620.172

И 887

ИспытаНИя на растяжение

Методические указания

для студентов II курса ФМА

Новосибирск

2009

Министерство образования и науки Российской федерации Федеральное агентство по образованию

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

_______________________________________________________

620.172

И 887

ИспытаНИя на растяжение

Методические указания для студентов II курса ФМА

(направление 140600 – Электротехника,

электромеханика и электротехнологии)

дневного и заочного отделений

Н овосибирск

2 009

УДК 620.172

И 887

Составители: А.В. Шишкин, канд. хим. наук, доц.

О.С. Дутова, ст. препод.

Рецензент А.И. Алиферов, д-р техн. наук, проф.

Работа подготовлена на кафедре «Автоматизированные

электротехнологические установки»

 Новосибирский государственный

т ехнический университет, 2009

ИспытаНИя на растяжение

1. Цель работы

Знакомство с механическими свойствами материалов и способами испытания на растяжение.

2. Конструкционная прочность

Детали машин и приборов характеризуются большим разнообразием форм, размеров и условий эксплуатации. Они испытывают различные типы нагрузок, работают при низких и высоких температурах, в контакте с различными средами. Все это определяет требования к материалу, основными из которых являются эксплуатационные, технологические и экономические.

Эксплуатационные требования имеют первостепенное значение. Материал должен выполнять свое функциональное назначение, т.е. обладать определенными значениями механических и физических характеристик, которые должны сохраняться в допустимых пределах во весь период эксплуатации в рабочих средах и рабочем диапазоне температур и давлений. Комплекс механических свойств, обеспечивающих надежную и длительную работу материала в условиях эксплуатации называется конструкционной прочностью.

Технологические требования (технологичность материала) направлены на обеспечение наименьшей трудоемкости изготовления деталей и конструкций. Технологичность материала характеризуют все возможные методы его обработки. От технологичности материала зависят производительность и качество изготовления деталей.

Экономические требования направлены на обеспечение конкурентоспособности материала и изготавливаемых из него изделий. Стоимость материала должна быть как можно ниже при условии выполнения эксплуатационных требований. Технологические и экономические требования приобретают особое значение при массовом производстве.

Конструкционная прочность материала – комплексная характеристика, включающая сочетание конструкционных критериев прочности, надежности и долговечности. В качестве критериев прочности выбираются такие механические характеристики, получаемые при испытаниях, которые наиболее полно отражают прочность в условиях эксплуатации. Примеры критериев прочности – временное сопротивление _в; условный предел текучести _0,2; модуль упругости E; предел выносливости _1.

Надежность – свойство материала противостоять хрупкому разрушению. Хрупкое разрушение особо опасно из-за большой скорости протекания при напряжениях, ниже расчетных, и создания аварийных ситуаций. В условиях эксплуатации действуют факторы, увеличивающие опасность хрупкого разрушения: различные концентраторы напряжений (надрезы, трещины и микротрещины), понижение температуры, динамические нагрузки, увеличение размеров деталей (масштабный фактор). Примерами критериев надежности являются относительное удлинение после разрыва ; относительное сужение после разрыва ; ударная вязкость KCT, KCV, KCU; вязкость разрушения K_1c; температурный порог хладноломкости t₅₀.

Долговечность – свойство материалов сопротивляться развитию постепенного разрушения (постепенного отказа), обеспечивая работоспособность деталей в течение заданного времени (ресурса). Причины постепенного отказа разнообразны: усталость, изнашивание, ползучесть, коррозия, радиационное разбухание и др. Эти процессы при эксплуатации вызывают постепенное накопление необратимых изменений в материале и его разрушение. Обеспечение долговечности материала означает уменьшение до требуемых значений скорости его разрушения. Для большинства деталей машин долговечность определяется сопротивлением материала усталостным разрушениям (циклической долговечностью) или сопротивлением и знашиванию (износостойкостью).

Рис. 1. Классификация факторов, влияющих на конструкционную прочность металлов и сплавов

Повышение конструкционной прочности металлов и сплавов достигается металлургическими, технологическими и конструкционными методами. Металлургические методы позволяют управлять химическим и фазовым составом, что влияет также на кристаллическую решетку, зеренную и дефектную структуры металлического материала. Технологические методы позволяют регулировать распределение химических элементов, фаз и дефектов, определять размеры и форму зерен, создавать определенную дефектную структуру. Конструкционные методы обеспечивают равномерное распределение нагрузки по детали и между деталями. В общем случае на конструкционную прочность металлического материала влияет целый ряд факторов, представленных на рис. 1.

Таким образом, конструкционная прочность определяется как конструкционными и технологическими факторами, за которые несет ответственность изготовитель, так и условиями эксплуатации изделия, которые также должны отвечать техническим условиям.