Необходимые исходные сведения
Наиболее важными свойствами металла, необходимыми для расчета конструкций, механизмов и деталей машин, являются механические свойства (прочность, пластичность, твердость, ударная вязкость и др.). Механические свойства определяют в условиях нагружения металла, близких к рабочим. Механическое испытание может быть: а) статическим, когда приложенная нагрузка сравнительно медленно и плавно растет (испытание на растяжение и сжатие, кручение, изгиб); б) динамическим, если нагрузка прилагается ударом и возрастает с большой скоростью (испытание на ударную вязкость); в) повторно-переменным, если нагрузка действует на металл многократно (испытание на усталость).
Статические и ударные испытания можно производить как при комнатных, так и при пониженных или повышенных температурах. Если металл предназначается для работы при повышенных температурах, то обычно производят или длительные испытания при нагреве (испытания на ползучесть), или определяют жаростойкость, жаропрочность и т.д. Большинство инженеров информацию о механических свойствах получают из справочников. Для грамотного использования информации из справочников необходимо ясное представление о методе испытания и физическом смысле полученных характеристик. Поэтому необходимо подробнее ознакомиться с механическими свойствами, получаемыми при испытаниях на растяжение, которые имеют важное значение при расчетах конструкций и деталей машин на статическую прочность. Метод испытания на растяжение. Испытания на одноосное растяжение выполняются согласно стандартам: ГОСТ 1497-84* - для испытания при комнатной температуре; ГОСТ 9651-84* - при высоких (до 1473 К) и ГОСТ 11150-84 - при низких (до 173 К) значениях температуры. На практике для испытания на растяжение используют стандартные образцы с рабочей частью в виде цилиндра (цилиндрические образцы) или стержня с прямоугольным сечением (плоские образцы). Стандартный цилиндрический образец для испытания при комнатной температуре (рис. 3.1) имеет размеры, между которыми должны существовать определенные соотношения. Рабочая длина l цилиндрических образцов должна быть не менее l 0 + d 0 . Расчетная длина l 0 коротких образцов равна 5.65 , длинных образцов - 11,3 , где F0 - начальная площадь поперечного сечения в рабочей части. Для цилиндрических образцов l 0 = 5d 0 (короткие образцы) и l 0 = 10 d 0 (длинные образцы).
Рис. 3.1. Эскиз стандартного цилиндрического образца для испытаний при комнатной температуре: l и l0- рабочая и начальная расчетные длины; d0 - начальный диаметр рабочей части; Р - нагрузка (схема действия сил при нагружении) Машины для испытания на растяжение разнообразны. Многие из них универсальны и могут использоваться при проведении других статических испытаний. Испытательные машины независимо от марки состоят из приводного устройства, обеспечивающего плавное деформирование образца, силоизмерительного механизма, записывающего устройства, регистрирующего кривую изменения силы в зависимости от деформации образца. Они оснащены захватами (нижним и верхним), в которые закрепляется стандартный образец. Захваты прикрепляются соответственно к верхней и нижней траверсам. У машины разрывной марки 1958У-10 верхняя траверса неподвижная. При испытании на растяжение нижняя траверса с захватом приводится в движение системой электропривода реверсивным вращением ходовых винтов. По мере перемещения нижней траверсы закрепленный образец растягивается. Значение прилагаемой силы (нагрузки Р) фиксируется силоизмерителем, а устройство измерения деформации фиксирует удлинение образца (Δl). Записывающее устройство регистрирует кривую изменения силы в зависимости от характера деформации образца. Таким образом, вырисовывается диаграмма растяжения образца в координатах Р= Δl. Испытание продолжается до разрушения образца. На диаграмме выявляются характерные точки - значения нагрузки при определенных значениях Д/. Форма кривой диаграммы и характерные нагрузки зависят от структуры и свойств материала образца (рис. 3.2).
