушенного образца l_k.

7. Замерить диаметр шейки d_Ш.

8. Вычислить все необходимые механические характеристики материалов испытуемых образцов по формулам, приведенным выше и определить марку стали.

9. Эксперимент проводится в соответствии со стандартом ГОСТ

10. 1497-73.

Журнал испытаний

Размещено на Allbest.ru