Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Лабораторная работа № 5






Влияние надреза на механические свойства стали

 

5.1. Цель работы: ознакомиться с влиянием остроты надреза на механические свойства, стали.

 

5.2. Теоретическая часть

 

Выявление механических свойств при статических испытаниях обычно осуществляется на гладких (постоянного сечения) образцах. Однако в критических условиях детали конструкций имеют переходы в сечениях, отверстия, резьбу и неровности, что очень сильно отражается на реальной прочности и особенно пластичности материала деталей. Перенесение для таких деталей характеристик механических свойств, полученных при испытании стандартных гладких образцов, в ряде случаев является не­правомерным. Это объясняется тем, что неровности в деталях приводят к концентрации напряжений и изменению напряженного состояния металла в части детали, где имеет место изменение сечения, которое называется концентратором напряжений. На рис.5.1 показаны схемы эпюр напряжений, возникающих по сечению в гладком образце и в надрезанной части образ­ца с концентратором напряжений.

 

 

Рисунок.5.1. Эпюры напряжений при растяжении гладкого (а), остро надрезанного (б) и образца (в) с "мягким" надрезом

 

Концентрация напряжений (К) тем больше, чем острее дефект и больше его длина, что выражается следующей формулой:

 

 

где - длина надреза (иного дефекта); r - радиус закругления в вершине дефекта.

Величина r может быть очень малой, т.е. трещина очень острая, но она не может быть меньше 0,1Нм (10 мм), т.е. меньше, чем диа­метр атома, и надо полагать, что минимальный радиус трещин составляет примерно 10-5 мм. Отсюда для такой предельно острой трещины величина К составляет (в зависимости от длины):

 

К
, мм 0,1 0,01

 

Это значит, что если такая предельно острая трещина доросла до ℓ мм, то в ее вершинах напряжение в 600 раз больше среднего. В деталях с надрезом (рисунок 5.2) возникает трехосное напряженное состояние, увеличивающее склонность к хрупкому разрушению (рисунок 5.2). Чем острее и глубже надрез, тем выше неоднородность напряжения в сечении. Для пластичных металлов при нагружении происходит местная пластическая дефор­мация, в результате чего происходит изменение напряженного состояния: максимум осевых напряжений перемещается вглубь образца и опасность хрупкого разрушения таких материалов меньше, чем высокопрочных.

 

 

σ - распределение по сечению осевых нормальных напряжений;

σr - распределение по сечению радиальных напряжений;

στ - распределение тангенциальных касательных напряжений.



 

Рисунок 5.2. Схема распределения напряжений в образце с надрезом.

 

У весьма пластичных материалов выравнивание может произойти лож­ью, разрыв образца в этом случае произойдет тогда, когда осевое напряжение по всему сечению достигнет истинного предела прочности.

Для хрупких и мало пластичных материалов, обладающих высоким сопротивлением пластической деформации, пластическая деформация не получает должного развития и выравнивание напряжений по сечению не про­исходит. Поэтому у дна надреза достигается напряжение, соответствующее истинному сопротивлению отрыва.

 

5.3. Порядок проведения работы

 

5.3.1. Подготовить к испытанию 3 образца из стали 45 (один гладкий, второй с надрезом 150 °, третий с надрезом 60˚).

С помощью лупы с точностью до +- 0,1мм измерить диаметр у дна надреза и рабочую длину p = 5d , отметить кернами на поверхности образцов. Зарисовать эскизы образцов (рисунок 7.3).

 

 

Рисунок 5.3. Эскизы образцов для испытаний на растяжение

 

5.3.2. Испытать образцы с записью диаграммы растяжения.

5.3.3.На разрушенных образцах измерить диаметры в месте разрушения с помощью лупы и измерить конечную длину ℓк между кернами.

5.3.4. Результаты замеров до и после испытания занести в таблице 5.1.

5.3.5. По диаграмме растяжения определить Р 0,2 (или Pm, если есть площадка текучести), Рв, Рк и ∆ℓ с учетом масштаба диаграммы, как показано на рисунок 7.4. Для определения Р0,2 на оси ∆ℓ откладываем отрезок ∆ℓ0,2 = ℓp∙ 0.002 M ( ℓp - расстояние между корнами по длине образца, М - масштаб удлинения).



Из конца отрезка проводим прямую параллельно участку пропорциональности до пересечения с диаграммой. Точка пересечения m дает P 0,2, точка к – Pк. Значения нагрузок заносим в табл.5.1.

 

Таблица 5.1. Значения размеров образцов и нагрузок при испытании на растяжение

 

Тип образцов d, мм dк, мм ℓo, мм ℓк, мм Fo, мм2 Fк, мм2 ∆ℓ, мм M∆ℓ Pв, Н Mp P0.2, Н Pк, Н
1.Гладкий                        
2.Надрез 150º                        
3.Надрез 60º                        

 

 

 

Рисунок 5.4. Диаграмма растяжения

 

5.3.6. По данным таблицы 5.1 произвести расчет характеристик механических свойств. Значения механических свойств занести в таблицу 5.2.

 

Определить и занести в таблицу 5.2. отношение

σн / σгл

 

Таблица 5.2. Значения характеристик механических свойств

 

Тип образцов δ5, % Ψ,% σ0.2, МПа σВ, МПа Sк, МПа
1.Гладкий          
2.Надрез 150º          
3.Надрез 60º          

 

 

5.3.7.Сопоставить полученные данные и сделать выводы по влиянию угла надреза.

 

5.4. Требования к отчету

 

В отчете по работе должны быть представлены в виде схем диаграм­мы деформации, результаты их анализа, сведенные в таблицы и выводы.

 

5.5 Вопросы для подготовки

 

1. Почему необходимо учитывать влияние концентратора напряжет!» на механические свойства металлов?

2. Как влияет надрез на характер напряженного состояния по сече­нию?

3. Чем можно объяснить отсутствие связи между твердостью и преде­лом прочности на разрыв хрупких материалов? (За основу следует взять физическую сущность этих характеристик материала).

4. Как влияет острота надреза на прочность и пластичность?

5. Почему σ0,2, σ Т, σв могут строго характеризовать сопротивле­ние материалов разрушению




mylektsii.ru - Мои Лекции - 2015-2020 год. (0.015 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал