Проведение испытания

Для проведения испытания необходимо:

1) подготовленный для испытания образец поместить в зажимы машины;

2) включить электродвигатель;

3) наблюдать за перемещением стрелки по шкале 8 (см. рис 7), зафиксировать крайнее правое положение, до которого дойдет стрелка P_MAX, т. е. наибольшую нагруз­ку, предшествующую разрушению образца, и запи­сать ее в таблицу результатов испытаний;

4) после разрыва образца выключить электродвига­тель, обе части образца вынуть из зажимов и снять с диаграммного аппарата часть бумажной ленты с запи­санной диаграммой.

5) по диаграмме растяжения определяют: P_Т, P_MAX, ∆l_К, угол α и заносят в таблицу результатов испытаний.

6) по формулам определяется: σ_Т, σ_В, δ, Е.

7) в выводе записывается примерно определенная марка стали (по п. 6).

Содержание отчета.

1. Тема лабораторной работы.

2. Цель занятия.

3. Оборудование (рис. схемы испытательной машины с указанием основных частей, рис. стандартного используемого образца).

4. Таблица результатов испытаний.

5. Выводы.

Таблица результатов испытаний

l0 мм	d0 мм	F0 мм^2	PТ кгс	PMAX кгс	∆lК мм	α град
	10

Литература.

1. Основы материаловедения. Учебник для вузов. Под ред. И. И. Сидорина. М., «Машиностроение», 1976. 436 с., ил.

2. Архипов В.В., Касенков М.А., Ларин М.Н. и др.

Технология металлов: Учебник – М.: «Высшая школа», 1964. – 564 с., ил.

3. Лахтин Ю.М.

Металловедение и термическая обработка металлов: Учебник. – М.: «Металлургия», 1977. – 408 с., ил.

Лабораторная работа № 2 Испытание на ударную вязкость

Цель работы

Ознакомиться с методикой определения ударной вязкости металлов.

Задание

1. Провести испытание на ударную вязкость образ­цов стали после различной термической обработки.

2. Изучить:

а) метод определение ударной вязкости (с зарисовкой схемы испытания);

б) устройство маятникового копра;

в) подготовку образца для испытания (с зарисов­кой образца);

г) подготовку копра и проведение испытания;

д) расчет ударной вязкости.

3. Результаты испытания оформить в виде таблицы результатов.

4. Написать отчет по работе.

Теоретическая часть

Механические свойства, определяемые при динамических испытаниях.

Динамические испытания на ударный изгиб выявляют, склонность металла к хрупкому разрушению. Наиболее часто - испытывают образцы с надрезом (рис. 1). Ударная вязкость (α_Н) [кгс∙м/см²] определяется работой (А_Н), необходимой для излома об­разца, отнесенной к рабочей площади поперечного сечения (F):

Образец устанавливают на двух опорах, затем наносят удар посередине образца (рис. 1) со стороны, противоположной надрезу. Работу разрушения образца определяют по специаль­ной шкале маятникового копра. Этот вид испытания широко применяется для стали.

Процесс разрушения состоит из двух стадий - зарождения трещины и ее распространения через все сечение образца (де­тали).

Разрушение может быть вязким и хрупким. Вязкое разруше­ние происходит со значительной пластической деформацией.

При разрушении абсолютно хрупкого тела возникшая тре­щина становится нестабильной и растет самопроизвольно, если ее длина (при заданном напряжении) превышает некоторое критическое значение. В этом случае напряжения на краю тре­щин оказываются достаточными для нарушения межатомной связи. При разрушении распространяющаяся трещина будет окаймлена узкой зоной пластической деформации, на создание которой затрачивается дополнительная энергия. Вязкое и хруп­кое разрушения различаются между собой по величине пласти­ческой зоны в вершине трещины. При хрупком разрушении величина пластической зоны в устье трещины мала. При вяз­ком разрушении величина пластической зоны, идущей впереди распространяющейся трещины, велика.

