Определение прочности и пластичности материалов при растяжении

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание

1. Провести испытания на растяжение образцов различных конструкционных материалов.

2. Определить показатели прочности и пластичности заданными методами.

Порядок выполнения работы

1. Изучить основные теоретические положения и условия проведения испытаний на растяжение.

2. Испытать на растяжение образцы различных материалов с записью диаграммы растяжения. Результаты занести в протокол (табл. 1).

3. Обработать результаты, определить механические свойства испытанных материалов и сравнить их с табличными значениями.

4. Определить класс прочности строительной стали (прил. 1 и 2).

5. Определить категорию прочности арматурной стали (прил. 1 и 2).

Таблица 1 Протокол испытаний на растяжение

Цель и задачи работы, применяемое оборудование и материалы, краткие теоретические сведения по теме, схема процесса деформации.

Цель работы - приобретение знаний, умений и навыков определения прочности и пластичности материалов при растяжении.

Задачи:

1. Изучить методику проведения испытаний на растяжение и определения механических свойств.

2. Провести испытания на растяжение различных материалов и определить показатели прочности и пластичности.

Оборудование и материалы

1. Испытательная машина.

2. Линейка, микрометр, штангенциркуль.

3. Лабораторные образцы различных металлических материалов.

1. Основные теоретические положения

Механическими называют свойства, которые материал проявляет при действии на него внешних, механических сил со стороны других тел. Действие силы вызывает деформацию твердого тела, и в нем возникают напряжения. Напряжение является удельной величиной и определяется как отношение силы, действующей на тело, к площади его сечения:

,

где - напряжение; Р - сила; F - площадь поперечного сечения (рис. 1).

a) схема нормальных сил б) схема составляющих сил

Рисунок 1 - Схема нагружения образца

Напряжение в системе СИ выражается в Н/м² или МН/м² или МПа. В общем случае сила не перпендикулярна площадке, на которую она действует. Тогда ее можно разложить на две составляющие: нормальную (перпендикулярную к площадке), создающую нормальное напряжение

(параллельную к площадке), вызывающую касательное напряжение

В механических испытаниях определяются именно эти напряжения. Их же используют при определении усилий, необходимых для обработки металлов давлением и при расчетах деталей на прочность. Это связано с тем, что одни процессы при деформировании и разрушении определяются касательными напряжениями (пластическая деформация, разрушение путем среза), а другие - нормальными (разрушение отрывом). Нормальные напряжения делят на растягивающие и сжимающие. Под действием механических сил твердое тело деформируется. Деформацией в механике называется процесс изменения взаимного расположения каких-либо точек твердого тела. Деформация может быть обратимой (упругой), т.е. исчезающей после снятия нагрузки, и необратимой - остающейся после снятия деформирующего усилия. Необратимую деформацию называют пластической или остаточной. При определенных условиях нагружения деформация может закончиться разрушением.

Процесс деформации под действием постепенно возрастающей нагрузки складывается из трех последовательно накладывающихся одна на другую стадий (рис. 2).

Рисунок 2- Схема процесса деформации

Даже незначительное усилие вызывает упругую деформацию, которая в чистом виде наблюдается только при нагрузках до точки А. Упругая деформация характеризуется прямо пропорциональной зависимостью от нагрузки и упругим изменениям межатомных расстояний. При нагрузках выше точки А в отдельных зернах металла, ориентированных наиболее благоприятно относительно направления деформации, начинается пластическая деформация. Дальнейшее увеличение нагрузки вызывает увеличение и упругой и пластической деформации (участок АВ). При нагрузках точки В возрастание упругой деформации прекращается. Начинается процесс разрушения, который завершается в точке С.

Механические свойства материалов: прочность, твердость, пластичность, вязкость, упругость определяются при различных условиях нагружения и разных схемах приложения усилий. Широко распространено испытание материалов на растяжение, по результатам которого можно определить в частности показатели прочности и пластичности материала.

Прочность - способность материала сопротивляться пластической деформации под действием внешних нагрузок.

Пластичность - способность материала проявлять, не разрушаясь, остаточную деформацию.

Условия приведения испытаний и порядок определения показателей механических свойств регламентированы стандартом ГОСТ 1497-84.

Для проведения испытаний будем применять круглые образцы (рис. 3), у которых начальная расчетная длина пропорциональна диаметру d₀ = 5 мм

Выбираем l₀ = 5 d₀ =25 мм

Рисунок 3- Образец для испытаний: L - общая длина; l - рабочая длина; l₀ - начальная расчетная длина; d₀ - диаметр образца до испытания; R - радиус скругления

2. Механические свойства и их показатели

Свойства материала характеризуются следующими показателями.

Показатели прочности

Сопротивление малым пластическим деформациям характеризуют предел пропорциональности, предел упругости и предел текучести.

1. Предел пропорциональности - напряжение, ниже которого соблюдается прямая пропорциональная зависимость между напряжением и относительной деформацией:

,

где Р_пц - нагрузка при пределе пропорциональности.

2. Предел упругости _0,05 - условное напряжение, при котором остаточная деформация составляет 0,05 % расчетной длины. Ввиду малости величины остаточной деформации на пределе упругости его иногда принимают равным пределу пропорциональности.

3. Предел текучести физический - наименьшее напряжение при котором образец деформируется без увеличения растягивающей нагрузки:

,

Если на кривой деформации отсутствует четко выраженная площадка текучести (рис. 4, а), то определяют предел текучести условный.

