Soprotivlenie_materialov / 270800_62 (ПГС)-10-1234-2428 / 15.М.ук.№10

3

Испытание образца из малоуглеродистой стали на растяжение.

Цель работы: Построение и изучение диаграммы растяжения образца из малоуглеродистой стали (Ст. 3), определение основных механических характеристик прочности и пластичности материала.

Характеристика образца

В настоящей лабораторной работе для испытания стали на растяжение используется образец круглого поперечного сечения, изготовленный из малоуглеродистой стали согласно ГОСТ 1497-73. На концах образец имеет конические участки перехода от рабочей части к головкам, предназначенным для закрепления образца в захватах разрывной машины. Такое сопряжение рабочей части с головками в значительной степени уменьшает влияние головок на деформацию рабочей части образца (рис. 1).

Рис.1.Образец для испытания на растяжение

Цилиндрическая часть образца длиной l является рабочей частью. В рабочей части двумя метками выделена расчетная длина l0. Должно быть выдержано соотношение между расчетной длиной l0 и диаметром do., lo=10do.

При проведении испытаний обычно используются образцы из малоуглеродистой стали марки Ст. 3 при расчетной длине l0=100мм и диаметром do= 10мм.

Основные теоретические положения

Характер и особенности работы упруго пластичного материала, к которому относится малоуглеродистая сталь марки Ст. 3, наглядно представляется графиком Р- l, называемым диаграммой растяжения (рис 2).

5

являются пластическими или остаточными. Эти деформации не исчезают после прекращения действия нагрузки.

Горизонтальный участок диаграммы, определяющий зону текучести, принято называть площадкой текучести.

Пройдя стадию текучести, материал снова приобретает способность сопротивляться дальнейшей деформации и воспринимать возрастающее до некоторого предела усилие. Наступает стадия упрочнения или зона упруго пластической работы материала. Наибольшее усилие Рпч, которое может воспринять в этой стадии работы образец (точка 3 диаграммы), называется усилием соответствующим пределу прочности.

Пределом прочности или временным сопротивлением называется максимальное напряжение, которое способен выдержать образец не разрушаясь

Р

пч Aпч .

0

Это напряжение условно, так как получено делением силы на площадь начального сечения А0, которая больше, чем действительная площадь сечения, так как при растяжении диаметр образца, а, следовательно, и площадь сечения уменьшается.

После достижения Рпч при дальнейшем растяжении образца деформации, главным образом, происходят на небольшой длине образца. Это ведет к образованию местного сужения сечения образца в виде шейки (рис. 3) и к уменьшению силы, несмотря на то, что напряжение в сечении шейки непрерывно растет.

Рис.3. Деформация образца перед разрывом

Условное напряжение в момент разрыва образца определяется формулой

Рр ,

7

где σт - предел текучести;

К- коэффициент запаса прочности;

атакже расчетное сопротивление

R R c m ,

где RH - нормальное сопротивление (для пластичных материалов RH=GT);m - коэффициент надежности по материалу;

c - коэффициент условий работы.

Для пластичных материалов кроме характеристик прочности вычисляются также и характеристики пластичности, к которым относятся:

- относительное остаточное удлинение после разрыва.

l l

ост 1 l0 0 100%,

где l1 - длинна расчетной части образца после разрыва; l0 - первоначальная длина расчѐтной части.

- относительное остаточное сужение после разрыва.

A0

где А0 – начальная площадь сечения образца; А1 - площадь сечения шейки после разрыва образца.

Достаточно важной характеристикой упруго пластических свойств материала является величина удельной работы, т.е. работы, затраченной на деформирование одной единицы объѐма образца.

u U , V0

где u – удельная работа;

U – полная работа, затраченная на разрушение образца; V0=A0l0 - объѐм расчѐтной части образца до испытания.

Полную работу можно определить, измерив площадь, ограниченную диаграммой растяжения и отрезком оси l (рис. 2), или приближенно вычислить по формуле

U Pпч l,

где - коэффициент заполнения диаграммы растяжения, среднее значение которого для низкоуглеродистых сталей равно 0.85.

Удельная работа u характеризует способность материала поглощать энергию при разрыве, вязкость материала и сопротивляемость его

8

воздействию динамических нагрузок.

