Лабораторная работа №2 испытание стали на растяжение
Цель работы: опытное определение механических характеристик материала (сталь 3) и наблюдение за поведением образца при растяжении.
Теортические основы
Испытание на растяжение является основным и наиболее распространенным методом исследования и контроля механических свойств материалов. Такие испытания проводят с целью определения числовых характеристик, позволяющих оценить прочность и пластичность материала. Такие характеристики называют механическими. Испытания проводятся на разрывных и универсальных машинах и регламентируются Государственным стандартом.
ГОСТ 1497-61 содержит основные требования к испытательным
машинам, необходимые указания о форме и размерах образцов, определения понятий условного предела пропорциональности Ϭ п ц , условного предела упругости Ϭ у , пределов текучести (условного – Ϭ0,2 и физического Ϭ т), временного сопротивления (предела прочности)
Ϭ п ч (Ϭ в ), относительного удлинения δ и относительного сужения ψ и, наконец, порядок проведения испытаний и расчета названных механических характеристик. Получаемые при испытаниях на растяжение диаграммы “нагрузка-деформация” чаще всего имеют вид (рис. 1).
Тип I соответствует большинству конструкционных сталей, а также некоторым алюминиевым, титановым, магниевым сплавам. Многие алюминиевые сплавы деформируются при растяжении по типу II. Диаграмма растяжения с площадкой текучести (III) свойственна мягким углеродистым сталям и некоторым сортам бронз. Для хрупких же материалов диаграмма растяжения заканчивается разрывом на начальном прямолинейном участке (IV). При испытаниях деформация растягиваемого образца сопровождается деформацией испытательной машины, которая воспринимает точно такую же нагрузку, какая приложена к образцу. Эта нагрузка вызывает не только удлинение образца, но и некоторую упругую деформацию станины, упругого элемента силоизмерителя, зажимов и других частей машины. Чем больше эта деформация, тем податливее или мягче испытательная машина.
Рис.1 Основные типы диаграмм
ОБОРУДОВАНИЕ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Опыт проводится в условиях комнатной температуры при статическом нагружении образца из стали 3. Скорость загружения характеризуется скоростью перемещения движущегося захвата машины. Испытуемый образец (1) закрепляется в подвижном (2) и неподвижном (3) захватах разрывной машины типа ИМ-12А (с механическим усилием до 12000 кг) или Р-5 (с механическим усилием до 5000 кг) и нагружается растягивающей силой до его разрушения. Обе машины снабжены устройством для записи диаграмм растяжения. На рис. 2 приведена принципиальная схема разрывной машины. При вращении червяка (4) от электромотора (5), пуск которого осуществляется кнопочным пускателем (6), начинает вращаться горизонтальная гайка (7) и навинчивается на винт подвижного захвата. Захват опускается вниз и вызывает растяжение образца. Усилие в образце создается через рычаг (8) и тягу (9) маятником (10). Величина усилия, пропорциональная отклонению маятника, фиксируется стрелкой на шкале силоизмерителя (11) и пером (12) на бумаге диаграммного аппарата (13). Удлинение образца преобразуется через редуктор (14), валик (15) и пару конических шестерен во вращение диаграммного барабана (13).
Рис. 2. Схема испытательной машины ИМ-12-А
Сложение вращения барабана и перемещения “пера самописца” дает график поведения образца под нагрузкой – диаграмму растяжения. Машина Р-5 имеет подобную схему и здесь не разбирается. Для обмеров образца используется штангенциркуль.
ОБРАЗЦЫ
Испытание стали на растяжение производится на стандартных образцах (ГОСТ 1497-81) цилиндрической формы (рис. 3). Образцы имеют рабочую часть и головки для закрепления в захватах испытательных машин. На рабочей части образца выделяется рисками расчетная длина lo= 10do =100 мм, где do = 10 мм – диаметр рабочей части.
Рис. 3. Схемы стандартных образцов для испытательных
машин ИМ-12 -А (а) и Р-5 (б)