Лабораторная работа

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

Цель работы: ознакомиться со стандартными методами испытания материалов для определения характеристик таких механических свойств, как прочность, пластичность и твердость; изучить методику расчета значений этих характеристик по результатам испытаний.

1. Определение характеристик прочности

Прочность – свойство материала сопротивляться пластической деформации и разрушению под действием внешних сил.

В зависимости от способа приложения нагрузки различают прочность при растяжении, изгибе, сжатии, кручении, прочность на срез, при действии циклической или знакопеременной нагрузки – усталостную прочность и др.

В зависимости от скорости приложения нагрузки различают

статическую прочность, характеристики которой определяются при медленном равномерном возрастании нагрузки;

динамическую прочность, характеристики которой определяются при ударном приложении нагрузки.

В зависимости от температуры испытания различают

прочность при температуре () °C,низкотемпературную прочность и прочность при повышенной и высокой температуре.

1.1. Определение характеристик статической прочности

Основными характеристиками статической прочности материалов являются предел текучести σ_т, который характеризует способность материала сопротивляться пластической деформации, и предел прочности при растяжении (временное сопротивление) σ_в. Значения названных характеристик определяют по ГОСТ 1497-84 (Металлы. Методы испытаний на растяжение). Для испытаний применяют специальные цилиндрические или плоские стандартные разрывные образцы (рис. 1), которые изготавливаются на металлорежущих станках из заготовок. Правила вырезки этих заготовок из изделий указаны в стандартах. Образец закрепляют в испытательной машине, схема которой приведена на рис. 2, и нагружают.

А б

Рис. 1. Стандартные образцы для испытания на статическое осевое растяжение: а – круглые образцы; б – плоские образцы с головками

На рис. 2 обозначено: 1 – собственно машина; 2 – винт грузовой; 3 – нижний захват (активный); 4 – образец; 5 – верхний захват (пассивный); 6 – силоизмерительный датчик; 7 – индикатор нагрузок; 8 – привод нагружающего механизма.

Рис. 2. Расчетная схема испытательной машины

Результаты испытаний фиксируются на диаграмме растяжения (график зависимости напряжения σ от деформации ε, рис. 3). При этом силу Р, растягивающую образец, относят к первоначальной площади поперечного сечения F₀ (это отношение называется напряжением σ), а удлинение образца l – к первоначальной длине расчетной части образца l₀:

σ = P / F₀, (1)

ε = Δl / l₀, (2)

П

σ_в

σ_т

σ, Па

ε

редел текучести физический (нижний предел текучести)σ_т – наименьшее напряжение, соответствующее растягивающему усилию Р_т, при котором образец деформируется без заметного увеличения этого усилия, Н/м² (МПа, кгс/мм²):

Рис. 3. Условная диаграмма растяжения

σ_т = Р_т / F₀, (3)

где Р_т – наименьшая нагрузка, соответствующая стадии текучести материала на диаграмме растяжения образца, Н (кгс);

F₀ – начальная площадь поперечного сечения образца, м² (мм²).

Предел прочности при растяжении (временное сопротивление) σ_в – напряжение, соответствующее наибольшему усилию Р_max, предшествующему разрыву образца, Н/м² (МПа, кгс/мм²):

σ_в = Р_max / F₀, (4)