МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ.

РАЗДЕЛ «МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ»

ОМСК 2011

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Омский государственный университет путей сообщения

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ.

РАЗДЕЛ «МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ»

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве методических указаний к лабораторной работе

Омск 2011

УДК 620.22 (076.5)

ББК 34.651я7

Р95

Материаловедение. Раздел «Механические свойства металлов»: Методические указания к лабораторной работе / А. А. Рауба, А. А. Ражковский, С. В. Петроченко, В. И. Тихомиров; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2011. 21 с.

В методических указаниях представлено описание лабораторной работы, в которой рассмотрены основные методы испытания металлов для определения характеристик механических свойств, приведены зависимости для их расчета.

Предназначены для студентов 1-го − 3-го курсов, изучающих дисциплины «Материаловедение», «Материаловедение и технология конструкционных материалов» и «Технология конструкционных материалов», очной и заочной форм обучения.

Библиогр.: 2 назв. Рис. 9. Табл. 2.

Рецензенты: доктор техн. наук, профессор А. В. Бородин;

канд. техн. наук, доцент А. В. Солдаткин.

_________________________

© Омский гос. университет

путей сообщения, 2011

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение…………………………………………………………….………	5
Лабораторная работа. Механические свойства металлов …………...	6
1. Определение характеристик прочности ………….…………………	6
1.1. Определение характеристик статической прочности ……………	6
1.2. Определение характеристик прочности при циклическом нагружении (испытания на усталость)……………………………………	8
1.3. Определение характеристик динамической прочности …………	9
1.4. Определение характеристик жаропрочности – прочности металла при высокой температуре ………………………………………...	12
2. Определение характеристик пластичности …………………………	13
3. Определение характеристик твердости ……………………………..	14
4. Порядок выполнения работы ………………………………………...	19
5. Содержание отчета ……………………………….…………………..	19
6. Вопросы для самоконтроля ………………………………………….	19
Библиографический список…………………………………..…………...	20

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Материаловедение» изучает зависимость между составом, строением и свойствами конструкционных материалов.

Все свойства материалов делятся на следующие группы:

Физические – цвет, плотность, температура плавления, кристаллическое строение, электро- и теплопроводность, магнетизм и т. П.;

химические (характеризуют поведение материалов при химическом взаимодействии с другими химическими элементами и их соединениями) – окисляемость, растворимость в щелочах и кислотах и т. п.;

технологические (характеризуют поведение материалов при различных способах их обработки в процессе изготовления заготовок и деталей) – свариваемость, штампуемость, жидкотекучесть, усадка, прокаливаемость, закаливаемость, обрабатываемость резанием и т. п. Значения этих свойств определяются с помощью технологических проб и методов на образцах этих материалов, например: спиральная проба на жидкотекучесть, проба на загиб, проба на кровельный замок, метод торцевой закалки и др.;

механические (характеризуют поведение материалов под нагрузкой) – прочность, упругость, пластичность, твердость;

эксплуатационные (характеризуют поведение материалов при различных условиях эксплуатации) – износо- и коррозионная стойкость, окалиностойкость, задиростойкость и прирабатываемость в узлах трения, надежность, долговечность и др., которые существенно зависят от приведенных выше свойств, особенно от механических.

В процессе эксплуатации технических устройств их детали испытывают различные виды нагружения, которые вызывают напряжение и деформацию в материалах. Для правильного конструирования, изготовления и эксплуатации изделий необходимо знать механические свойства материалов, из которых они изготовлены, и основные стандартные характеристики этих свойств, а также методы их определения.

В методических указаниях рассмотрены основные механические свойства металлов и методы определения их характеристик.

Лабораторная работа

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

Цель работы: ознакомиться со стандартными методами испытания материалов для определения характеристик таких механических свойств, как прочность, пластичность и твердость; изучить методику расчета значений этих характеристик по результатам испытаний.

1. Определение характеристик прочности

Прочность – свойство материала сопротивляться пластической деформации и разрушению под действием внешних сил.

В зависимости от способа приложения нагрузки различают прочность при растяжении, изгибе, сжатии, кручении, прочность на срез, при действии циклической или знакопеременной нагрузки – усталостную прочность и др.

В зависимости от скорости приложения нагрузки различают

статическую прочность, характеристики которой определяются при медленном равномерном возрастании нагрузки;

динамическую прочность, характеристики которой определяются при ударном приложении нагрузки.

В зависимости от температуры испытания различают

прочность при температуре ( ) °C, низкотемпературную прочность и прочность при повышенной и высокой температуре.

1.1. Определение характеристик статической прочности

Основными характеристиками статической прочности материалов являются предел текучести σ_т, который характеризует способность материала сопротивляться пластической деформации, и предел прочности при растяжении (временное сопротивление) σ_в. Значения названных характеристик определяют по ГОСТ 1497-84 (Металлы. Методы испытаний на растяжение). Для испытаний применяют специальные цилиндрические или плоские стандартные разрывные образцы (рис. 1), которые изготавливаются на металлорежущих станках из заготовок. Правила вырезки этих заготовок из изделий указаны в стандартах. Образец закрепляют в испытательной машине, схема которой приведена на рис. 2, и нагружают.

а б

Рис. 1. Стандартные образцы для испытания на статическое осевое растяжение: а – круглые образцы; б – плоские образцы с головками

На рис. 2 обозначено: 1 – собственно машина; 2 – винт грузовой; 3 – нижний захват (активный); 4 – образец; 5 – верхний захват (пассивный); 6 – силоизмерительный датчик; 7 – индикатор нагрузок; 8 – привод нагружающего механизма.

Рис. 2. Расчетная схема испытательной машины

Результаты испытаний фиксируются на диаграмме растяжения (график зависимости напряжения σ от деформации ε, рис. 3). При этом силу Р, растягивающую образец, относят к первоначальной площади поперечного сечения F₀ (это отношение называется напряжением σ), а удлинение образца l – к первоначальной длине расчетной части образца l₀:

σ = P / F₀, (1)

ε = Δl / l₀, (2)

П

σ_в

σ_т

σ, Па

ε

редел текучести физический (нижний предел текучести) σ_т – наименьшее напряжение, соответствующее растягивающему усилию Р_т, при котором образец деформируется без заметного увеличения этого усилия, Н/м² (МПа, кгс/мм²):

Рис. 3. Условная диаграмма растяжения

σ_т = Р_т / F₀, (3)

где Р_т – наименьшая нагрузка, соответствующая стадии текучести материала на диаграмме растяжения образца, Н (кгс);

F₀ – начальная площадь поперечного сечения образца, м² (мм²).

Предел прочности при растяжении (временное сопротивление) σ_в – напряжение, соответствующее наибольшему усилию Р_max, предшествующему разрыву образца, Н/м² (МПа, кгс/мм²):

σ_в = Р_max / F₀, (4)