Главная страница Случайная страница
Разделы сайта
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Лабораторная работа № 1
|
|
ТЕМА: Определение механических характеристик сталей при растяжении
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: научиться определять механические характеристики: предел текучести, предел прочности сталей при растяжении. Построить диаграмму растяжения для данного образца по результатам опыта. Определить марку стали по таблице механические характеристики для углеродистых сталей по пределу прочности (σ в), предел текучести (σ т), относительному удлинению (ε) и относительному сужению (ε ').
ОБЪЕКТ: стальной образец, (стержень), штангенциркуль,
ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА
Специализированная машина для испытаний ИМ-4Р
КРАТКИЙ КУРС ТЕОРИИ:
На большинстве машин имеется приспособление, называемое диаграммным прибором, с помощью которого на листе бумаги вычерчивается зависимость (график) между удлинениями, полученными образцом, и нагрузками, соответствующими этим удлинениям. По вертикальной оси откладывается в определённом масштабе действующая на образец растягивающая сила F, а по горизонтальной оси - абсолютные удлинения ∆ l. Для изучения механических свойств материала удобнее диаграмма в координатах «напряжение – относительное удлинение» (σ, ε).
Поскольку нормальное напряжение σ вычисляется по первоначальной площади поперечного сечения А о, которая, в процессе нагружения образца уменьшается, а ε находится в предположении равномерного распределения продольных деформаций, то диаграмма σ -ε называется условной.
Тангенс угла φ между наклонной прямой 0А и горизонтальной координатой ε равен модулю нормальной упругости:
Точка А на диаграмме соответствует пределу пропорциональности.
Пределом пропорциональности σ пц называется, то наибольшее напряжение, до которого деформации растут пропорционально нагрузке, т.е. справедлив закон Гука.
Точка В соответствует другому пределу, который называется пределом упругости, практически соответствующей пределу пропорциональности.
Пределом упругости σ уп называется максимальное напряжение, до которого в материале появляются только упругие деформации. Предел упругости подавляющего большинства материалов практически совпадает с пределом пропорциональности, и по этому их обычно считают одинаковыми.
Точка С соответствует пределу текучести σ т.
Пределом текучести σ т называется напряжение, при котором деформации увеличиваются без увеличения нагрузки.
Явление текучести металлов связано с изменением внутренней структуры и представляет собой результат необратимых смещений ионов и атомов в кристаллической решётке зёрен металла и протекает в основном путём скольжения и двойникования. Качественная сторона явления текучести проявляется в виде сетки нитей (линий Людерса-Чернова), которые появляются на полированной поверхности растянутого образца, направленных под углом около 45° к оси образца. Эти линии являются следами скольжения слоев, по которым действуют наибольшие касательные напряжения.
Точка Е соответствует пределу прочности σ в.
Пределом прочности называется отношение наибольшей растягивающей силы, которую выдерживает образец, к первоначальной площади поперечного сечения Ао, т.е.. 
Следовательно, предел прочности сечения σ в является условной величиной, которая меньше истинного напряжения прочности, так как к этому моменту деформирования образца его. действительная площадь сечения меньше первоначальной.
После достижения предела прочности характер относительных продольных удлинений изменяется. Они концентрируются в одном месте на небольшой длине, где происходит местное сужение образца и образуется так называемая шейка, в пределах которой затем происходит разрыв образца. Это соответствует точке К на диаграмме.
ХОД РАБОТЫ:
Испытания производятся при нормальном давлении, и температуре на машине ИМ-4Р. Цена деления - 100Н.
1. Испытуемый образец до опыта.
2. Установить образец в захваты разрывной машины и настроить диаграммный аппарат.
3. Произвести включение электродвигателя и произвести нагружения до разрыва образца
4. Снять с барабана диаграмму растяжения образца и обработать её.
5. Образец после опыта.
 |
= мм2, площадь поперечного сечения в месте разрыва
lp = мм, длина образца после опыта
D= мм, диаметр образца после опыта
6. СТРОИМ ДИАГРАММУ РАСТЯЖЕНИЯ ДЛЯ СТАЛЬНОГО ОБРАЗЦА В КООРДИНАТАХ
«СИЛА – АБСОЛЮТНОЕ УДЛИНЕНИЕ»
= мм, удлинение стального образца, абсолютное
удлинение
т. Е соответствует силе F = Н max нагрузка, которую выдерживает
образец
т. С соответствует силе F = Н сила, при которой действует площадка
текучести
т. К соответствует силе F = Н сила, при которой производится разрыв
образца
|
 |
т 
= Н/мм2, предел текучести
в = Н/мм2, предел прочности
= относительное удлинение (в др. лит. )
ε '= 
= относительное сужение (в др. лит. 
