идз механические свойства металлов / Идз 22 вариант
.docxМИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра ФХ
Отчёт
по индивидуальному домашнему заданию №2
по дисциплине «Материаловедение»
Тема: Механические свойства металлов
Студент гр. |
|
|
Преподаватель |
|
Васильев Б. В. |
Санкт-Петербург
2021
Цель работы:
Изучение основных методов определения механических свойств.
Ход выполнения работы
Изучили приведённую литературу.
Ответили на контрольные вопросы
Ознакомились с методикой испытания на растяжение, твёрдость и ударную вязкость
Контрольные вопросы
Под механическими свойствами понимают характеристики, определяющие поведение металла (или другого материала) под действием приложенных внешних механических сил. К механическим свойствам обычно относят сопротивление металла (сплава) деформации (прочность) и сопротивление разрушению (пластичность, вязкость, а также способность металла не разрушаться при наличии трещин). Механические испытания – получение числовых значений механических свойств, то есть значения напряжений или деформаций, при которых происходят изменения физического и механического состояний материала.
Какие испытания называются статическими, а какие динамическими, что они характеризуют? Приведите примеры.
Статическими называют испытания, при которых прилагаемая к образцу нагрузка возрастает медленно и плавно. Чаще применяют испытания на растяжение, позволяющее по результатам одного опыта установить несколько важных механических характеристик металла или сплава.
Динамические испытания – испытания, которые используют для оценки способности металлических материалов переносить ударные нагрузки, а также широко применяемые для выявления склонности металлов к хрупкому разрушению (переезд автомобиля через выбоину на дороге, взлет и посадку самолетов).
Что характеризует модуль упругости (модуль Юнга) материала и как его определить по диаграмме растяжения?
Напряжение, отвечающее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца, называют временным сопротивлением, или пределом прочности:
Напряжение, вызывающее остаточную деформацию, равную 0,2%, называют условным пределом текучести:
Относительное удлинение – характеристика пластичности, определяемая при испытании на растяжение:
Относительное сужение - характеристика пластичности, определяемая при испытании на растяжение:
Модуль упругости (Е) определяет жесткость материала, интенсивность увеличения напряжения по мере упругой деформации. Физический смысл Е сводится к тому, что он характеризует сопротивляемость металла упругой деформации, т.е. смещение атомов из положения равновесия в решетке. По диаграмме растяжения модуль упругости определяется тангенсом угла наклона прямой к оси абсцисс Е=𝜎𝛿, где 𝛿 – относительная деформация
Что такое твёрдость?
Твёрдостью называют свойство материала оказывать сопротивление пластической деформации при контактном воздействии в поверхностном слое.
Назовите три основных метода определения твердости, укажите, как они реализуются?
Метод Бринелля, Роквелла и Виккерса. Метод Бринелля заключается во вдавливании стального шарика диаметром D, мм, в образец (изделие) под действием нагрузки F(P), H (кгс) и измерении диаметра отпечатка d, мм, после снятия испытательной нагрузки.
Метод Роквелла заключается во вдавливании наконечника с алмазным конусом с углом у вершины 120 ºC (шкалы A и C) или со стальным шариком диаметром 1,5875 мм (шкала B) в испытуемый образец (изделие) под действием последовательно прилагаемых предварительной (кгс) и основной (кгс) нагрузок и измерений остаточного увеличения е глубины внедрения наконечника после снятия основной нагрузки и сохранения предварительной нагрузки в единицах измерения 0,002 мм.
Метод Виккерса заключается во вдавливании алмазного наконечника, имеющего форму правильной четырёхгранной пирамиды, в образец (изделия) под действием нагрузки F(P) и измерении диагонали отпечатка d, оставшегося после снятия нагрузки.
Твердость, каких металлов определяют по методу Бринелля, Роквелла (по шкалам A, B, C) и Виккерса?
