МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ПМИГ

отчет

по лабораторной работе №1

по дисциплине «КОНСТРУКЦИОННЫЕ И БИОМАТЕРИАЛЫ»

Тема: Определение механических характеристик конструкционных материалов при осевом растяжении

Студентка гр. 7501		Кирьянова А. М.
Студентка гр. 7501		Бучнева А. А.
Студент гр. 7501		Исаков А. О.
Преподаватель		Лобачева Д. А.

Санкт-Петербург

2020

Цель работы: изучение опытным путем поведения пластичной стали при растяжении вплоть до разрушения. Определение основных механических характеристик.

Оборудование: машины Р – 5, Р - 10 и РМ – 200, цилиндрический стальной образец.

1. Краткие теоретические сведения

1.1. Исследуемые свойства

В данной лабораторной работе предстоит исследовать опытным путем такие свойства материалов как прочность и пластичность.

Прочность – это способность материала сопротивляться действующим нагрузкам, не разрушаясь.

Пластичность – это способность материала сохранять измененную форму и размеры после устранения нагрузок.

Пластической называют деформацию, которая остается в теле после снятия нагрузок.

При проектировании и расчете элементов инженерных конструкций необходимо знание механических свойств применяемых материалов. К числу таких свойств в первую очередь и относятся прочность и пластичность.

К характеристикам прочности относятся: предел пропорциональности, предел упругости, предел текучести, предел прочности или временное сопротивление.

Характеристиками пластичности являются: относительное остаточное удлинение, относительное сужение образца при разрыве, удельная работа деформации.

Для пластичных материалов, к числу которых относится малоуглеродистая сталь, основным испытанием, дающим возможность определить перечисленные выше механические характеристики, является испытание на растяжение.

Все перечисленные характеристики прочности и пластичности могут быть найдены из диаграммы растяжения. Поэтому основной задачей испытания является получение диаграммы растяжения – графика зависимости между растягивающей образец силой и его удлинением. Испытание производится с помощью разрывных машин, снабженных специальным аппаратом для автоматической записи диаграммы растяжения.

1.2. Машинная диаграмма растяжения

Графическое изображение зависимости между нагрузками (напряжениями) и деформациями представляет собой диаграмму растяжения.

Испытательные машины имеют специальные приспособления, которые автоматически фиксируют диаграмму растяжения в координатах: нагрузка – F, абсолютное удлинение рабочей части образца – Δℓ.

Рисунок 1 - Диаграмма растяжения

На диаграмме растяжения пластичной стали (рис. 1) различают следующие характерные участки:

ОА – участок прямой пропорциональной зависимости между растягивающим усилием и абсолютным удлинением. Нагрузка F_пц, соответствующая точке А диаграммы, называется нагрузкой, соответствующей пределу пропорциональности.

ОВ – участок упругих деформаций. При этом нагрузка F_у, определяемая ординатой точки В, называется нагрузкой, соответствующей пределу упругости. Точки А и В пластичной стали, как правило совпадают, т. е. можно считать, что F_пц = F_у.

СС^'– площадка текучести, ей соответствует нагрузка F_T. Здесь наблюдается заметный рост пластической деформации при практически неизменной нагрузке.

С^'D – участок упрочнения. Здесь материал приобретает способность снова сопротивляться растяжению. Нагрузка F_max, определяемая ординатой точки D диаграммы называется нагрузкой, соответствующей пределу прочности.

DE – участок снижения сопротивления образца вследствие образования шейки. Точка Е соответствует разрушению образца, ее ордината F_P – разрушающей нагрузке

В процессе растяжения образца из пластичной стали с ним происходят следующие видимые изменения. Так, если приостановить испытания при нагрузке, несколько превышающей значение F_T и осмотреть поверхность рабочей части образца, то на ней заметим линии, расположенные примерно под углом 45 к оси образца – линии Чернова-Людерса. Это следы сдвигов в кристаллах феррита, совпадающие практически с плоскостями действия максимальных касательных напряжений.

При достижении нагрузкой максимального значения на образце в самом слабом месте появляется местное сужение – шейка.

С этого момента продольная деформация зависит не столько от длины образца, сколько от его диаметра. Этим объясняется необходимость иметь для стандартных образцов определенное соотношение между длиной образца и его диаметром. При этом деформация образца приобретает местный характер – происходит течение материала в области шейки, и в связи с быстрым уменьшением сечения образца, в этом месте для развития деформации

требуется меньшая нагрузка. Этим и объясняется падение нагрузки за точкой D диаграммы.

Рисунок 2 - Диаграмма Разгрузки

Если довести значение нагрузки до F_N > F_T и затем выключить машину, то линия NN₁ оставленная самописцем (диаграмма разгрузки) окажется параллельной первоначальному прямолинейному участку OA диаграммы (рис. 2).

Отрезок ОN₁ соответствует остаточной деформации, полученной образцом, а отрезок N₁N₂ – упругой ее части.