)
7. МАРКА СТАЛИ:
8. ВЫВОД:
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какой вид имеет диаграмма растяжения для пластического материала?
2. Дайте краткую характеристику ее участников?
3. Дайте определение предела текучести?
4. Как он вычисляется при отсутствии площадки текучести?
5. Дайте определение предела прочности (временного сопротивления) материала?
6. Как деформируется пластичный материал на конечном участке диаграммы?
7. Какие свойства материала характеризует диаграмма растяжения?
Лабораторная работа №2
ТЕМА: Исследование влияние наклёпа на прочность стали
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: с помощью явления наклёп повысить прочность
стали; выяснить положительные и отрицательные
стороны данного явления
ОБЪЕКТ: стальной образец, штангенциркуль
ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА
Специализированная машина для испытаний ИМ-4Р
КРАТКИЙ КУРС ТЕОРИИ
Если повторно растянуть образец за предел текучести, например до напряжения, соответствующего точке В1, а затем снять нагрузку, то получим на диаграмме линию разгрузки В1 О1, почти параллельную ОА. При этом упругая часть удлинения исчезнет, а остаточное удлинение образца выразится абсциссой OO1.
|
Таким образом, предел текучести
пропорциональности, характеризуемый на диаграмме точкой А, будет теперь отвечать точке В1.
Следовательно, область упругих деформаций увеличивается, и материал получает способность воспринимать без остаточных деформаций большие, нагрузки, т.е. можно сказать, что в результате предварительной вытяжки материала его прочностные свойства повышаются и при этом, однако, пластичность материала понижается.
Явление повышения прочностных свойств материала с одновременным понижением пластичности в результате предварительной вытяжки его за предел текучести называется наклёпом.
Можно сказать, что наклёп – это своеобразная «закалка» стали, вызванная остаточными удлинениями при растяжении ее за предел текучести. Явление наклёпа наблюдается, например, при разрезании ножницами стальных листов, края которых, получая наклёп, становятся более хрупкими. При изгибе таких листов, например для изготовления днищ котла, по краям их иногда образуются трещины, так как потерявшие свою пластичность края листа уже не могут получать значительных удлинений.
То же можно наблюдать при выдавливании отверстий в листах для заклёпочных соединений. Края отверстий, получая наклёп, становятся более хрупкими, чем весь остальной лист. Поэтому выдавливание отверстий заменяют сверлением или рассверливанием выдавленных отверстий, удаляя хрупкую часть металла.
Приведённые примеры наклёпа являются отрицательной его стороной. Но на практике во многих случаях он полезен. (Например, цепи подъемных машин, арматура железобетонных конструкций, провода, тросы подвергаются предварительной вытяжке за предел текучести). Проволока, полученная волочением, в результате наклепа имеет значительно большую прочность, чем точенный образец того же размера.
Однако следует иметь в виду, что предварительно вытяжку можно применять только в тех случаях, когда точно известно, что этот элемент конструкции будет работать только на растяжение. Если же ему придётся периодически работать и на сжатие, то предварительная вытяжка вредна.
ХОД РАБОТЫ
Испытания производятся при нормальном давлении, и температуре на машине ИМ-4Р. Цена деления - 100Н.
1. Испытуемый образец до опыта
2. Установить образец в захваты разрывной машины и настроить диаграммный аппарат
3. Произвести включение электродвигателя и произвести нагружения
4. Растягиваем образец так, что в нем возникает предел текучести, затем
снимаем нагрузку
5. Нагружаем образец, так чтобы выйти за предыдущий предел
текучести и так делаем три раза
6. После чего снова нагружаем образец до разрыва образца
7. Снять с барабана диаграмму растяжения образца и обработать её
σ т = Н/мм2 - предел текучести стального образца из л.р. №1.
σ т = Н/мм2 - предел текучести 1 стального образца
σ т = Н/мм2 - предел текучести 2 стального образца
σ т = Н/мм2 - предел текучести 3 стального образца
σ в = Н/мм2 - предел прочности стального образца.
8. Строим диаграмму наклёпа
|  | |||
т. C1 – соответствует ft1 = Н.
т. С2 – соответствует F T2 = Н.
т. Сз – соответствует ft3 = Н.
