7.3 Материалы, оборудование и принадлежности

Для выполнения работы необходимы: испытательные образцы, маятниковый копер, штангенциркуль, шаблон для установки образцов.

7.4 Ход работы

1. Измерить основные габариты образца, зарисовать эскиз образца, проставить все размеры.

2. Ознакомиться с устройством маятникового копра МК- 30.

3. Поднять маятник на определенную высоту и зафиксировать его. Определить запас энергии.

4. Установить образец на две опоры.

5. Освободить маятник. После испытания образца записать угол подъема маятника(работу разрушения образца).

6. Изучить излом образца..

7. Рассчитать ударную вязкость по формуле (7.1).

7.5 Содержание отчета

Отчет должен содержать: название работы и его цель, короткие теоретические сведения, ход работы, эскиз образца, числовые значения работы разрушения и ударной вязкости, характеристику излома и вид разрушения.

Лабораторна робота № 8 испытание металлов на усталость. Определение предела выносливости

8.1 Цель работы

Экспериментально определить зависимости между прилагаемым напряжением и числом циклов до разрушения, выучить методику испытания металлов на усталость.

8.2 Краткие теоретические сведения

Под действием переменных нагрузок металлы разрушаются при напряжениях, значительно меньших пределу текучести. Разрушение под действием повторных или знакопеременных напряжений называется усталостью материала, а его свойство оказывать сопротивление усталостному разрушению - выносливостью.

Усталостному разрушению предшествует процесс постепенного накопления повреждений и образование трещин в материале.

Особенности усталостного разрушения:

- разрушение под действием знакопеременных нагрузок происходит при напряжениях, меньших, чем при статической нагрузке (меньше σ_в и σ_Т);

- разрушение начинается с микродеформаций и локального зарождения трещины на поверхности или вблизи от нее в местах максимальной концентрации напряжений и протекает в несколько стадий;

- образуется излом с характерным строением, отражающим последователь-ность процессов усталости (рис. 8.1).

Свойство материалов противостоять усталости называют выносливостью. Предел выносливости – это максимальное напряжение, при котором образец не разрушается после бесконечного или заданного числа циклов нагружения. Под циклом напряжений понимают совокупность переменных значений напряжений за один период Т (рис. 8.2). Предел выносливости обозначается σ_R, где R=σ_min/σ_max – коэффициент асимметрии цикла. При симметричном цикле (σ_min= – σ_max) R = –1, и предел выносливости обозначается σ_-1.

Необходимое число циклов изменений напряжений N, заданное техническими условиями, обычно называется базой. База циклов для стали должна быть не ниже N=10⁷, для цветных металлов - N=10⁸ циклов.

Рис. 8.1 Усталостный излом: а) - общий вид, б) – схема строения

Рис.8.2 Схема циклического нагружения

Предел выносливости металла определяют путем испытания при знакопере-менных напряжениях не менее шести однотипных образцов. Первый образец испытывают при напряжении σ₁, сознательно более высоким, чем предел выносливости, и определяют N₁ - число циклов к разрушению. Второй образец испытывают при низшем напряжении σ₂ < σ₁ и определяют N₂ - число циклов до разрушения. Очевидно, N₂ > N₁. Так испытывают образцы при все более низких напряжениях и определяют то наибольшее напряжение, при котором образец не разрушается после базового числа циклов.

Полученные результаты служат основанием для построения кривой усталости, по которой определяют предел выносливости (рис.8.3)

Рис. 8.3 Построение кривой усталости

Для многих металлов (например, для цветных сплавов) нагрузка плавно снижается при увеличении числа циклов, т.е. кривая усталости не имеет горизонтального участка. В таких случаях определяют ограниченный предел выносливости, соответствующий заданному базовому числу циклов.

Предел выносливости зависит от:

- размера детали – чем крупнее деталь, тем ниже σ_-1;

- чистоты обработки поверхности и наличия концентраторов напряжений – надрезы, царапины, коррозия резко снижают σ_-1;

- вида термической обработки материала.

Для повышения предела выносливости детали подвергают поверхностной обработке: закалке ТВЧ, химико-термической обработке, поверхностной пластической деформации. При этом создаются дополнительные остаточные сжимающие напряжения в поверхностном слое, которые затрудняют зарождение и распространение трещин.