Министерство образования Российской Федерации

Ижевский государственный технический университет

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторным работам по курсам «Теория обработки металлов давлением»

для студентов специальности 1204 «Машины и технология обработки

металлов давлением»;

«Механические свойства и испытания материалов» и

«Технология изготовления художественных изделий обработкой давлением»

для студентов специальности 1212 «Технология художественной

обработки материалов»

Ижевск 2001

УДК 620.17+539.3

ТЕОРИЯ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ: Методические указания к лабораторным работам по курсам «Теория обработки металлов давлением» для студентов специальности 1204 «Машины и технология обработки металлов давлением»; «Механические свойства и испытания материалов» и «Технология изготовления художественных изделий обработкой давлением» для студентов специальности 1212 «Технология художественной обработки материалов» / Горбунов В.Н., Черных М.М. – Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2001. – с. 43.

 Горбунов В.Н., Черных М.М., 2001

 Издательство ИжГТУ, 2001

СОДЕРЖАНИЕ

1. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. ИСПЫТАНИЯ МЕТАЛЛОВ

НА РАСТЯЖЕНИЕ………………………………………………………………………….4

2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2. ВЛИЯНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ

НАПРЯЖЕНИЙ НА ФОРМОИЗМЕНЕНИЕ, ПЛАСТИЧНОСТЬ

И СОПРОТИВЛЕНИЕ ДЕФОРМАЦИИ……………………………………..10

3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3. ПРИНЦИП НАИМЕНЬШЕГО

СОПРОТИВЛЕНИЯ………………………………………………………………………..16

4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4. ВЛИЯНИЕ СХЕМЫ НАПРЯЖЕННОГО

СОСТОЯНИЯ НА ПЛАСТИЧНОСТЬ МАТЕРИАЛА И

СОПРОТИВЛЕНИЕ ДЕФОРМИРОВАНИЮ………………………………..21

5. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5. ИСПЫТАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ………………28

6. ЛИТЕРАТУРА ……………………………………………………..…………42

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Испытания металлов на растяжение

Цель работы: Определение механических характеристик металлов при испытаниях образцов на растяжение; построение диаграммы истинных напряжений.

Оборудование: универсальная испытательная машина УИМ-50.

Образцы: стандартные цилиндрические образцы по ГОСТ 1497-73 с размерами: d₀ = 10 мм, l₀ = 10 d₀ (рис. 1), материал – малоуглеродистая сталь, чугун.

Измерительный инструмент: штангенциркуль 0–250 мм, с точностью измерения 0,05 мм; микрометр 0–25 мм, с точностью измерения 0,01 мм.

Рис. 1. Эскиз образца

Методика проведения испытаний на растяжение

Основные требования к методике испытаний на растяжение оговорены в стандартах. Эти требования следует рассматривать как минимальные. При выполнении, например, исследовательских работ они могут быть значительно повышены. Соблюдение стандартной методики испытания особенно важно в тех случаях, когда результаты являются критерием качества продукции или ее паспортными характеристиками.

Каждый образец перед испытанием маркируют, измеряют и размечают. Маркировку наносят вне пределов рабочей длины образца. Диаметр цилиндрических образцов следует измерять с точностью не ниже 0,01 мм при d₀  10 мм и 0,05 мм при d₀ > 10 мм. Начальная расчетная длина образца l₀ с точностью до 1 % (от величины l₀ ) в пределах рабочей длины ограничивается неглубокими кернами или рисками. Если образец хрупкий, то даже тонкие риски на поверхности могут сильно изменить результаты испытаний. В таких случаях границы расчетной длины надо отмечать без повреждения поверхности – например, карандашом, краской и т.д. Помимо меток, ограничивающих расчетную длину, рекомендуется наносить в пределах l₀ риски через каждые 5 или 10 мм. Это необходимо для более точного измерения удлинения после разрыва.

Все измерения размеров после испытания производят с точностью не ниже 0,1 мм. Для получения более точных результатов пользуются инструментальными микроскопами.

С целью увеличения точности каждый размер следует измерять несколько раз. Например, ГОСТ 1497-73 обязывает проводить замер диаметра в середине и по краям рабочей части образца с последующим определением среднего значения, по которому рассчитывают площадь его поперечного сечения.

Величина нагрузки должна определяться с точностью до 0,5 наименьшего деления индикатора силоизмерительного механизма. Диапазон нагрузок выбирают таким образом, чтобы силы сопротивления образца, по которым будут определяться прочностные характеристики, были не меньше 0,1 шкалы выбранного диапазона и не ниже 0,04 предельной нагрузки испытательной машины. При этом желательно, чтобы максимальная сила сопротивления образца находилась во второй половине шкалы. Именно при таком выборе диапазона нагрузок будет обеспечена наибольшая точность расчета характеристик свойств. Рассмотрим это на конкретном примере.

Обычно свойства материала исследуемых образцов ориентировочно известны до опыта (в крайнем случае, их можно оценить, испытав один - два образца с использованием любого диапазона нагрузок). Зная размеры образцов, можно рассчитать по свойствам величину соответствующих сил. Предположим, что сила, при которой начинается пластическая деформация (соответствующая пределу текучести), Р_т = 2,5 кН, а разрушающее усилие Р_к = 13,2 кН. Конечно, в этом случае надо выбрать диапазон нагрузок 20 кН. Тогда будут удовлетворены все изложенные выше требования, и можно будет достичь большей точности, чем в случае использования, например, диапазона 0–40 кН.

Как уже отмечалось, основным результатом испытания на растяжение является индикаторная диаграмма нагрузка – удлинение, по которой рассчитывают большинство механических характеристик. Многие из них соответствуют определенным точкам диаграммы. Следовательно, вся диаграмма в целом служит наиболее полной характеристикой материала. Поэтому прежде чем рассматривать методику расчета отдельных механических свойств и анализировать их смысл, целесообразно ознакомиться с общими закономерностями изменения нагрузки (напряжения) в функции деформации при растяжении различных металлов и сплавов [1].