Рис. 3.2. Типы кривых растяжения для образцов: а - разрушающихся без заметной пластической деформации; б - равномерно деформирующихся вплоть до разрушения; в, г-разрушающихся после образования шейки
Эти точки и используются для определения прочностных характеристик по формуле σ = P / F0 , где σ - условное напряжение, которое возникает в материале образца под действием силы Р; F0 - площадь поперечного сечения образца до испытания. Определение предела пропорциональности. Точка а - первая характерная точка на диаграмме растяжения. Ее ордината (нагрузка РПЦ) определяет предел пропорциональности - напряжение, которое материал выдерживает без отклонения от закона Гука: Приближенно РПЦ можно определить по точке, в которой начинает нарушаться прямолинейная зависимость между нагрузкой и удлинением. Для повышения точности расчета предел пропорциональности определяют, как условное напряжение, вызывающее заданное отклонение от линейной зависимости между нагрузкой и удлинением. Обычно это отклонение задают как уменьшение тангенса угла наклона, образованного касательной к кривой растяжения в точке с осью деформаций на 50 % (или 10 и 25 %). Тогда предел пропорциональности обозначается σПЦ50, σПЦ25, σПЦ10 При определении предела пропорциональности можно оценить и модуль нормальной упругости Е по закону Гука: , где σПЦ - напряжение в металле; Е - модуль нормальной упругости; Δl- абсолютное удлинение; /0 - начальная расчетная длина образца. Значение Е зависит от природы сплава, мало изменяется при изменении его состава, структуры, термообработки. Определение предела упругости. Второй характерной точкой на первичной диаграмме растяжения является точка с (см. рис. 3.2). По нагрузке, отвечающей этой точке, рассчитывают условный предел упругости - напряжение, вызывающее заданное остаточное удлинение, равное 0,05 % (иногда 0,005 %): В ряде случаев предел упругости принимают равным пределу пропорциональности из-за их незначительного отличия.
Определение предела текучести. Если на диаграмме растяжения (см. рис. 3.2, а, б, в) нет площадки текучести, то определяют условный предел текучести - напряжение, которое вызывает заданное остаточное удлинение, равное 0,2 % (иногда 0,1 или 0,3 %):
где Р0,2 - нагрузка условного предела текучести.
В тех случаях, когда диаграмма растяжения имеет площадку текучести (см. рис. 3.2, г), определяют физический предел текучести - напряжение, при котором деформация образца происходит без увеличения нагрузки Рτ: Условные пределы пропорциональности, упругости и текучести характеризуют сопротивление материалов малым деформациям. Они лишь незначительно отличаются от истинных напряжений, определяемых как отношение соответствующих нагрузок к истинной площади поперечного сечения образца. Поэтому эти условные значения позволяют оценить уровни напряжений, под действием которых та или иная деталь может работать, не подвергаясь остаточной деформации или подвергаясь деформации на заданное значение. Определение предела прочности. На участке db происходит интенсивная пластическая деформация. До точки b рабочая часть образца сохраняет первоначальную форму. Удлинение на этом участке равномерно распределяется по расчетной длине. В точке b эта равномерность нарушается и в какой-то точке образца вблизи концентратора напряжений начинается интенсивная местная деформация с образованием шейки. Шейка сужается, начиная от точки b вплоть до разрушения образца в точке к. При этом одновременно уменьшается нагрузка от максимального значения РMAX до конечного РК. По максимальной нагрузке PMAX на первичной диаграмме растяжения определяют условный предел прочности (временное сопротивление): Значение этой величины характеризует прочность материалов лишь приблизительно. В момент достижения точки b площадь поперечного сечения образца Fb < F0 а значение заметно меньше истинного напряжения: Sb = PMAX / Fb - При переходе в область пластических деформаций (правее точки а на диаграмме растяжения) изменение сечения образца становится уже заметным и отнесение нагрузки к исходному (до деформации) сечению дает лишь условные напряжения. Если учитывать изменения сечения при деформации и относить нагрузку к фактическому его значению, то можно получить истинные напряжения в данный момент деформации: На практике пользуются также диаграммой истинных напряжений, ее строят обычно в координатах S-ψ, где по оси абсцисс откладывают относительное сужение (рис. 3.3).
Рис. 3.3. Диаграммы истинных (1) и условных (2) напряжений Примерно до точки и различие между истинными и условным напряжением невелико:
При дальнейшей деформации истинные напряжения увеличиваются и достигают максимального значения SK в момент, предшествующий разрушению где SK - истинное конечное сопротивление разрушению; РК - нагрузка в конечный момент разрушения образца; FK - площадь поперечного сечения образца в шейке в момент разрыва. По результатам испытания на растяжение можно определить также характеристики пластичности материала, относительное удлинение δ и сужение ψ соответственно следующим формулам: ,
где l0 и lK- соответственно начальная и конечная расчетные длины образца; Δl - абсолютное удлинение образца, определяемое изменением длины образца после разрыва или по диаграмме растяжения (рис. 3.2, в); F0 и FK - соответственно начальная и конечная площади поперечного сечения образца. У пластичных материалов относительное сужение более точно характеризует их максимальную пластичность, и она определяется только на круглых образцах.
Популярное: Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (185)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |