Лабораторная работа №2 Механические свойства конструкционных материалов

Цель работы: изучение важнейших механических свойств конструкционных материалов и методов механических испытаний для определения характеристик механических свойств: прочности, пластичности, вязкости, твёрдости.

Задание:

1. ознакомиться с основными характеристиками механических свойств конструкционных материалов;

2. изучить методы механических испытаний на статическое растяжение, ударных изгиб;

3. изучить методы измерения твёрдости конструкционных материалов;

4. измерить твёрдость сталей различного назначения методом Бринелля, перевести это значения в другие единицы твёрдости.

1. Общие сведения

Повышение качества материалов, в частности, улучшение их комплекса механических свойств, которые определяют поведение металлов и сплавов в эксплуатации и при обработке является одной из основных задач, стоящих перед инженерами машиностроителями. Для оценки механических свойств в связи с многообразием условий эксплуатации и обработки проводят различные испытания, в той или иной степени, имитирующие эти условия. При этом для наиболее достоверного прогнозирования работоспособности материала в конструкции или его поведения при обработке определяют комплекс механических свойств, т. е. для полного описания механического поведения различных материалов необходимо знать такие свойства, как упругость, прочность, пластичность, вязкость и твёрдость.

Большинство механических свойств выражаются через величину напряжений и деформаций. Понятие «напряжение» введено для оценки величины нагрузки, не зависящей от размеров нагружаемого тела. Напряжение определяются как отношение:

, (1)

где  - напряжение на площадке F, перпендикулярной направлению действующей силы P.

а б

Рис. 1 Схемы к определению напряжений

В общем случае сила не перпендикулярно площадке, на которую она действует. Тогда, как и любой вектор, её можно разложить на две составляющие: нормальную, создающую нормальное напряжение и касательную, вызывающую касательное напряжение. Нормальные напряжения делятся на растягивающие (положительные) и сжимающие (отрицательные) напряжения, которыми оперируют в механических испытаниях, могут быть условными и истинными. Понятно, что в процессе деформации величина площадки F, на которой действуют напряжения, меняется. Если эти изменения не учитывают и напряжения рассчитывают как отношение нагрузки в заданный момент времени к исходной площади, то такое напряжение называют условным. Если же относят силу к величине фактического сечения в данный момент, то получают истинное напряжение.

Под действием напряжений материалы деформируются, т. е. изменяют свою форму и размеры. По результатам механических испытаний оценивают различные характеристики деформации. Так увеличение длины образца в результате деформации характеризуют относительным удлинением:

, (2)

где L₀ – начальная длина, L_k – конечная длина.

Величина  является условной характеристикой, так как деформация развивается на непрерывно изменяющейся длине. Истинное относительное удлинение можно определить так:

. (3)

Для оценки поперечной деформации используют относительное сужение:

, (4)

где F₀ – начальная площадь поперечного сечения, F_k – конечная.

Как и относительное удлинение  относительное сужение является условной характеристикой, так как площадь сечения в процессе деформации непрерывно меняется.

Между e,  и  существует функциональная связь:

. (5)

Помимо трёх описанных характеристик деформации, используют и другие. Эти характеристики деформации будут рассмотрены ниже при анализе конкретных видов испытаний.