4. Условный предел текучести _0,2 - напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,2 % длины участка образца на его рабочей части, удлинение которого принимается в расчет при определении указанной характеристики:

Рисунок 4- Виды диаграмм растяжения различных материалов: а - для большинства металлов в пластичном состоянии с постепенным переходом из упругой области в пластическую (медь, бронза, легированные стали); б - для некоторых металлов в пластичном состоянии со скачкообразным переходом в пластическую область (малоуглеродистая сталь, некоторые отожженные бронзы); в - для хрупких материалов (чугун, стекло, закаленная и неотпущенная сталь, силумин).

.

5. Сопротивление значительным пластическим деформациям (для пластичных материалов) характеризуется пределом прочности:

.

Предел прочности (временное сопротивление) _В - условное напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке Р_МАХ (или Р_В), предшествовавшей разрыву образца.

Показатели пластичности

1. Относительное удлинение после разрыва - отношение приращения расчетной длины образца (l_K - l₀) после разрушения (рис. 5) к начальной расчетной длине l₀, выраженное в процентах:

.

Для определения длины расчетной части l_K после разрыва части образца плотно прикладывают друг к другу (рис. 5) и измеряют расстояние между метками, которые ограничивали начальную расчета длину.

Рисунок 5- Деформация круглого образца при испытании на растяжении

2. Относительное сужение - отношение абсолютного уменьшения площади поперечного сечения в шейке образца (F₀ - F_K) к начальной площади сечения F₀ выраженное в процентах:

,

где F₀ и F_K - площади поперечного сечения образца до и после испытания соответственно.

3. Результаты испытаний с необходимыми расчетами, оформленными в виде таблиц и графиков (диаграмм)

Сталь 3- Сталь углеродистая обыкновенного качества. Класс прочности AI, категория прочности К 30

Таблица 2 Протокол испытаний на растяжение

Рисунок 6- Диаграмма деформирования стали 3

Рисунок 7 - Диаграмма деформирования стали 18Г2С.

Сталь 18Г2C- Сталь легированная марганцем и кремнием. Класс прочности AII, категория прочности К 30

Рисунок 7 - Диаграмма деформирования стали 22Х2Г2P.

Сталь 22Х2Г2P - Сталь легированная хромом, марганцем и бором,. Класс прочности A VI, категория прочности КТ 90

4. Выводы по результатам проделанной работы

В ходе выполнения работы определены показатели, характеризующие прочность и пластичность трех типов сталей, углеродистой обыкновенного качества и легированных. По результатам испытаний построены диаграммы деформирования для всех сталей.

прочность пластичность сталь растяжение

Список литературы

1. Материаловедение и технология металлов]: учебник для студентов вузов, обучающихся по машиностроительным специальностям / Г.П. Фетисов [и др.]; ред. Г. П. Фетисов. - 6-е изд., доп. - М.: Высшая школа, 2008. - 877 с.

2. Материаловедение [Текст]: учебник для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки и специальностям в области техники и технологии / Б.Н. Арзамасов [и др.]; ред.: Б.Н. Арзамасов, Г.Г. Мухин. - 7-е изд., стер. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. - 648 с. гриф минобразования.

3. Пейсахов А.М. Материаловедение и технология конструкционных материалов [Текст]: учебник для студентов немашиностроительных специальностей / А.М. Пейсахов, А.М. Кучер. - СПб.: Изд-во Михайлова В.А., 2003. - 407 с.

4. Солнцев Ю.П. Материаловедение [Текст]: учебник для студентов вузов, обучающихся по металлургическим, машиностроительным и общетехническим специальностям / Ю.П. Солнцев, Е.И. Пряхин; ред. Ю.П. Солнцев. - СПб.: Химиздат, 2004. - 736 с.

5. Справочник по конструкционным материалам [Текст]: справочное издание / Б.Н. Арзамасов [и др.]; под ред.: Б.Н. Арзамасова, Т.В. Соловьевой. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. - 638 с.

6. ГОСТ 1497-84 Металлы. Методы испытаний на растяжение [Текст]. - Введ. 01.01.1986. Взамен ГОСТ 1497-73. - М.: Стандартинформ, 2008. - I, 22с.

7. ГОСТ 380-2005 Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки [Текст]. Введ. 01.07.2008. Взамен ГОСТ 380-94. - М.: Стандартинформ, 2008. - 12 с.

8. ГОСТ 5781-82 Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Технические условия [Текст]. Введ. 01.07.1983. Взамен ГОСТ 5781-75, ГОСТ 5.1459-72. - М.: Стандартинформ, 2005. - I, 10 с.

10. ГОСТ 10884-94 Сталь арматурная термомеханически упрочненная для железобетонных конструкций. Технические условия [Текст]. Введ. 01.01.1996. Взамен ГОСТ 10884--81. - Минск: Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 2004. - 18 с.

11. ГОСТ 19281-89 Прокат из стали повышенной прочности. Общие технические условия [Текст]. Введ. 01.01.1991. Взамен ГОСТ 19281-73, ГОСТ 19282-73. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2003. - I, 16 с.

12. ГОСТ 12004-81 Сталь арматурная. Методы испытания на растяжение [Текст]. Введ. 01.07.1983. Взамен ГОСТ 12004-66. - М.: Стандартинформ, 2009. - I, 10 с.

Размещено на Allbest.ru