т. Д – соответствует Fпч = Н. mах
нагрузки на образец
т. К – соответствует fk = Н,
нагрузка, при которой
происходит разрушение образца
l = мм, длина образца после опыта
Δ lост = l1- l мм, абсолютное удлинение
l, mm
9. Определяем предел прочности для данного стального образца
σ вн = Fпч. /А = Н/мм2 предел прочности стального образца
Δ σ - увеличение прочности стали за время опыта
Вывод:
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какой вид имеет диаграмма растяжения для пластического материала?
2. Дайте краткую характеристику ее участников?
3. Дайте определение предела текучести?
4. Как он вычисляется при отсутствии площадки текучести?
5. Дайте определение предела прочности (временного сопротивления) материала?
6. Как деформируется пластичный материал на конечном участке диаграммы?
7. Какие свойства материала характеризует диаграмма растяжения?
Лабораторная работа №3
ТЕМА: Испытание хрупких материалов на сжатие и
определение предела прочности
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: определить предел прочности, для чугуна при
сжатии, а так же максимальное касательное
напряжение в плоскости разрушения, построить
диаграмму сжатия для чугуна
ОБЪЕКТ: чугунный образец призматической формы,
штангенциркуль
ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА
Специализированная машина для испытаний ИМ-4Р
КРАТКИЙ КУРС ТЕОРИИ
 
|
Характер поведения и разрушения при сжатии хрупких материалов резко отличается от поведения пластичных материалов. Хрупкие материалы при сжатии (также как и при растяжении) разрушаются при очень малых продольных деформациях образца, а само разрушение происходит внезапно. Кроме того, предел прочности у хрупких материалов при сжатии много больше предела прочности при растяжении. В качестве примера рассмотрим поведение при сжатии образца из серого чугуна и соответствующую диаграмму сжатия(1) и растяжения (2).
В начале нагружения образца диаграмма представляет собой кривую (1) с небольшой кривизной, затем кривизна увеличивается. При максимальном значении напряжения, которое принимается за предел прочности при сжатии σ пчс, диаграмма резко обрывается и происходит разрушение образца. Перед разрушением на поверхности образца появляется ряд наклонных трещин, направленных под углом 45° к его продольной оси. В момент разрушения в средней части происходит откалывание материала, и образец принимает вид двух усечённых конусов, соединенных меньшими основаниями. Примерно такую же диаграмму сжатия имеют образцы приготовленных из цемента, бетона и других хрупких материалов. Сам же процесс разрушения может происходить по-разному в зависимости от условий контакта по поверхности между образцом и плитами испытательного процесса. Если между образцом и плитами процесса имеется трение, то образец разрушается путем выкалывания материала в средней его части, принимая вид двух усечённых пирамид. Если же трение отсутствует (которое устраняется путем смазки этих поверхностей), то образец раскалываемся по продольному направлению на несколько продольных частей. В результате проведения механических испытаний устанавливают предельные напряжения, при котором образец от действия статических нагрузок разрушается. Предельным (опасным) напряжением для хрупких материалов является предел прочности σ пч, значение которого при растяжении и сжатии различно:
σ пчр, ≤ σ пчс.
ХОД РАБОТЫ
Испытания производятся при нормальном давлении, и температуре на машине ИМ-4Р. Цена деления - 100Н.
1. ИСПЫТУЕМЫЙ ЧУГУННЫЙ ОБРАЗЕЦ ДО ОПЫТА
Геометрические параметры образца:
а = мм, ширина образца
lo = мм, высота образца
b = мм, длина образца
А=a b мм2, площадь поперечного сечения образца
2. Установить образец в захваты разрывной машины и настроить диаграммный аппарат.
3. Произвести включение электродвигателя и произвести нагружения на сжатие до разрушения образца
4. Снять с барабана диаграмму сжатия образца и обработать её
5. ЧУГУННЫЙ ОБРАЗЕЦ ПОСЛЕ ОПЫТА
|
Fсж = Н, нагрузка, которую выдерживает образец
Fmax = Н, нагрузка, при которой происходит
разрушение образца
=45о угол наклона плоскости разрушения
σ max 
Н/мм2, предел прочности образца
при сжатии
τ max=(σ пчс/2)sin2 φ = Н/мм2, касательное напряжение в плоскости разрушения
6. СТРОИМ ДИАГРАММУ СЖАТИЯ
 |
ВЫВОД:
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какую форму имеют образцы для испытания на сжатие?
2. Какие характерные участки можно выделить на диаграмме сжатия чугуна?
3. Для каких материалов не определяется предел прочности при сжатии? Почему?
4. По каким признакам можно установить начало текучести при сжатии?
5. Какие причины вызывают разрушение чугунного образца?
|
|