Рис. 1. Схема испытания на удар и вид образца.

Вязкое разрушение обусловлено малой скоростью распро­странения трещины. Скорость распространения хрупкой трещи­ны весьма велика — близка к скорости звука. Поэтому неред­ко хрупкое разрушение называют «внезапным» или «катастро­фическим» разрушением.

Вязкое и хрупкое разрушения можно связать с энергоем­костью процесса разрушения при том или ином виде испыта­ния. Вязкому разрушению соответствуют обычно большие значе­ния поглощенной энергии, т. е. большая работа распространения трещины. Энергоемкость хрупкого разрушения мала и соответственно работа распространения трещины равна нулю. Большинство металлических материалов, используемых в практике, может разрушаться и вязко и хрупко. Так, например, многие высокопрочные стали, алюминиевые и титановые спла­вы, которые при одноосном растяжении не являются хрупкими, могут разрушаться хрупко, то есть без макропластической де­формации, при других условиях испытания.

К типично хрупким материалам, которые разрушаются без заметной макропластической деформации даже при самом «мягком» виде нагружения, относятся чугуны, многие литые сплавы, высокоуглеродистые закаленные и низкоотпущенные стали, низкоуглеродистые стали в случае разрушения при отри­цательных температурах, стекло, керамика и т. д.

С точки зрения микроструктуры существуют два вида разрушения — транскристаллитное и интеркристаллитное. При транскристаллитном разрушении трещина - распространяется по телу зерна, а при интеркристаллитном она проходит по грани­цам зерен.

При распространении трещины по телу зерна (металлы с К8 и Г12 решеткой) может происходить как вязкое, так и хрупкое разрушение. Межзеренное разрушение всегда являет­ся хрупким.

Приборы, материалы и инструмент

Для проведения работы необходимо иметь маятни­ковый копер; образцы для испытания на ударную вязкость; штангенциркуль; шаблоны.

Определение ударной вязкости

Испытание на ударную вязкость основано на разру­шении образца с надрезом посередине одним ударом маятника массой Р, падающего с определенной высо­ты Н (рис. 11.1). При падении он разрушает образец и поднимается на высоту h. Работа А_Н, Дж (кгс•м), затраченная на разрушение образца, определяется по формуле:

где l — длина маятника, т. е. расстояние от его оси до центра тяжести, м; α и β — углы подъема маятника соответственно до и после излома образца в гра­дусах

Ударная вязкость a_Н, Дж/м² (кгс•м/см²), т е ра­бота, затраченная на разрушение образца А_Н, отнесен­ная к площади поперечного сечения образца в месте надреза F, определяется по формуле:

Устройство маятникового копра

На станине 1 копра (рис. 2,а) на горизонталь­ной оси 2 подвешен маятник 3, представляющий собой стержень с прикрепленным к нему тяжелым плоским диском с ножом 4. Маят­ник, свободно качающий­ся вокруг оси 2, может быть поднят на опреде­ленную высоту и задержан там специальной за­щелкой 5. На станине имеются две опоры 10, предназна­ченные для установки на них испытываемого образца 11. Стрелка 6 служит для указания на шкале 7 угла подъема маятника после разрушения им образца. При помощи рукоятки 8 натягивают ремень 9, и останавливает раскачивающийся маятник.

Схема испытания образца представлена на рисунке 3.

Рис. 2 Маятниковый копер

а — общий вид, б — положение образца при испытании.

Рис 3. Схема испы­тания на ударную вяз­кость.

Подготовка образца для испытания.

Для испытания на ударную вязкость основным является образец, показанный на рис 1. Материал образца записывают в таблицу измерений. Сечение образца, в месте надреза, измеряют с точностью до 0,1 мм, данные измерения записывают в таблицу измерений.

По данным измерения вычисляют площадь попереч­ного сечения образца и записывают в таблицу измерений.