Порядок проведения и обработка результатов испытания

Испытание стального образца на растяжение выполняется на разрывной машине ИР-6053-100, которая производит постепенное, плавное нагружение образца вплоть до его разрушения. Аппаратура разрывной машины позволяет измерить усилие, испытываемое образцом в каждый момент времени при нагружении, а также получать диаграмму растяжения образца в различных масштабах.

Перед испытанием следует убедиться в том, что размеры образца соответствуют установленным требованиям. Для этого измеряется длина расчетной части образца 10 (расстояние между нанесенными на образец рисками) и диаметр образца do. Чтобы исключить влияние неточности изготовления образца на результаты испытания, следует измерить его диаметр и трех разных сечениях по длине расчетной части (в середине и по концам), причем, в каждом сечении - по двум взаимно перпендикулярным направлениям. За расчетную величину диаметра d0 принимается наименьшее из полученных значений.

Во время испытаний необходимо следить за построением диаграммы растяжений и фиксировать значение нагрузок, соответствующих пределам пропорциональности Рпц , текучести Рт , прочности Рпч и моменту разрыва образца Рр ; и наблюдать за изменением вида образца, особенно стадию образования шейки.

После завершения испытаний следует извлечь образец из захватов разрывной машины, снять диаграмму растяжения и приступить к обработке результатов.

Обе части разрушенного образца плотно прикладывают друг к другу по месту разрыва и измеряют длину расчетной части образца после разрыва

11.

Измеряется диаметр образца в месте разрыва (диаметр шейки) d1. Измерения производят в самом узком месте в двух взаимно перпендикулярных направлениях (для исключения влияния неправильной формы поперечного сечения в месте разрыва). По среднему арифметическому значению d1, полученному из двух измерений, вычисляют площадь сечения образца в месте разрыва А1.

Значения l1, d1, А1 заносят в журнал испытаний, а также выполняют эскиз разрушенного образца.

Далее обрабатывается диаграмма растяжения. На диаграмму наносят оси координат Р - l. Начало координатных осей совмещают с начальной точкой полученной диаграммы, горизонтально проводят ось абсцисс l, а

9

вертикально ось ординат Р.

На диаграмме растяжения отмечаются характерные точки и вычисляется масштаб диаграммы. Для этого измеряется ордината наивысшей точки, соответствующей приделу прочности (точка 3). Затем усилие Рпч, которое фиксируется при помощи контрольной стрелки силоизмерительного устройства разрывной машины, делится на величину этой ординаты.

После вычисления масштаба диаграммы, определяются значения усилий Рпц и Рт путем умножения соответствующих ординат диаграммы на ее масштаб. Полученные значения Рпц и Рт наносят на диаграмму.

Из точки, соответствующей моменту разрыва, проводится линия параллельная прямолинейному участку диаграммы. Эта линия отсекает на оси удлинений отрезок l, равный величине остаточного удлинения образца.

Обработанную диаграмму растяжения следует зарисовать в журнал испытаний.

После этого вычисляются характеристики прочности и пластичности материала по формулам, приведенным выше и определяются:

а) допускаемое напряжение при коэффициенте запаса k=1.5;

б) расчетное сопротивление при коэффициенте надежности по материалу γm= 0.75 и коэффициенте условий работы γс = 0.9.

По выполненной работе оформляется отчет (см. образец).

Основные правила техники безопасности

1.Запрещается устанавливать образец и приводить в действие разрывную машину без присутствия преподавателя или учебного мастера.

2.Запрещается во время испытаний трогать образец руками.

3.Необходимо находиться от испытуемого образца на расстоянии не менее 1м.

4.Запрещается во время испытаний трогать панель управления разрывной машины.

5.Запрещается подходить к установкам, не связанным с выполнением данной лабораторной работы.

Контрольные вопросы

1.Назовите основные характеристики прочности материала.

2.Что называется пределом пропорциональности, пределом текучести, пределом прочности и как они определяются?

3.Назовите характеристики пластичности материала.

4.4.Как строится диаграмма напряжений и какие характерные точки

10

указываются на этой диаграмме?

5.В чем состоит отличие истинной диаграммы напряжений от условной?

6.Как устанавливается допускаемое напряжение?

7.Как определяется расчетное напряжение?

8.Для какого участка диаграммы справедлив закон Гука? Сформулируйте его.

9.Как изменяются свойства пластичного материала, если он подвергается предварительной вытяжке за предел текучести и повторному нагружению. Как называется это явление?