лаба 8 шк

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Омский государственный технический университет

Кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий»

Лабораторная работа №8

ИСПЫТАНИЕ МАТЕРИАЛОВ НА РАСТЯЖЕНИЕ

Вариант №3

Выполнил:

студент группы Э-222с

Тарасов Д. Ю.

Проверил: преподаватель

Шкаруба М.В.

Омск 2014

Цель работы: определение характеристик механических свойств углеродистой стали при испытании на растяжение.

Конструкционные материалы – это твердые материалы, предназначенные для изготовления изделий, подвергаемых механической нагрузке.

Конструкционные материалы можно разбить на следующие типы:

1. Металлы и сплавы (стали, чугуны, цветные металлы и т. д.).

2. Неметаллические материалы (полимеры, пластмассы, древесные материалы, резины и т. д.).

3. Композиционные материалы. Это материалы, объединенные разными способами в монолит и сохраняющие при этом индивидуальные особенности.

Компоненты композиционного материала различны по геометрическому признаку. Компонент, который обладает непрерывностью по всему объему, называется матрицей (связующим). Матрицы могут быть полимерными, металлическими и т. д. Компонент же прерывный, разделенный в объеме композиционного материала, считается армирующим или упрочняющим. Эти компоненты, как правило, обладают высокой прочностью, твердостью и по этим показателям значительно превосходят матрицу. Прообразом современных композиционных материалов считается железобетон.

Несмотря на достигнутые успехи в создании и использовании неметаллических материалов (пластмассы, полимеры и др.), основными конструкционными материалами еще долгое время будут оставаться металлы и сплавы. Поэтому только они и рассматриваются в данном курсе (из-за ограниченного объема часов).

Под металлами понимают вещества, обладающие металлическим блеском, высокими пластичностью, тепло- и электропроводностью, прочностью. К металлам относятся не только чистые металлы, но и сплавы.

В качестве конструкционных материалов в основном используются сплавы, так как они обладают более высокими механическими свойствами по сравнению с чистыми металлами.

Для конструкционных материалов особенно важны механические свойства, так как они характеризуют возможность их использования в изделиях, эксплуатируемых при воздействии механических нагрузок. Количественные характеристики механических нагрузок определяют в результате испытаний. К числу наиболее распространенных статических испытаний, позволяющих определить основные характеристики механических свойств металла, относятся испытания на растяжение, которые рассмотрены в лабораторной работе №8.

Многие электротехнические материалы в установках одновременно с электрической несут и механическую нагрузку (например, провода ЛЭП, троллейбусов, трамваев и т. д.). Поэтому для них наряду с электрическими параметрами необходимо знать и механические (предел прочности _в и относительное остаточное удлинение ). Эти параметры очень важны при правильном выборе материала, т. к. у одного и того же материала в зависимости от технологии изготовления эти параметры могут изменяться в широких пределах. В ряде случаев приходится за счет ухудшения электрических параметров увеличивать механическую прочность. Например, в контактных проводах троллейбусов и трамваев благодаря высокой прочности бронза стала применяться вместо меди.

Для сравнения в таблице 8.1 приведены механические свойства некоторых проводников [2].

Таблица 8.1

Материал	Предел прочности в, МПа	Относительное удлинение ,%
Алюминий мягкий (АМ)	80	10−18
Алюминий твердый (АТ)	160−170	1,5−2
Медь мягкая (ММ)	260−280	18−35
Медь твердая (МТ)	360−390	0,5−2,5
Бронза	800−1200	1,5−10

Для определения механических характеристик прочности и пластичности проводят испытания на растяжение образцов из исследуемого материала в испытательных машинах. В лабораторной работе испытываются образцы из углеродистой конструкционной стали, которая и в энергетике нашла широкое применение (из нее делают опоры линий электропередач, порталы и осветительные вышки на подстанциях и т. д.).

Углерод в сталь вводится специально, т. к. с повышением его содержания существенно возрастает прочность стали.

Углеродистые стали относятся к числу самых распространённых конструкционных материалов [5]. Объём их производства достигает 85 % от общей выплавки стали. Достоинствами углеродистых сталей являются удовлетворительные механические свойства в сочетании с технологичностью обработки и низкой стоимостью.

Углеродистые стали подразделяются на три основные группы [5]:

− обыкновенного качества;

− качественные стали (общего назначения);

− стали специального назначения (котельную, мостовую, судостроительную и др.).

Углеродистые стали обыкновенного качества характеризуются значительным содержанием вредных примесей, неметаллических включений, газов. Они обозначаются буквами «Ст» и цифрами от 0 до 6. В зависимости от назначения и гарантируемых свойств их подразделяют на три группы: А, Б, В. Эти стали применяются для изготовления металлоконструкций, ненагруженных деталей машин и механизмов, крепёжных деталей, рельсов и т. д.

Углеродистые качественные стали имеют меньшее по сравнению со сталями обыкновенного качества содержание вредных примесей и неметаллических включений. Поставляют их в виде проката, поковок, профилей различного назначения с гарантированными механическими свойствами и химическим составом. Эти стали маркируют двухзначными цифрами от 05 до 85, обозначающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь Ст20 содержит в среднем 0,20 % углерода. Эти стали применяют в машиностроении и приборостроении для изготовления кузовов автомобилей, корпусов, зубчатых колёс, осей и т. д.

Углеродистые стали специального назначения отличаются хорошей обрабатываемостью, они предназначены в основном для приготовления деталей массового производства. При обработке, например,автоматных сталей на станках-автоматах образуется короткая и мелкая стружка. Котельнаясталь хорошо сваривается. Из неё изготавливают котлы, судовые топки, камеры горения газовых турбин и т. д.

