ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ВЛИЯНИЕ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА В КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЯХ

НА ИХ МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Учебные цели занятия:

1. Дать представление о способах (методах) испытаний и исследований механических свойств конструкционных материалов.

2. Изучить влияние содержания углерода в конструкционных сталях на их механические свойства

Образцы для испытания на растяжение

Образцы для испытаний на растяжение изготавливают согласно ГОСТ 1497 – 84. Применяются образцы нормальные и пропорциональные. У нормальных образцов нормированы абсолютные размеры, а у пропорциональных нормировано соотношение размеров. Сопоставимые результаты испытаний могут быть получены только при определённом соотношении между начальной расчётной длиной образца l₀ и площадью его поперечного сечения F₀. Образцы для испытаний, используемые в данной работе представлены на рисунке 1.

Обычно образцы на концах снабжены головками, форма и размер которых соответствует захватам машины. Образцы без головок, устанавливаемые в клиновидные зажимы с острыми насечками, применяют только для испытания очень пластичных материалов. В образцах из хрупких материалов (инструментальные стали, чугун) переходы от головок к цилиндрической части выполняют в виде галтелей большого радиуса. Могут применяться образцы с постоянным радиусом кривизны по всей длине без цилиндрической части. Места вырезки образцов указываются в соответствующих стандартах или технических условиях. Образцы также могут быть получены методом точного литья по выплавляемым моделям.

Основными размерами являются начальный диаметр d₀ и начальная расчётная длина l₀. При этом начальную длину l₀ выбирают по следующим формулам:

l₀ = 5d₀ (короткий или пятикратный образец);

l₀ = 10d₀ (длинный или десятикратный образец).

В данной работе используются короткие цилиндрические образцы, у которых d₀ = 6 мм, l₀ = 5d₀ = 30 мм.

Разрывная машина

Машины для испытания на растяжение состоят из механизмов:

1. Для нагружения (деформирования) образца;

2. Для передачи растягивающей силы и центровки образца;

3. Для измерения растягивающего усилия.

Диаграмма растяжения

Зависимость между силами и деформациями записывается с помощью механического диаграммного аппарата машины в виде кривой в координатах «нагрузка Р – абсолютное удлинение l».

Масштабные характеристики, полученной диаграммы растяжения, следующие:

Нагрузка Р [Н] – на диаграмме 1 мм соответствует 100 Н;

Величина l [мм] записывается с увеличением в 100 раз.

Вид диаграммы растяжения зависит от исследуемого материала и особенностей его обработки (термической, механической и др.).

При этом различают два типа диаграмм растяжения:

1. Диаграмма с площадкой текучести (Рис. 2), характерная для отожжённой (мягкой) низкоуглеродистой стали и некоторых сплавов (латунь и др.);

2. Диаграмма без площадки текучести (Рис. 3), получаемая при испытании большинства металлических материалов.

Определение основных характеристик механических свойств металла по диаграмме растяжения

Все характеристики механических свойств металлов делятся на две группы:

1. Прочностные характеристики (_пц; _т; _0,2; _в), определяющие сопротивление материала деформации;

2. Характеристики пластичности (, ), определяющие способность материала претерпевать пластическую деформацию.

Основные прочностные характеристики:

Предел пропорциональности (_пц) – наибольшее напряжение, до которого сохраняется пропорциональная зависимость между нагрузкой и деформацией

, МПа

Предел текучести (_т) – наименьшее напряжение, при котором образец деформируется без заметного увеличения растягивающей нагрузки

, МПа

Условный предел текучести (_0,2) – напряжение, при котором образец получает остаточное удлинение, равное 0,2 % от начальной длины образца (величину _0,2 определяют, когда на диаграмме растяжения нет площадки текучести – рис. 3).

, МПа

временное сопротивление (_в) – наибольшее напряжение, предшествующее разрушению образца

, МПа

Характеристики пластичности:

Относительное удлинение () – отношение абсолютного удлинения образца к его начальной расчётной длине, выраженное в процентах

; l = l_к – l₀,

где l_к – конечная расчётная длина образца (после разрыва); величину l можно определить по диаграмме растяжения (рис. 2 и 3) с учётом масштаба записи кривой. Величина  зависит от расчётной длины образца и поэтому в обозначении ее следует указывать индексы, отвечающие пятикратному или десятикратному образцу: ₅ или ₁₀. Для одного и того же материала ₅ > ₁₀.

Относительное сужение () – отношение абсолютного сужения образца к начальной площади его сечения, выраженное в процентах

,

где F_к – площадь поперечного сечения образца после разрыва. Сужение шейки не зависит от длины образца и поэтому величина  более точно характеризует пластичность материала, чем величина .