Метод Бринелля:
1 — сталь, никелевые и титановые сплавы;
2 — чугун;
3 — медь и сплавы меди;
4 — лёгкие металлы и их сплавы;
5 — свинец, олово.
Метод Роквелла: Для измерения высоких значений твердости алмазным конусом чаще всего используются шкалы «А», «С». По ним тестируют образцы из закаленных инструментальных сталей и других твердых стальных сплавов. А сравнительно более мягкие материалы, такие как алюминий, медь, латунь, отожженные стали испытываются шариковыми инденторами по шкале «В».
Метод Виккерса: черные и цветные металлы
Как определяют ударную вязкость при изгибе, что она характеризует? Напишите формулу для расчёта KCU.
Ударную вязкость при изгибе определяют методом динамического испытания на ударный изгиб с измерением величины ударной вязкости. Метод основан на разрушении образца с концентратором посередине одним ударом маятникового корпа.
Под ударной вязкостью KC, Дж/ (кгс*м/ ) понимают работу удара, Дж/(кгс*м/ ), отнесённую к начальной площади поперечного сечения образца в месте концентратора KC=K/ .
Ударная вязкость является интегральной характеристикой, включающей работу зарождения трещины ( ) и работу распространения вязкой трещины ( ) : KCU = .
Какие виды образцов используют при определении ударной вязкости, в каких случаях они используются.
Образцы с концентраторами трёх видов:
а) U с радиусом концентратора R = 1 мм, применяют при приемочном контроле металлопродукции.
б) V с R = 0,25 мм и углом 45º, используют при контроле металлопродукции для ответственных конструкций (транспортных средств, летательных аппаратом др.)
с) T – усталостная трещина, предназначены для испытания материалов, работающих в особо ответственных конструкциях.
Вариант 22
Диаграмма растяжения образца для стали марки 50
Рисунок №1 – «Диаграмма растяжения образца для стали марки 50»
Схема испытания на растяжение:
Рисунок №2 – «Образец до испытания на растяжение»
Рисунок №3 – «Образец после испытания на растяжение»
Схема испытания на твёрдость:
Рисунок №4 – «Схема испытания на твёрдость: а – по Бринеллю, б – по Роквеллу, в – по Виккерсу»
Рисунок №5 – «Образец после испытания на твёрдость»
Схема испытания на ударную вязкость:
Рисунок №6 – «Образец до испытания на ударную вязкость»
Рисунок №7 – «Образец после испытания на ударную вязкость»
= 1920/ 1920/ 1920/28,27 = 67,92 кгс/ = 666,07 МПа
кгс/ = 419,72 МПа
= 4,375*100 / 30 = 14,58%
= = (28,27 – 16,75) * = 11,51 * 3,54 =
= 40,73%
Рассчитываем значение твёрдости по Бринеллю. P = 3000, кг D = 10, мм d = 3,89 мм
HB |
HRA |
HRC |
HRB |
HV |
241 |
62 |
23 |
102 |
240 |
Рассчитаем ударную вязкость при изгибе KCU (МДж/м^2), при mgl = 30,1 Дж, поперечное сечение имеет размеры 8 мм х 10 мм,
МДж/м^2
Рассчитаем модуль упругости – модуль Юнга E по формуле
a =
Вывод: модуль упругости не соответствует требованиям ГОСТ.
Занесём полученные результаты в таблицу и сравним их с требованиями ГОСТ 1050-88 для стали 50.
Результаты испытаний |
|
|
|
|
HB |
KCU |
Модуль упругости |
МПа |
% |
МПа |
МДж/м^2 |
|
|||
666,07 |
419,72 |
14,58 |
40,73 |
241,88 |
|
1,66 |
|
Требования ГОСТ 1050-88 |
не менее |
не более |
не менее |
|
|||
630 |
375 |
14 |
40 |
241 |
0,38 |
|
Вывод: сталь не соответствует требованию ГОСТ 1050-88, так ударная вязкость при изгибе меньше, требуемых 0,38 МДж/ м^2, и значение твёрдости больше 241 МПа.