Испытание на растяжение относится к числу наиболее распространенных статических испытаний, позволяющих определить основные характеристики механических свойств металла. К преимуществам такого испытания относятся: сравнительная простота эксперимента и возможность получить растяжение в чистом виде.

Для испытания используются стандартные образцы с рабочей частью в виде цилиндра (цилиндрические образцы) или стержни с прямоугольным сечением (плоские образцы). Размеры образцов устанавливает ГОСТ 1497-84.

образец для испытания

Отношение начальной длины образца lo к начальному диаметру do (k=lo/do) называется кратнастью образца

Применяются образцы кратностью

K=2;5 и 10.

Размер образца испытываемого в лабораторной работе :

1. Начальная длина lo=25мм

2. Начальный диаметр do=5мм

3. Кратностью k=5

4. Расчетное начальное сечение образца So=19,63мм*ммили So=19.63*10^-6м*м

По величине нагрузки Pвычислим напряжение ,б=P/So в Мпа(Ньютон/м*м)).

nn	p	dlm,мм	dl,мм	lgRσ,MПa	ε (o,e)
0	0	0	0	0	0
1	70	1,8	0,108	34,9	0,004
2	130	3,5	0,21	64,9	0,008
3	201	5,3	0,318	100,3	0,013
4	281	7,5	0,45	140,2	0,018
5	381	10,1	0,606	190,2	0,024
6	451	12	0,72	225,1	0,029
7	532	14,1	0,846	265,5	0,034
8	572	15,2	0,912	285,5	0,036
9	602	16	0,96	300,5	0,038
10	652	17,8	1,068	325,4	0,043
11	677	19,1	1,146	337,9	0,046
12	682	20,1	1,206	340,4	0,048
13	682	24,1	1,446	340,4	0,058
14	692	25,1	1,506	345,4	0,06
15	702	26,1	1,566	350,4	0,063
16	757	30,1	1,806	377,8	0,072
17	812	35,1	2,106	405,3	0,084
18	853	40,1	2,406	425,7	0,096
19	883	45,1	2,706	440,7	0,108
20	908	50,1	3,006	453,2	0,12
21	928	55,2	3,312	463,2	0,132
22	941	60,2	3,612	469,7	0,144
23	954	65,2	3,912	476,2	0,156
24	964	70,2	4,212	481,1	0,168
25	971	75,2	4,512	484,6	0,18
26	979	80,2	4,812	488,6	0,192
27	983	85,3	5,118	490,6	0,205
28	987	90,3	5,418	492,6	0,217
29	990	95,3	5,718	494,1	0,229
30	991	100,3	6,018	494,6	0,241
31	993	105,3	6,318	495,6	0,253
32	990	109,3	6,558	494,1	0,262
33	988	112,3	6,738	493,1	0,27
34	978	116,3	6,978	488,1	0,279
35	958	120,4	7,224	478,1	0,289
36	923	125,4	7,524	460,7	0,301
37	873	130,4	7,824	435,7	0,313
38	832	132,9	7,974	415,3	0,319
39	787	135,4	8,124	392,8	0,325
40	732	137,4	8,244	365,3	0,33
41	702	138,4	8,304	350,4	0,332
42	682	138,9	8,334	340,4	0,333
43	652	139,4	8,364	325,4	0,335
44	602	139,9	8,394	300,5	0,336

Зависимость P=F(dlm)Машинная (первичная) диаграмма растяжения пластичного материала с площадкой текучести

Зависимость σ = f()

Диаграммы напряжений: а) условная; б) истинная

Прочность – это свойство материала сопротивляться деформации или разрушению. Рассмотрим основные характеристики прочности.

В области упругой деформации (участок ОА, рис. 8.5) зависимость между напряжением  и относительной деформацией пропорциональна и известна под названием закона Гука:

 = Е·,

где Е – модуль Юнга или модуль нормальной упругости измеряется в МПа и характеризует жесткость материала. Чем выше Е, тем материал жестче, т. е. меньшую упругую деформацию вызывает одна и та же нагрузка.

Предел пропорциональности(_пц) − это напряжение, при котором отступление от линейной зависимости достигает некоторого значения, установленного техническими условиями. В качестве технического условия обычно берут следующее: при напряжении _пц тангенс угла наклона, образованного касательной к кривой деформации с осью нагрузок, увеличивается на 50 % по сравнению с линейным участком (более подробно определение основных показателей прочности и пластичности изложено в самой лабораторной работе).

Предел текучести(_т) – это напряжение, при котором материал деформируется (течет) без заметного изменения нагрузки (рис. 8.7).

У большинства материалов диаграмма растяжения не имеет площадки текучести. В этом случае задаются допуском на остаточную деформацию образца и определяют условный предел текучести.

Вывод: Мы научились определять характеристики механических свойств углеродистой стали при испытании на растяжение.

• определили начальное сечение образца;

• построили зависимость σ = f(), срисовать ее и заполнить таблицу 8.2;

• определили основные характеристики σ_пц, σ _т, σ _в, σ _к, δ;

σ_{пц=325,42 МПа}

σ _{т=340,39 МПа}

σ _{(0,2)=693,21 МПа}

σ _{в=495,62 МПа}

σ _{к=300,47 МПа}

Полное удлинение Е=33,576%

Остаточное удлинение δ=29,74%

Если перед разрывом с образца снять нагрузку,то происходит разгрузка , которая идет по линии DFпараллельной упругой деформации ОА.

Отрезок ОFравен относительному остаточному удлинению (δ).